Расчет тепловлажностного режима плоской чердачной неэксплуатируемой крыши

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

ИНЖЕНЕРНО-СТОРИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

Кафедра «Гражданское строительство и прикладная экология»

Отделение энергетических и промышленно-гражданских сооружений

Задание на курсовую работу по дисциплине «Физика среды и ограждающих конструкций»

Расчет тепловлажностного режима плоской чердачной неэксплуатируемой крыши

 

 

 

Санкт-Петербург

апрель, 2013г.

6 вариант

1.Исходные данные

Техническое задание. В связи с неудовлетворительным тепло-влажностным режимом здания необходимо произвести утепление плоской чердачной неэксплуатируемой крыши. С этой целью выполнить расчеты термического сопротивления, теплоустойчивости, воздухо- и паропроницаемости ограждающих конструкций здания с оценкой возможности конденсации влаги в толще ограждений. Установить необходимую толщину теплоизоляционного слоя, необходимость применения ветро- и пароизоляции, порядок расположения слоев в конструкции. Разработать проектное решение, отвечающее требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» к ограждающим конструкциям. Расчеты выполнить в соответствии со сводом правил по проектированию и строительству СП 23-101-2004 "Проектирование тепловой защиты зданий".

7-этажное жилое здание расположено в городе Грозный.

Климатические параметры. Согласно СНиП 23-02-2003 и ГОСТ 30494-96 расчетную среднюю температуру внутреннего воздуха принимаем равной

tint = 21,5 °С.

Согласно СНиП 23-01-99 принимаем:

1) расчетную температуру  наружного воздуха в холодный  период года для условий города Грозный:

text = -18 °С;

2) продолжительность отопительного  периода

zht = 160 сут.;

3) среднюю температуру  наружного воздуха за отопительный  период

tht = 0,9 °С.

Коэффициенты теплоотдачи. Значения коэффициента теплоотдачи внутренней поверхности ограждений принимаем: для стен, полов и гладких потолков αint = 8,7 Вт/(м2·ºС).

Значения коэффициента теплоотдачи наружной поверхности ограждений принимаем: для стен и покрытий αext =23; перекрытий чердачных αext=12 Вт/(м2·ºС);

Нормируемое сопротивление теплопередаче. Градусо-сутки отопительного периода Gd определяются по формуле:  Gd =(tint - tht)zht,                                                         

Gd = 3024 °С·сут.   

Поскольку значение Gd отличается от табличных значений, нормативное значение Rreq определяем по формуле: Rreq=aGd+b,

Согласно СНиП 23-02-2003 для полученного значения градусо-суток нормируемое сопротивление теплопередаче Rreq, м2·°С/Вт, составляет:

- для наружных стен                                                                            2,46;

- покрытий и перекрытий  над проездами                                         3,71;

- перекрытий чердачных                                                                    3,26;

- окон и балконных дверей                                                               0,38.

2. Теплотехнический расчет плоской чердачной неэксплуатируемой крыши

 

2.1. Характеристика покрытия

 

Покрытие корпуса представляет собой железобетонную плиту. Теплоизоляция выполнена из пенополивинилхлоридных  плит. Пароизоляция в виде полиэтиленовой пленки в два слоя, расположена под теплоизоляцией. На облицовку потолка из пенополистирольной плитки нанесен известковый штукатурный раствор. Характеристики материалов покрытия – плотность γ0, коэффициент теплопроводности в сухом состоянии l. При этом в расчетах используем коэффициенты теплопроводности материалов lW для условий эксплуатации Б, (для влажных условий эксплуатации), рассчитываем по формуле - λw=λо(1+βW), . Имеем:

- для железобетонной плиты

γ0 =2500 кг/м3,

l0=1,69 Вт/(м× °С),

lW =1,69(1+0,069·3)=2,04 Вт/(м·°С),

μ=0,03 мг/(м·ч·Па);

- для полиэтиленовой пленки:

γ0 = 930 кг/м3,

l0=lW =0,12 Вт/(м·°С),

μ=0,000022 мг/(м·ч·Па);

- для плит из пенополистирола (марка пенопласта ПСБ-С-50):

γ0 =50 кг/м3,

l0 =0,04 Вт/(м·°С),

 

                   lW =0,04(1+0,035×10)=0,054 Вт/(м·°С),

                                μ=0,02 мг/(м·ч·Па);

-для цементно-песчаной  стяжки:

γ0 =1200 кг/м3,

l0=0,35 Вт/(м× °С),

lW =0,35(1+0,164·4)=0,58 Вт/(м·°С),

μ=0,14 мг/(м·ч·Па);

-для плит из пенополивинилхлорида:

γ0 =125 кг/м3,

l0=0,052Вт/(м× °С),

lW =0,052(1+0,023·10)=0,064 Вт/(м·°С),

μ=0,23 мг/(м·ч·Па);

- для известкового штукатурного  раствора:

γ0 =900 кг/м3,

l0=0,16Вт/(м× °С),

lW =0,16(1+0,052·12)=0,26 Вт/(м·°С),

μ=0,16 мг/(м·ч·Па);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Расчет сопротивления теплопередаче

R=δ/λw, Ω = δ/m,                                                         

Приведенное сопротивление теплопередаче кровли

                                                                            Таблица 1

№ слоя	Материал слоя	Толщина δ, м	Расчетные коэффициенты		Расчетные сопротивления
			Теплопроводности λ, Вт/(м К)	Паропроницаемости µ, мг/(м·ч·Па)	Теплопередаче R, (м2·°С)/Вт	Паропроницанию Ω, м2·ч·Па/мг
1	Облицовка из пенополистирольной плитки	0,008	0,054	0,02	0,148	0,400
2	Штукатурный раствор	0,026	0,26	0,16	0,1	0,163
3	Железобетонная плита	0,115	2,04	0,03	0,056	3,833
4	Пароизоляция (п/э пленка в 2 слоя)	0,0002	0,12	0,000022	0	0
5	Цементно-песчаная стяжка	0,046	0,58	0,14	0,079	0,329

Термическое сопротивление покрытия (без дополнительного утепления) определяем как сумму термических сопротивлений отдельных слоев.

Rо =1/8,7+0,148+0,056+0,079+0,100++1/12= Rreq=3,26 м2·°С/Вт,

где   – это толщина теплоизоляционного слоя из пенополивинилхлорида

Найдем толщину теплоизоляционного слоя:

  0,17м=170мм

Плиты из пенополивинилхлорида  выпускаются толщиной от 35 до 70 мм с шагом 10 мм. Принимаем стандартную толщину плит 60 мм. Таким образом, дополнительная теплоизоляция будет уложена в три слоя.

Проверка выполнения требований по энергосбережению. Расчетная схема  крыши приведена на рис.1. Произведем расчет общего приведенного сопротивления теплопередаче покрытия при выбранной толщине теплоизоляции. Результаты расчета приведены в таблице:

                                            

                 Таблица 2

№ слоя	Материал слоя	Толщина δ, м	Расчетные коэффициенты		Расчетные сопротивления
			Теплопроводности λ, Вт/(м К)	Паропроницаемости µ, мг/(м·ч·Па)	Теплопередаче R, (м2·°С)/Вт	Паропроницанию Ω, м2·ч·Па/мг
1	Пенополистирольная плитка	0,008	0,054	0,02	0,148	0,400
2	Штукатурный раствор	0,026	0,26	0,16	0,1	0,163
3	Железобетонная плита	0,115	2,04	0,03	0,056	3,833
4	Пароизоляция (п/э пленка в 2 слоя)	0,0002	0,12	0,000022	0	0
5	Плиты из пенополивинилхлорида	0,180	0,064	0,23	2,81	0,783
6	Цементно-песчаная стяжка	0,046	0,58	0,14	0,079	0,329

 

Сопротивление теплопередаче покрытия после утепления составит:

Ro=1/8,7+0,148+0,056+0,079+0,100+2,81+1/12=3,39м2·°С/Вт.

Согласно СНиП 23-02-2003 для полученного выше значения градусо-суток нормируемое сопротивление теплопередаче покрытия составляет:

Rcreq =3,26 м2·°С/Вт

Как видно из таблицы 2 , покрытие удовлетворяет требованиям по теплозащите (Ro> Rcreq) при толщине теплоизоляционного слоя 60 мм, уложенного в три слоя.

Рис.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверка выполнения требований по санитарно-гигиеническим и комфортным условиям в помещении. Расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены Δt0 составляет

Δt0=n(tint – text)/(Ro·αint)=1,0(21,5+18)/(3,39 ·8,7)=1,34 ºС.

Согласно СНиП 23-02-2003 для покрытий жилых зданий допустим перепад температуры Δt0 не более Δtn=3,0 ºС. Таким образом, второе условие (Δt0≤Δtn) выполнено.

Проверим третье условие (τint>tрос), т.е. возможна ли конденсация влаги на внутренней поверхности покрытия при расчетной температуре наружного воздуха

text = -18 °С. Температуру внутренней поверхности τint, °С, ограждающей конструкции (без теплопроводного включения) определяем по формуле

τint= tint –Δt0=21,5-1,34=20,16 °С.

 Упругость водяного  пара в помещении еint равна:

еint = φint×Е/100=54·2581/100=1394 Па,

 

 

Точка росы при максимальной упругости пара Па составляет

tрос =11,9 °С.

Поскольку τint>tрос, то условие отсутствия конденсации пара на внутренней поверхности наружной стены выполняется.

2.3. Теплоустойчивость чердачной неэксплуатируемой крыши в холодный период года

Поскольку в здании предусмотрено стационарное электро-теплоаккумуляционное отопление, то согласно СНиП 23-02-2003 нормируемое значение амплитуды суточных колебаний температуры составляет Аtreq=2,5 ºС.

Аtdes≤ Аtreq.

Для материала каждого слоя определяем коэффициент теплоусвоения материала s и показатель тепловой инерции D.

D=R×s

D = D1 + D2 +...+ Dn,

Таблица 3

Коэффициенты теплоусвоения и показатели тепловой инерции слоев покрытия

№ слоя	Материал слоя	Плотность γ0, кг/м3	Коэффициент теплопроводности λW, Вт/(м·ºС)	Удельная теплоемкость c, Дж/(кг·ºС)	Коэффициент теплоусвоения s, Вт/(м2·°С)	Сопротивление теплопередаче R, м2·°С/Вт	Показатель тепловой инерции D
1	Облицовка из пенополистирольной плитки (ПСБ-С-50)	50	0,054	1340	0,51	0,148	0,08
2	Штукатурка	900	0,26	840	3,78	0,1	0,38
3	Железобетон	2500	2,04	840	17,65	0,056	0,99
4	Пароизоляция (п/э пленка)	930	0,12	1570	3,57	0,0002	0
5	Теплоизоляционные плиты из пенополивинилхлорида	125	0,064	1260	0,73	2,81	2,05
6	Цементно-песчаный раствор	1200	0,58	840	6,52	0,079	0,52
Сумма							4,02

Из табл. 3 следует, что зона резких колебаний расположена в трех первых слоях ограждения, поэтому коэффициент теплоусвоения  внутренней поверхности ограждения определяется по формуле:

Yint=(R1S12+Y2)/(1+ R1Y2)=0,148ˑ+ / 1+0,148ˑ=3,433Вт/(м2·°С).

Y2==

 

Коэффициент теплопоглощения поверхности ограждения вычисляем по формуле:

В=1/(1/a'int +1/Yint)=1/(1/(4,5+3,5)+1/3,433)=2,41Вт/(м2·°С).

Амплитуду колебаний температуры воздуха в помещении рассчитываем по формуле:

Atdes = m× (tint – text)/ВRо=0,1(21,5+18)/2,41·3,39=0,22 °С,

Полученное значение амплитуды суточных колебаний температуры воздуха в чердачной неэксплуатируемой крыше Atdes =0,22 °С меньше нормируемого значения этой величины Аtreq=2,5 ºС, следовательно ограждение удовлетворяет требованиям СНиП по теплоустойчивости в холодное время года.

2.4. Воздухопроницаемость  чердачной неэксплуатируемой  крыши.

 

Сопротивление воздухопроницанию покрытий жилых и общественных зданий Jdes должно быть не менее нормируемого сопротивления воздухопроницанию Jreq , которое составляет:

Jreq= Δp/Gn

Jreq= 18,19/0,5=36,38 м2·ч·Па/кг.

При этом нормируемая воздухопроницаемость покрытия принята равной 0,5 кг/(м2·ч). Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях покрытия получена по формуле:

Δp=0,55·24(13,58-11,76)+0,03·13,58·3,52=18,19 Па.

Высота здания H=24 м складывается из высоты семи этажей по 3 м и высоты крыши, которая может быть принята равной высоте этажа. Удельные веса, наружного и внутреннего воздуха, Н/м3, определяем по формулам:

γext =3463/(273+text),

     γint=3463/(273+tint).

γext =3463/(273-18)=13,58,

γint=3463/(273+21,5)=11,76.

Сопротивление покрытия воздухопроницанию Jdes, м2·ч·Па/кг, определяем по формуле Jdes= J1+ J2+ J3+…+ Jn,

 Результаты расчета  представлены в табл. 4.

Таблица 4

Характеристика слоев покрытия воздухопроницанию

№ слоя	Материал слоя	Плотность γ0, кг/м3	Толщина δ, м	Сопротивление воздухопроницанию Jdes, м2·ч·Па/кг
1	Облицовка из пенополистирольной плитки (ПСБ-С-50)	50	0,008	79
2	Штукатурка	900	0,026	142
3	Железобетон	2500	0,115	19620
4	Пароизоляция (п/э пленка)	930	0,002	2000
5	Теплоизоляционные плиты из  пенополивинилхлорида	125	0,180	9,6
6	Цементно-песчаный раствор	1200	0,046	373
Сумма				22224