Теплотехника

1. Исходные данные

• район строительства: г. Челябинск;

• группа здания: жилая;
• расчетная средняя температура внутреннего воздуха  жилого здания,     = 20°С (по табл.1, п. 5.2 [3]);
• относительная влажность внутреннего воздуха жилого здания, = 55 % (по табл.1, п. 5.2 [3]);
• расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, °С, для всех зданий, кроме производственных зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, С (по табл.1, [2]);

Расчетный коэффициент  теплопроводности материала слоев  О.К. , Вт/(м·°С), принимаем по табл. Д.1, приложения Д [3], исходя из условия эксплуатации О.К. (А или Б), которое определяем по влажностному режиму помещения и зоне влажности района строительства по табл. 2 , п. 4.4 [1]. Влажностный режим помещения определяем по табл. 1, п. 4.3 [1] ( = 20°С и =55%, что соответствует влажностному режиму помещения – нормальный). Зону влажности на территории города находим по карте зон влажности территории РФ, приведенной в приложении Б (г. Челябинск относится к сухой зоне). Таким образом, по нормальному влажностному режиму помещения и сухому на территории города, условие эксплуатации О.К. – А.

Принимаем конструкцию наружной стены, указанную на рисунке.

Расчетные коэффициенты теплопроводности слоев: λ₁=0,14 Вт/(м·°С); λ₂=0,041 Вт/(м·°С); λ₃=0,29 Вт/(м·°С), λ₅=0,34 Вт/(м·°С).

 

2 Расчет  тепловой защиты здания

2.1. На первом этапе расчета тепловой защиты здания необходимо определить толщину утеплителя данного района строительства, для чего предварительно определяем градусо-сутки отопительного периода , °С·сут по формуле:

,     (1)

где – градусо-сутки отопительного периода, °С·сут; 

– расчетная средняя температура внутреннего воздуха  жилого здания, °С (по [3, п. 5.2, табл.1] и по [4, п. 3.4, табл.1 и табл.2]);

 – средняя температура наружного воздуха, °С, отопительного периода, принимаемая для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8°С (по табл.1, [2]);

 – продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемая для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8°С (по табл.1, [2]);

Найдем значения параметров формулы:

– t_int = 20°С;

– t_ht по табл.1, [2] средняя температура наружного воздуха, °С, отопительного периода, принимаемая для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8°С, = -6,5°С (по табл.1, [2]);

– z_ht – продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемая для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8°С, = 218 сут. (по табл.1, [2]), тогда

D_d = (20 – (-6,5)) *218 =5777 °С·сут.

По значению по табл. 4, п. 5.3 [1] (для стены жилого здания) определяем нормируемое значение сопротивления теплопередаче , м²·°С/Вт. Т.к. значение не принимает табличной величины, то воспользуемся формулой:

,     (2)

где – градусо-сутки отопительного периода, °С·сут, для конкретного пункта;

a, b – коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий.

Тогда,

R_reg = 0,00035*5777+1,4 =  3,42195 м² *^оС/Вт

Далее определяем приведенное сопротивление теплопередаче , м²·°С/Вт, заданной многослойной О.К., которое должно быть не менее нормируемого значения , м²·°С/Вт ( ). находим как сумму термических сопротивлений отдельных слоев с учетом сопротивлений теплопередаче внутренней и наружной поверхностей О.К. ( и ) по формуле:

               ,              (3)                           

где и соответственно равны: и ,

где – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности О.К., Вт/(м²·°С), = 8,7 Вт/(м²·°С) принимаемый по табл. 7, п. 5.8 [1];

 – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности О.К., Вт/(м²·°С), = 23 Вт/(м²·°С) принимаемый по табл. 8, п. 9.1.2 [3].

А сопротивление  теплопередаче воздушной прослойки, в нашем случае для δ = 0,03 (т.к толщина воздушной прослойки 30 мм, то 30/1000=0,03 м), принимаем по табл. 7, п. 9.1.1 [3]:

R₂=R₄ = R_al = 0,16 (м²·°С)/Вт

Формула (3) принимает вид:

R_reg = R₀ = 1/α_int +δ₁/γ₁ + δ₂/γ₂ + δ₃/γ₃ + R_al + δ₅/γ₅ +1/α_ext   (4)

Так как  , то подставляем числовые значения и получаем:

R_reg = R₀ = 1/8,7 + 0,012/0,14 + х/0,041 +0,2/0,29 + 0,16 + 0,008/0,34 + 1/23 = 0,12 + 0,09 + х/0,041 + 0,69 +0,16 + 0,02 + 0,04 = 3,42

Выражаем х:

х = 0,041 * (3,42 – 1,12) = 0,0943 м = 94,3 мм

Принимаем х = 100 мм, т.е. округляем до ближайшей промышленной толщины.

Тогда

R₀ = 1/8,7 + 0,012/0,14 + 0,1/0,041 +0,2/0,29 + 0,16 + 0,008/0,34 + 1/23 =          0,12 + 0,09 + 2,44 + 0,69 +0,16 + 0,02 + 0,04= 3,56 м²·^оС/Вт

Таким образом, общая толщина О.К. составляет:

δ_ок= δ₁ + δ₂ + δ₃ + δ₄  + δ₅ = 12 + 100 + 200 + 30 + 8 = 350 мм, которая обеспечивает требования тепловой защиты зданий по показателю «а», так как             R_o = 3,56 м² *^оС/Вт > R_reg = 3,42 м² *^оС/Вт.

 

2.2. На втором этапе расчета тепловой защиты здания необходимо определить расчетный температурный перепад , °С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности О.К., который не должен превышать нормируемой величины , °С. Для наружных стен жилых зданий по табл. 5, п. 5.8 [1].

Расчетный температурный  перепад определяем по формуле:

                                            (5)

где – то же, что и в формуле (1) и (3);

– приведенное сопротивление теплопередаче О.К., м²·°С/Вт, исходя из условия, что ;

– коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху,

Найдем значения параметров формулы:

= 1 по табл. 6, п. 5.8 [1];

= 20°С ;

 t_ext = -34^oC

R₀ = 3,56 м² *^оС/Вт

= 8,7 Вт/(м²·°С)

Тогда подставляя в формулу (5) числовые значения и получаем:

∆t₀ = 1* (20 – (-34)) / 3,56 * 8,7 = 1,744 ^оС

Таким образом, расчетный температурный перепад ∆t₀ = 1,744 ^оС не превышает нормируемого значения , что удовлетворяет первому санитарно-гигиеническому условию показателя «б».

 

2.3. На третьем этапе расчета тепловой защиты здания необходимо проверить выполнение требования второго условия санитарно-гигиенического показателя: температура внутренней поверхности О.К. должна быть не ниже температуры точки росы внутреннего воздуха при расчетной температуре наружного воздуха.

Температуру внутренней поверхности  , °С, многослойной О.К. следует определять по формуле:

                                                              (6)

где - то же, что и в формуле (5);

=1; = 20 °С ; t_ext = -34 ^oC; = 8,7 Вт/(м²·°С); R_o = 3,56 м² *^оС/Вт

∆t₀ = 1,744 ^оС

Тогда,

τ_si = t_int - ∆t₀ = 20 – 1,744 = 18,256 ^оС

При = 20°С  и = 55% температура точки росы внутреннего воздуха t_d = 10,69 ^oC (по приложение Р [3]).

Таким образом, температура внутренней поверхности ограждающей конструкции τ_si = 18,256 ^оС больше температуры точки росы внутреннего воздуха t_d = 10,69 ^oC, т.е. , что удовлетворяет второму санитарно-гигиеническому условию показателя «б».

 

2.4 Вывод: требования СНиП 23-02-2003 «а» и «б» п. 5 выполнены, значит принятая О.К. удовлетворяет климатическим условиям г. Челябинска.

 

 

Список литературы

 

1. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий.- М.: ФГУП ЦПП, 2004.- 25 с.
2. СНиП 23-01-99* Строительная климатология.- М.: ФГУП ЦПП, 2005.- 70 с.
3. Свод правил по проектированию и строительству 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий.- М.: ФГУП ЦПП, 2005.- 139 с.
4. ГОСТ 30494-96 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.- М.: ФГУП ЦПП, 2005.- 15 с.