">
Физика Теоретическая физика
Информация о работе

Тема: Расчет тепловой защиты помещения

Описание: Выборка данных. Параметры микроклимата помещения. Теплофизические характеристики материалов . Определение точки росы и нормы тепловой защиты . Расчет толщины утеплителя. Проверка внутренней поверхности ограждения на выпадение росы. Влажностный режим.
Предмет: Физика.
Дисциплина: Теоретическая физика.
Тип: Курсовая работа
Дата: 08.08.2012 г.
Язык: Русский
Скачиваний: 131
Поднять уникальность

Похожие работы:

Санкт-Петербургский Государственный

Архитектурно-строительный университет

Кафедра физики

Лаборатория строительной физики

Курсовая работа

Расчет тепловой защиты помещения

Санкт-Петербург

2012

Выборка исходных данных

1.1.Климат местности

Пункт строительства – Хабаровск

Средние месячные температуры, упругости водяных паров воздуха и максимальные амплитуды колебания температуры воздуха Величина Месяц   I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII  tн, oC -22,3 -17,2 -8,5 -3,1 11,1 17,4 21,1 20,0 13,9 4,7 -8,1 -18,5  eн, Па 90 120 240 470 810 1440 1960 1910 1240 590 260 120  Atн, oC 10,7 11,9 11,5 12,1 13,8 11,8 11,1 10,1 10,9 11,4 12,9 10,6  Температура воздуха, оС:

средняя наиболее холодной пятидневки -32

средняя отопительного периода -10,1

Продолжительность периодов сут.:

влагонакопления 162

отопительного 205

Повторяемость [П] и скорость [?] ветра Месяц Характеристика РУМБ    С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ  Январь П, % 2 7 6 2 2 74 6 1   v, м/с 3,3 5,7 4,2 2,7 3,5 5,9 4,1 2,2  Июль П, % 3 25 17 5 4 35 7 4   v, м/с 3,4 6,0 4,6 3,3 3,6 4,6 3,6 2,9  1.1.5. Интенсивность солнечной радиации в июле, Вт/м2

на фасад западной ориентации: максимальная 768

средняя 186

на горизонтальную поверхность: максимальная 860

средняя 327

1.2. Параметры микроклимата помещения

1.2.1. Назначение помещения: жилое

1.2.2. Температура внутреннего воздуха tв.=22°С.

1.2.3. Относительная влажность внутреннего воздуха ?в=55%

1.3. Теплофизические характеристики материалов

Характеристики материалов зависят от их эксплуатационной влажности, на которую влияют влажность воздуха в помещении и на улице, которым надо дать оценку.

1.3.1.По табл.1 [I], исходя из заданной температуры внутреннего воздуха и его относительной влажности , определяем влажностный режим помещения: нормальный

1.3.2. По карте прил.1 [1, с. 14] определяем зону влажности, в которой расположен заданный населенный пункт (Хабаровск): 2-нормальная

1.3.3. По прил.2 [1, с. 15] определяем влажностные условия эксплуатации ограждающей конструкции: Б

1.3.4. Из прил.З [1, с. 15... 23] выписываем в табличной форме (с учетом условия эксплуатации) значения характеристик материалов составляющих данную конструкцию.

№ слоя

Материал слоя

№ позиции

по прил. 3 Плотность ?0, кг/м3

Коэффициенты

     Теплопро-водности ?, Вт/(м*К)

Паропрони-цания ?, мг/(м*ч*Па)

 1 Раствор сложный 72 800 0,87 0,098  2 Туфобетон 4 1600 0,81 0,11  3 Пенополиуретан 148 60 0,041 0,05  4 Воздушная прослойка      5 Кирпич глиняный на цементно-шлаковом растворе 84 1800 0,81 0,11  

3. Воздушная прослойка R=0,15 м2*°С/Вт

Разрез стены

2. Определение точки росы

2.1. По заданной температуре tв=220 С из приложения 1 «Методических указаний...» находим упругость насыщающих воздух водяных паров Ев= 2643 Па

2.2. Вычисляем фактическую упругость водяных паров при заданной относительной влажности ?в

ев=(?в*Ев)/100=(55*2643)/100=1453,65Па (примем 1458)

2.3. По численному значению ев обратным ходом по прилож. 1 «Методических указаний ...» определяем точку росы tp= 12,6°С

3. Определение нормы тепловой защиты

Для расчета толщины утепляющего слоя необходимо определить сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции исходя из требований санитарных норм Roc и энергосбережения Rоэ.

3.1. Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения

3.1.1. Определить градусо-сутки отопительного периода:

ГСОП = X = (tв- toт) Zoт=(22+10,1)*205=6580,5

где tв - расчетная температура внутреннего воздуха, °С;

toт. - средняя температура отопительного периода, °С;

Zот. - продолжительность отопительного периода, сут.

3.1.2 Нормативное значение приведенного сопротивления теплопередачи по условию энергосбережения определяем в зависимости от назначения ограждающей конструкции, условий эксплуатации и градусо-суток отопительного периода. Значения постоянных R и ? выписываем из табл. 1(б) для заданного случая:

R =1,4 (м2*К)/Вт? = 0.00035 м2/Вт*сут

Roэ=R+?*X=1.4+0.00035*6580,5=3,703 (м2*К)/Вт

Определение норм тепловой защиты по условию санитарии

3.2.1. По табл.2 [1, с.4] определяем нормативный (максимально допустимый) перепад между температурой воздуха в помещении и температурой на внутренней поверхности ограждающей конструкции

?tн = 4°С

3.2.2. По табл.3 [1, с.4] определяем корректирующий множитель n, учитывающий степень контактности ограждения с наружным воздухом: n=1

3.2.3. По табл.4 [1, с.4] находим коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции =8,7 Вт/(м2*°С)

3.2.4. Вычисляем нормативное (максимально допустимое) сопротивление теплопередаче по условию санитарии:

Rос=(tв-tн)*n/(?в*?tн)=(22+32)*1/(8,7*4)=1,552(м2*К)/Вт,

где tн - расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки tX5,°C.

3.3 Норма тепловой защиты

Из вычисленных значений сопротивлений теплопередачи:

экономической Rоэ и санитарной Roc к реализации принимаем наибольшее из них, назвав его требуемым (наибольшим оказалось Rоэ) R0тр=3,703 м2*К/Вт

4. Расчет толщины утеплителя

Утепляющим слоем считаем тот из представленных слоев, для которого не задана толщина (. Поэтому в этой части расчета этот слой и его характеристики должны участвовать с индексом ут вместо номерного индекса i.

4.1. По табл.6 [1, с. 5] определяем коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения внешней среде (наружному воздуху)

=23 Вт/(м2* °С)

Вычисляем сопротивление теплообмену:

- на внутренней поверхности =1/?в=1/8.7=0,115 (м2*К)/Вт

- на наружной поверхности=1/?н= 1/23=0,043 (м2*К)/Вт

4.3. Определяем термические сопротивления слоев конструкции с известными толщинами

Ri=?i/?i

R1=0,0165/0,87=0,017(м2*К)/Вт

R2=0,35/0,81=0,432(м2*К)/Вт

R4=0,15(м2*К)/Вт

R5=0.12/0.81=0,148(м2*К)/Вт

4.4. Вычисляем минимально допустимое (требуемое) термическое сопротивление утеплителя

Rуттр=R0тр-(Rв+ Rн +?Ri из)=3,703-(0,115+0,043+0,017+0,432+0,15+0,148)=3,703-0,905=2,798 (м2*К)/Вт,

где ?Ri из- суммарное сопротивление слоев с известными толщинами.

4.5. Вычислям толщину утепляющего слоя

?уттр=?ут* Rуттр=0.05*2,798=0,115м

4.6. Округляем толщину утеплителя до унифицированного значения, кратного строительному модулю:2см: ?уттр=0,12м=12см

4.7. Вычисляем термическое сопротивление утеплителя (после унификации)

R3= ?3/ ?3=0,12/0,05=2,927(м2*К)/Вт

4.8. Определяем общее термическое сопротивление ограждения с учетом унификации

= Rв+ Rн +?Ri из+ Rут=0,115+0,043+0,017+0,432+0,15+0,148+2,927=3,832 (м2*К)/Вт

Проверка внутренней поверхности ограждения на выпадение росы

5.1. Вычисляем температуру на внутренней поверхности ограждения

= tв – ((tв-tн)/ Rо )* Rв=22-((22+32)/ 3,832)*0.115=20,379°С

и, сравнивая ее с точкой росы tр, делаем вывод, руководствуясь указаниями п. 2.10 [1, с.6]:

Роса на поверхности не выпадает.

5.2. Определяем термическое сопротивление конструкции

R=?Ri=0,017+0,432+0,165+0,148+2,927=3,674 (м2*К)/Вт

5.3. Вычисляем температуру в углу стыковки наружных стен

=(в-(0,175-0,039R)(tв-tн)=20,379-(0,175-0,039*2,2)(22+32)=15,562°С

(т.к R=?Ri>2,2,то принимаем R=2,2м2К/Вт)

Сравнивя ?у с точкой росы tр, делаем вывод, учитывая

п. 2.10 [1, с.6]

Роса в углу не выпадает.

6. Проверка на выпадение росы в толще ограждения

6.1. Определяем сопротивление паропроницанию каждого слоя

Rni=?i/?i

Rn1=0,015/0,098=0,153 (м2*К)/Вт

Rn2=0,35/0,11=3,182(м2*К)/Вт

Rn3= 0.12/0,05= 2,4(м2*К)/Вт

Rn4= 0 (м2*К)/Вт

Rn5=0.12/0.12=1,091(м2*К)/Вт

и конструкции в целом

Rn= ?Rni=0,153+3,182+2,4+1,091=6,826 (м2*К)/Вт

6.2. Вычисляем температуру на поверхности ограждения (вI по формуле п.5.1 при температуре tн = tнI самого холодного месяца

(вI=22-((22+22,3)/3,72)*0,115=20,671°С

6.3. По приложению 1 «Методических указаний ...» находим максимальную упругость Ев*, отвечающую температуре (вI. Ев* =2426Па

6.4. Графическим методом определяем изменение температуры по толщине ограждения при средней температуре самого холодного месяца. Для этого на миллиметровой бумаге по оси абсцисс последовательно откладываем значения сопротивлений Rв, R1, R2, R3, ... и RН ,составляющих в целом Rо(рис.1). Через концы полученных отрезков проводим вертикальные тонкие линии. На оси ординат откладываем значение температуры внутреннего воздуха tв, а на линии, соответствующей концу Rн -значение средней температуры самого холодного месяца (обычно января) tн1 (рис.1). Точки tв и tн1 соединяем прямой линией. По точкам пересечения линии с границами слоев определяем значения температур на границах.

6.5. Для температур, определенных в п.6.4 на границах слоев, по приложениям 1 и 2 «Методических указаний ...» находим максимальные упругости водяных паров Е на этих границах.

6.6. По аналогии с п. 6.4, только в координатных осях Rn и Е строим разрез ограждения (рис.2) так, чтобы он был справа от рис. 1. По всем границам слоев откладываем найденные в п. 6.5 значения упругостей Е; из них Ев*, соответствующая ?вI, расположится на границе с помещением, а Ен* соответствующая ?нI , на границе с улицей.

6.7. На внутренней поверхности конструкции (рис.2) отложим значение упругости паров в помещении ев (см п.2.2), а на наружной - значение eн=0,9 Ен*, соединив полученные точки ев и ен прямой линией.

6.8. В пределах слоя линия максимальной упругости Е изменяется по монотонно убывающей экспоненте. Поэтому в тех слоях, где эта линия заведомо пройдет выше линии е её можно провести по лекалу.

6.9. Т. к. в слое возможно пересечение линии Е с линией е, то на его температурной линии (рис.1) намечаем через равные интервалы три промежуточные точки (деля слой пополам и еще раз пополам каждую половину), определяем для них температуры, а по температурам находим максимальные упругости Е, используя приложения 1 и 2 «Методических указаний ...». Найденные упругости откладываем на рис.2 в том же слое, разделив его так же, как на рис. 1 По найденным точкам проводим линию Е.

Вывод: Т. к. линия упругостей е и Е пересекаются (признак выпадения росы),возникает плоскость возможной конденсации, следует проверить влажностный режим ограждения.

7. Проверка влажностного режима ограждения

7.1. Из точек ев и ен проводим касательные к кривой линии Е. Точки касания определят границы зоны конденсации (рис.2).

В зоне находим и выделяем плоскость, в которой линия Е максимально провисает под линией е . Следует иметь в виду, что в теплое время года линия Е располагается выше линии е. С понижением наружной температуры линии Е и е сближаются и, наиболее вероятно, соприкоснутся именно в отмеченной плоскости, называемой плоскостью возможной конденсации, ибо в ней появляются капли росы. С дальнейшим понижением температуры плоскость, расширяясь, превращается в зону. С повышением температуры зона может вырождаться в плоскость, а затем линии расходятся. В нашем случае плоскость возможной конденсации располагается на стыке воздушной прослойки и слоя кирпича. По графику рис.2 определяем сопротивление паропроницанию слоев, расположенных между внутренней поверхностью ограждения и плоскостью конденсации Rпв также между этой плоскостью и наружной поверхностью ограждения Rпн.

7.2. Находим положение плоскости возможной конденсации на температурном графике рис. 1. Ясно, что на этом рисунке она поделит увлажняющий слой на границе между R4 и R5.

Определяем средние температуры:

-зимнего периода, охватывающего месяцы со средними температурами ниже -5°С, tзим: -14,92 °С

-весенне-осеннего периода, включающего месяцы со средними температурами от -5 до +5°С, tво: +0,8 °С

-летнего периода, охватывающего месяцы со средними температурами более +5°С, tл: +16,7°С

-периода влагонакопления, к которому относятся месяцы со средними температурами О оС и ниже, tвл: -12,95°С

7.5. Температуры перечисленных периодов откладываем на наружной плоскости рис,1 и полученные точки соединяем с точкой tв, Пересечения линий с плоскостью конденсации дадут температуры в этой плоскости для соответствующих периодов года, по которым определить максимальные упругости Е, а результаты запишем в табличной форме. Период и его индекс Месяцы Число

Мес. z Наружная температура периода В плоскости конденсации      t,°C Е,Па  1-зимний 1,2,3,11,12 5 -14.92 -13,2 194  2-весенне-осенний 4,10 2 +0,8 +1,8 695  3-летний 5,6,7,8,9 5 +16,7 +17 1937  0-влагонакопления 1,2,3,4,11,12 6 -12,95 -11,4 229  

7.7. Вычисляем среднегодовую упругость насыщающих водяных паров в плоскости возможной конденсации

Е=(Е1*z1+E2*z2+E3*z3)/12=(194*5+695*2+1937*5)/12=985 Па

где Ei и Zi - берем из табл. п. 7.6 для соответствующих периодов.

7.8. Определяем среднегодовую упругость водяных паров в наружном воздухе

енг=(?еi) /12 = (90+120+240+470+810+1440+1960+1910+1240+590+260+120)/12=

=9250/12=770,83Па,

еi - берем из таблицы п. 1.1.1

7.9. Вычисляем требуемое сопротивление паропроницанию внутренних слоев конструкции, при котором обеспечивается ненакопление влаги в увлажняемом слое из года в год:

Rпвтр-1= (ев-Е)*Rпн/(Е- енг)=( 1458-985)*1,091/(985-770,83)= =516,043/214,17=2,41(м2*ч*Па)/мг

Сравним полученное значение с располагаемым Rпв>Rпвтр-1

Вывод: сопротивление паропроницанию внутренего слоя достаточно для ненакопления влаги в увлажняемом слое из года в год.

7.10. Определим среднюю упругость водяных паров в наружном воздухе для периода влагонакопления

е0=? eнio/ Zo=(90+120+240+470+260+120)/6=216,67Па

где eнio - среднемесячные упругости для месяцев, имеющих температуры tн ? 0°С;

Zo - число таких месяцев в периоде.

7.11. Вычислим требуемое сопротивление паропроницанию внутренних слоев конструкции, ограничивающих приращение влажности (в увлажняемом слое) в допустимых пределах

Rпвтр-2=(ев-Е0)/(( Е0 –е0)/ Rпн+(?*?* ??ср)/(100* Zo)=(1458-229)/((229-216,67)/1,091+(1800*106*0.12*25)/(100*181*24))=1229/((11,302+12430,939)=

=0,0988 (м2*ч*Па)/мг

где ? - толщина увлажняемого слоя (не зоны!);

Zo - продолжительность периода влагонакопления (п. 1.1.3), выраженная в часах;

р - плотность увлажняемого материала

??ср - допустимое приращение средней влажности, % , которое принимаем по табл.14 [1, с13], для пенополиуретана ??ср=25

Сравним полученное значение с располагаемым: Rпв> Rпвтр-2

Вывод: сопротивление паропроницанию внутренних слоев конструкции, ограничивающих приращение влажности (в увлажняемом слое) выше требуемых значений, следовательно, накопление влаги находится в допустимых пределах, и влага не будет накапливаться в увлажняемом слое из года в год.

8. Проверка ограждения на воздухопроницание

8.1. Определяем плотность воздуха в помещении ?в при заданной температуре tв и на улице ?н при температуре самой холодной пятидневки (п. 1.1.2):

= (?*Р)/(R*Т)=(0.029*101*1000)/(8.31*(22+273))=1,1948 кг/м3

=(0.029*101*1000)/( (8.31*(273-32))=1.4625 кг/м3

где ? - молярная масса воздуха, равная 0,029 кг/моль;

Р - барометрическое давление, принять равным 101кПа;

R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31Дж/(мольК);

Т - температура воздуха, К.

8.2. Вычисляем тепловой перепад давления

?Рт=0.56*( ?н - ?в)*g*H=0.56*(1.1948-1.4625)*9.81*27=39,707Па

где g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2;Н =27 - высота здания, м.

8.3. Определяем расчетную скорость ветра v, приняв в качестве таковой максимальное значение скорости ветра из тех румбов за январь месяц, на которых повторяемость ветра составляет 16% и более.

v=5,9м/с

8.4. Вычисляем ветровой перепад давления

?Рв=0,3* ?н* v2=0,3*1,4625*5,92=15,273Па

и суммарный (расчетный) перепад, действующий на ограждение

= ?Рт+ ?Рв=39,707+15,273=54,98Па

8.5. Найдем по табл.12 [1, с. 11] допустимую воздухопроницаемость ограждения Gн , Gн=0,5кг/м2*час

8.6. Определим требуемое (минимально допустимое) сопротивление инфильтрации

Rнтр=?Р/ Gн=54,98/0,5=109,96 м2*час*Па/кг

8.7. Определим по прил.9 [1, с.26] сопротивление воздухпроницанию каждого слоя и запишем их в табличной форме Номер слоя Материал Толщина слоя, мм Пункт приложения 9 Сопротивление Rнi,м2чПа/кг  1 Раствор сложный 15 31 142  2 Туфобетон (1600 кг/м3) 350 29 14*3,5  3 Пенополиуретан (60 кг/м3) 120 23 79*1,2  4 Воздушная прослойка 20 Прил 2 0  5 Кирпич глиняный на цементно-песчаном растворе (1800 кг/м3) 120 9

прим.1 2(+20)  

8.8. Найдем располагаемое сопротивление воздухопроницаницанию

Rн=?Rнi=142+14*3,5+79*1,2+(2+20) = 307,8 м2чПа/кг

Сравним это значение с требуемым: значение располагаемого сопротивления воздухопроницанию больше требуемого, следовательно норматив выполняется.

Заключение

В заключение укажем условия, при которых конструкция будет отвечать нормативным требованиям по тепловой защите, влажностному режиму поверхности и толщи, по инфильтрации. Укажем также выходные данные для смежных расчетов сооружения, а именно:

общая толщина ограждения (стены): 0,625 м

масса 1 м2 ограждения:

?=m/F=? ?i*?i=800*0.015+1600*0.35+60*0,12+1800*0.12=795,2кг

сопротивление теплопередаче Ro=3,832 (м2*К)/Вт

коэффициент теплопередачи К=1/Ro=0,261 Вт /(м2*К)

действующий перепад давления ?Р=54,98Па

Интернет-ресурсы:

http://эссе.рф - сборник не проиндексированных рефератов. Поиск по рубрикам и теме. Большинство текстов бесплатные. Магазин готовых работ.