Расчет коэффициентов теплопередачи через наружные ограждающие конструкции. КР. Курсовая работа По дисциплине Строительная теплофизика

• Название: Курсовая работа По дисциплине Строительная теплофизика
• Анкор: Расчет коэффициентов теплопередачи через наружные ограждающие конструкции
• Дата: 08.05.2023
• Размер: 0.52 Mb.
• Имя файла: КР.docx
• Тип: Курсовая; #1114551

Кафедра «Теплогазоснабжение и инженерные системы в строительстве»

Курсовая работа

По дисциплине: «Строительная теплофизика»

Выполнил студент группы 4030/1, Якпунова Руслана Укеровна

Принял доцент, кандидат технических наук, Дегтяренко Алексей Владимирович

Томск 2022

Содержание

1.Исходные данные для расчета 3

2.Расчет коэффициентов теплопередачи через наружные ограждающие конструкции 4

2.1 Расчет коэффициента теплопередачи через наружную стену 5

2.2 Расчет коэффициента теплопередачи через пол чердачного перекрытия 6

2.3 Расчет коэффициента теплопередачи пола первого этажа (над подвалом) 10

2.4 Расчет коэффициента теплопередачи через заполнения световых проемов 12

3.Расчет сопротивления воздухопроницанию ограждающих конструкций 12

3.1 Расчет разности давлений на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций 12

3.2 Определение требуемого сопротивления воздухопроницанию 13

3.3 Расчет сопротивления воздухопроницанию наружной стены 13

4.Расчет температурно- влажностного режима наружной стены 14

4.1 Определение общего сопротивления паропроницанию наружной стены 14

4.2 Расчет плотности потока водяного пара через наружную стену 15

4.3 Расчет распределения температуры, кривых максимальной и фактической упругости водяного пара по толщине наружной стены 15

4.4 Анализ кривых упругости водяного пара 17

Список используемой литературы 17

1. Исходные данные для расчета

   1. 
      Район постройки здания – г. Омск
      
   2. 
      Климатическая характеристика района постройки
      

- температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки

для коэффициента обеспеченности 0.92 (минус 39°С);

- средняя температура отопительного периода со средней суточной температурой наружного воздуха ;

- продолжительность отопительного периода (221 суток);

- средняя температура наружного воздуха самого холодного месяца

- средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца ;

- расчетная скорость ветра 𝓋 для зимнего периода по румбам за январь, повторяемость которых составляется 16% и более (5.1 м/с).

3. 
   Характеристика здания:
   

- жилой дом в 5 этажей;

- высота первого этажа – 3 м, последующих 2.7 м.

4. 
   Характеристика помещения
   

- жилая комната;

- расчетная температура в помещении (20°С);

- расчетная относительная влажность воздуха

5. 
   Характеристика наружных ограждений
   

- наружные стены (1- гипсовый обшивочный лист {p=800 кг/м³}; 2,4 – железобетон {p=2500 кг/м³}; 3- плиты минераловатные жесткие {p=200 кг/м³}.)

- пол чердачного перекрытия (1- цементно-песчаный раствор {p=1800 кг/м³}; 2- железобетонная пустотная плита {p=2500 кг/м³}; 3- плиты минераловатные жесткие на синтетическом связующем {p=200 кг/м³}.)

- пол первого этажа (1- доска сосновая {p=500 кг/м³}; 2 – воздушная прослойка; 3 – плиты минераловатные жесткие на синтетическом связующем {p=200 кг/м³}; 4 – панель перекрытия железобетонная {p=2500 кг/м³}.)

2. Расчет коэффициентов теплопередачи через наружные ограждающие конструкции

Коэффициенты теплопередачи через наружные ограждения





Сопротивление теплопередаче





Термическое сопротивление ограждающей конструкции















Таблица 1

Условия эксплуатации ограждающих конструкций

Режим	Влажность внутреннего воздуха, %, при температуре
	до 12 °С	св. 12 до 24 °С	св. 24 °С
Сухой Нормальный Влажный Мокрый	До 60 св. 60 до 75 св. 75 -	до 50 св. 50 до 60 св. 60 до 75 св.75	до 40 св. 40 до 50 св. 50 до 60 св. 60

Таблица 2

Условия эксплуатации ограждающих конструкций в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности

Влажностный режим помещений	Условия эксплуатации А и Б в зонах влажности
	Сухая	Нормальная	Влажная
Сухой Нормальный Влажный или мокрый	А А Б	А Б Б	Б Б Б

В рассматриваемом примере нормальному режиму помещения (жилая комната) и нормальной зоне места строительства соответствуют условия эксплуатации Б.

2.1 Расчет коэффициента теплопередачи через наружную стену

Таблица 3

Теплофизические свойства материалов наружной стены

Материал (плотность, кг/м3)	Расчетные коэффициенты			Толщина слоя δ, м	Сопротивление воздухопроницанию Rи, м2*ч*Па/кг (толщина слоя δ, мм)
	Теплопроводности λ, Вт/(м*К)		Паропроницаемости 𝛍, мг/м*ч*Па
	А	Б
Гипсовый обшивочный лист (800)	0.19	-	0.075	0.020	20
Железобетон (2500)	1.92	-	0.03	0.050	19 620
Плиты минераловатные жесткие (200)	0.07	-	0.45	Х	2
Железобетон (2500)	1.92	-	0.03	0.070	19 620

Сопротивление теплопередаче должно быть не менее требуемого

Для расчета наружной стены, состоящей из четырех однородных слоев, условие имеет вид:



Откуда



Требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены, отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям





Полученное значение отвечает санитарно- гигиеническим и комфортным условиям.





ГСОП=(20+8.4)*221=6276°С

По условиям энергосбережения для ГСОП = 6000°С*сут., значение , а для ГСОП = 8000°С*сут., значение .





Округлив в сторону увеличения, получаем 0.3 м толщина утепляющего слоя.

Расчетная толщина наружной стены



Расчетное сопротивление теплопередаче наружной стены



Расчетный коэффициент теплопередачи наружной стены



Результаты расчета.

Толщина утепляющего слоя

Толщина наружной стены

Расчетный коэффициент теплопередачи

2.2 Расчет коэффициента теплопередачи через пол чердачного перекрытия

Таблица 4

Теплофизические свойства материалов конструкции пола чердачного перекрытия

Материал (плотность, кг/м3)	Расчетные коэффициенты			Толщина слоя δ, м	Сопротивление воздухопроницанию Rи, м2*ч*Па/кг (толщина слоя δ, мм)
	Теплопроводности λ, Вт/(м*К)		Паропроницаемости 𝛍, мг/м*ч*Па
	А	Б
Штукатурка цементно-песчаным раствором (1800)	-	0.93	0.090	0.020	373 (15)
Железобетон	-	2.04	0.03	0.060	19 620 (100)
Плиты минераловатные жесткие на синтетическом связующем (200)	-	0.076	0.45	х	2 (150)

Толщина утепляющего слоя



Требуемое сопротивление теплопередаче ограждения , отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям



Полученное значение отвечает санитарно-гигиеническим требованиям и комфортным условиям.

Значение , отвечающее условиям энергосбережения, определено ранее и составляет 6702 °С*сут.

Для ГСОП = 6000°С*сут., значение , а для ГСОП = 8000°С*сут., значение .

Для значений ГСОП = 6702 °С*сут.



Расчетным значением требуемого термического сопротивления чердачного перекрытия будет в данном случае величина



Входящая в состав чердачного перекрытия многопустотная плита является неоднородной конструкцией. Для нее определяется термическое сопротивление

Для упрощения расчета заменяем круглое поперечное сечение пустот в плите равновеликим квадратным с площадью



Сторона квадрата будет равна



В соответствии с нормативным методом расчета при



Между условными плоскостями, параллельными направлению теплового потока (снизу-вверх), получаем две конструкции: трехслойную с однородными слоями между плоскостями I и II; однослойную - между плоскостями II и III. Площадь, которую воспринимает тепловой поток в трехслойной конструкции, обозначим через Площадь, которая воспринимает тепловой поток в однослойной конструкции, обозначим через

Термическое сопротивление трехслойной конструкции



При , направлении теплового потока снизу вверх и положительной температуре в прослойке



Термическое сопротивление однослойной конструкции



Значение





Плоскостями IV и V, перпендикулярными направлению теплового потока (в данном случае горизонтальными), условно разделяем конструкцию на однородные и неоднородные слои. Тогда искомое термическое сопротивление определяется как сумма термических сопротивлений однородных слоев и неоднородного слоя



Термические сопротивления однородных слоев толщиной вычисляются по формуле



Термическое сопротивление для неоднородного слоя







Значение



Убеждаемся, что отношение Поэтому правомерно использовать формулу для расчета приведенного термического сопротивления многопустотной железобетонной плиты пола чердачного перекрытия:



Толщина утепляющего слоя



Округляем полученное значение в сторону увеличения и принимаем далее в расчете м. Толщина ограждения составит



Уточняем расчетное значение сопротивления теплопередаче ограждения



Искомый коэффициент теплопередачи



Результаты расчета.

Толщина ограждения

Толщина утепляющего слоя

Коэффициент теплопередачи

2.3 Расчет коэффициента теплопередачи пола первого этажа (над подвалом)

Таблица 5

Теплофизические свойства материалов пола первого этажа

Материал (плотность, кг/м3)	Расчетные коэффициенты			Толщина слоя δ, м	Сопротивление воздухопроницанию Rи, м2*ч*Па/кг (толщина слоя δ, мм)
	Теплопроводности λ, Вт/(м*К)		Паропроницаемости 𝛍, мг/м*ч*Па
	А	Б
Сосна поперек волокон (500)	-	0.18	0.06	0.029	373 (15)
Железобетон	-	2.04	0.03	0.220	19 620 (100)
Плиты минераловатные жесткие на синтетическом связующем (200)	-	0.076	0.45	х	2 (150)

Требуемое сопротивление теплопередаче, отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям определяем аналогично предыдущим.







Расчетное принимаем большее из полученных значений

Толщина утепляющего слоя



Для рассматриваемого примера:



Округляем полученное значение с последующим уточнением расчетного значения сопротивления теплопередачи и толщины конструкции пола:





Коэффициент теплопередачи пола первого этажа



Результаты расчета.

Толщина утепляющего слоя

Толщина конструкции пола

Коэффициент теплопередачи

2.4 Расчет коэффициента теплопередачи через заполнения световых проемов

Приведенное сопротивление теплопередачи заполнений световых проемов (окон, балконных дверей и фонарей) принимается в зависимости от значений ГСОП. Для примера расчета эта величина равна 6276 °С*сут. Для ГСОП = 6000 °С*сут имеем , а для ГСОП = 8000 °С*сут имеем . Интерполяция между этими значениями для ГСОП= 6702 °С*сут дает значение



С учетом того, что должно быть больше , находим, что требуемому сопротивлению теплопередаче, определенному выше, соответствует для жилых помещений двухслойные стеклопакеты в деревянных переплетах с тепловым зеркалом

Принимаем для жилых помещений двухслойные стеклопакеты в деревянных переплетах с тепловым зеркалом. Коэффициент теплопередачи через окна составит

Результаты расчета

Коэффициент теплопередачи

3. Расчет сопротивления воздухопроницанию ограждающих конструкций

3.1 Расчет разности давлений на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций

Воздухопроницаемость материалов наружных ограждающих конструкций определяется их сопротивлением воздухопроницанию, которое должно быть не менее требуемого сопротивления рассчитанного по формуле:





Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций





Для примера расчета:

3.2 Определение требуемого сопротивления воздухопроницанию

- Для наружной стены. Для рассматриваемого примера величина . Тогда



- Для окон и балконных дверей требуемое сопротивление воздухопроницанию жилых и общественных зданий определяется по формуле:



Для рассматриваемого примера величина . Тогда



Сопротивление воздухопроницанию окон и балконных дверей жилых и общественных зданий, а также окон и фонарей производственных зданий должно быть не менее требуемого.

3.3 Расчет сопротивления воздухопроницанию наружной стены

Сопротивление воздухороницанию , , наружной стены (как многослойной ограждающей конструкции) равно сумме сопротивлений воздухопроницанию каждого слоя:



Сопротивление воздухопроницанию слоев ограждающих конструкций (стен, покрытий), расположенных между воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом, и наружной поверхностью ограждающей конструкции, не учитывается.

Для примера расчета определяем Тогда



Сравнивая полученное с требуемым, убеждаемся, что конструкция наружной стены удовлетворяет требованиям по воздухопроницаемости.

При наличии слоя штукатурки из цементно-песчаного или известкового растворов в первую очередь определяется сопротивление воздухопроницанию этого слоя. Если оно оказывается больше требуемого, то стена удовлетворяет требованиям по воздухопроницанию (как в расчете).

4. Расчет температурно- влажностного режима наружной стены

4.1 Определение общего сопротивления паропроницанию наружной стены

Сопротивление паропроницанию многослойной конструкции наружной стены складывается из сопротивлений влагообмену на ее внутренней и наружной поверхностях, а также суммы сопротивлений паропроницанию каждого слоя I



Сопротивление паропроницанию каждого слоя конструкции вычисляется по формуле:



Сопротивление влагообмену принимаются

Сопротивление паропроницаемости отдельных слоев для рассматриваемого примера



Общее сопротивление паропроницаемости наружной стены

4.2 Расчет плотности потока водяного пара через наружную стену

Искомая величина определяется по формуле



Величины определяются из выражений:



Для рассматриваемого примера:

4.3 Расчет распределения температуры, кривых максимальной и фактической упругости водяного пара по толщине наружной стены

Температура на любой координате по толщине стены определяется по формуле

Для примера расчета при х=0, При х=0.02,











По толщине каждого отдельного слоя функция будет линейна, но функция Е(х) зависит от температуры нелинейно. Для учета нелинейности этих функций в слое утеплителя введены две дополнительные координаты (х=0.18 м; х=0.26 м), а в слое керамзитобетона (d=0.12 м) введена одна дополнительная координата (х=0.40 м).

Значения функции Е(х) выбираются по температурам , а значения функции е(х) вычисляются по формуле



В рассматриваемом примере расчета: при х=0, имеем

Для остальных координат значения занесены в табл.
Таблица 6

Расчетные значения функций

х, м	0	0,02	0,07	0,17	0,27	0,37	0,44
	0,1149	0,2201	0,2461	1,6746	3,1031	4,5316	4,568
	19,2	18,1	17,9	5,7	-6,4	-18,58	-18,89
	2225	2077	2050	916	632	637	641
	0,022	0,3	0,35	0,45	0,55	0,65	0,72
	1163	1097	1086	1062	1038	1014	997
	-1062	-980	-964	-146	406	377	356

Рис. 1. Расчетные значения функций по толщине стены

4.4 Анализ кривых упругости водяного пара

При рассмотрении взаимного расположения кривых функций е(х) и Е(х) кривые не пересеклись, а это означает, что при средней температуре самого холодного месяца конденсации водяного паров ы толще ограждения не будет и расчет на этом заканчивается

Список используемой литературы

1. 
   СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*[Текст]. – Введ. 01.01.2013. – М. : Минрегион России, 2013. – 113 с. : илл.
   
2. 
   "СП 50.13330.2012. Свод правил. Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003" (утв. Приказом Минрегиона России от 30.06.2012 N 265)
   
3. 
   Богословский, В. Н. Тепловой режим здания [Текст]. / В.Н. Богословский. − М. : Стройиздат, 1979. – 248 с. : илл.
   
4. 
   Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха) – 3-е изд.– С-Пб.: Издательство «АВОК Северо-Запад», 2006. – 400 с., ил.
   
5. 
   ГОСТ 30494-2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.