Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Использование электронных ресурсов позволяет придать более яркую эмоциональную окраску процессу обучения физике не только на уроках, но особенно во в...полностью>>
'Документ'
Собиралися-соезжалися, вкруг ее рядами рассаживались, стали птицу-певицу пытать: - Птица вещая, птица мудрая, много знаешь ты, много веда- ешь Ты ск...полностью>>
'Доклад'
За это время Корпорация прошла сложный путь развития, включающий увеличение и модернизацию производств, расширение номенклатуры продукции от кровельны...полностью>>
'Документ'
Свидетельство серия 23 № 005989903 от 12.07.2005 года о государственной регистрации юридического лица за основанным государственным регистрационным но...полностью>>

Главная > Методические указания

Сохрани ссылку в одной из сетей:

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Барабанщиков Юрий Германович

ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ

Методические указания по выполнению курсовой работы

«Расчет тепло-влажностного режима ограждающих конструкций»

Санкт-Петербург

2005

1. ВВЕДЕНИЕ

К ограждающим конструкциям относятся элементы зданий и сооружений, ограничивающие некоторое пространство для создания на нем заданного режима службы. Такое определение наиболее полно охватывает различные типы ограждающих конструкций, к которым относятся стены, перекрытия, кровли, гидроизоляционные завесы, заборы и т. п. Стены и перекрытия зданий обеспечивают благоприятный тепловой и шумовой режим помещений, кровля и гидроизоляция – сухой режим службы конструкций, забор – контролируемый режим службы территории и т. д.

В соответствии с выполняемыми функциями к ограждающим конструкциям зданий должны предъявляться требования по:

1) термическому сопротивлению;

2) теплоустойчивости;

3) воздухопроницаемости;

4) паропроницаемости;

5) водопроницаемости;

6) звукопроницаемости;

7) несущей способности (прочности).

Первые четыре требования сформулированы в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», а по Санкт-Петербургу в ТСН 23-340-2003 «Нормативы по энергопотреблению и теплозащите». Способы теплотехнического расчета ограждающих конструкций даны в своде правил по проектированию и строительству СП 23-101-2000 "Проектирование тепловой защиты зданий".

Не существует материала, который был бы эффективен в отношении всех перечисленных требований. Так, если выполнить стены из плотного бетона, то несущая способность и теплоустойчивость будут обеспечены при достаточно небольшой толщине стен (10-15 см), при этом, однако, необходимое сопротивление теплопередаче не будет достигнуто. Для создания необходимой тепловой защиты здания потребуется увеличить толщину бетонных стен до 3-6 м. Вполне понятно, что такое решение не рационально. Если выполнить стену из очень легкого пористого материала, например, пенополистирола, то необходимую теплозащиту можно обеспечить при толщине 10-20 см, однако, требования по теплоустойчивости и прочности не будут удовлетворены. Стены из такого материала не могут быть несущими. Таким образом, ограждающие конструкции являются многослойными. Слои состоят из различных по природе и свойствам материалов. Каждый из них выполняет свои функции.

Мы видели, что если материал обладает высокой прочностью, то теплоизоляционные свойства его низкие (теплопроводность высокая). Наоборот, в случае высокого термического сопротивления прочность является слишком низкой. Почему это происходит? Дело в том, что снизить теплопроводность материала можно только путем заполнения части его объема равномерно распределенными порами (воздухом), но замена плотного вещества воздухом неизбежно приводит к снижению прочности.

Однако есть материалы, которые сочетают в себе невысокую, но достаточную прочность и немалую пористость, а, следовательно, вполне удовлетворительные теплоизоляционные свойства. Такие материалы используются для несущих стен и называются стеновыми материалами. К ним относятся кирпич и стеновые камни (керамические и силикатные, включая газосиликат), блоки и панели из легких бетонов (газобетона, пенобетона, бетонов на пористых заполнителях), природные камни (вулканический туф, известковый туф, известняк ракушечник) и др.

Внесенные в СНиП II-3-79 изменения во исполнение Закона Российской Федерации "Об энергосбережении" N 28-ФЗ от 3.04.96 г., постановления Правительства РФ от 2.11.95 N 1087 "О неотложных мерах по энергосбережению", Указа Президента РФ от 7.05.95 N 472 "Основные направления энергетической политики Российской Федерации на период до 2010 года" ужесточили требования к теплозащите зданий настолько, что для их выполнения кирпичные стены необходимо делать толщиной, в зависимости от климатической зоны от 0,8 до 2 м. Это при условии, что используется наиболее эффективный пустотный кирпич с теплопроводностью не выше 0,35 Вт/(м·оС). При использовании полнотелого кирпича толщина стен будет еще больше от 1 до 3 м. Повышение требований связано с необходимостью экономии энергозатрат на отопление зданий. Принятые в 2003 году новые нормы (СНиП 23-02-2003 и ТСН 23-340-2003) предусматривают еще большее снижение уровня энергопотребления – не менее, чем на 20 % по сравнению с требованиями СНиП II-3-79 до 2000 г.

В связи с этим понятно, что новое строительство, модернизация и капитальный ремонт зданий не могут осуществляться без применения эффективных теплоизоляционных материалов.

2. ТРЕБОВАНИЯ К ОГРАЖДАЮЩИМ КОНСТРУКЦИЯМ

2.2. Требования по тепловой защите здания

Тепловая защита здания оценивается по двум показателям:

а) приведенному сопротивлению теплопередаче R0;

б) температурному перепаду Δt0 между температурой внутреннего воздуха tint и температурой внутренней поверхности ограждения τint.

При проектировании конструкции должны быть выполнены три условия.

1. Приведенное сопротивление теплопередаче R0 должно быть не ниже нормируемого значения Rreq, которое является наибольшим из двух значений Rreq* и Rreq**.

Нормативное значение Rreq* принимается из условий энергосбережения по табл. П.1 (см. приложение) в зависимости от, так называемых, градусо-суток района строительства Gd, определяемых по формуле

Gd =(tint - tht)zht, (2.1)

где tht – средняя температура наружного воздуха за отопительный период;

zht – продолжительность отопительного периода, принимаемая равной периоду со средней суточной температурой воздуха не выше 8 оС. Ориентировочные данные для расчета Gd приведены в табл. П.2.

Нормативное значение Rreq** определяется исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий по формуле

Rreq**= n(tint text)/(Δtnαint), (2.2)

где n - коэффициент, учитывающий условия на наружной поверхности ограждения (принимается по табл. П.3);

tint  - расчетная температура внутреннего воздуха,

text - расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С;

Δtn - нормируемый температурный перепад между воздухом в помещении и внутренней поверхностью ограждающей конструкции, принимаемый по табл. П.4.

αint - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций принимаемый по табл. П.5.

2. Расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения Δt0=tint-τint не должен превышать нормируемых значений Δtn, приведенных в табл. П.4.

3. Температура внутренней поверхности ограждения должна быть не ниже точки росы внутреннего воздуха при расчетной температуре наружного воздуха в зимний период.

2.3. Требования по теплоустойчивости ограждающих конструкций

Требования по теплоустойчивости в летний и зимний периоды года разные, что обусловлено различными причинами колебаний теплового потока через ограждение. В летний период колебания связаны главным образом с повышением температуры наружной поверхности ограждения днем (вследствие поглощения солнечной радиации) и охлаждением ее ночью. В зимний период колебания теплового потока вызваны неравномерным отоплением.

2.3.1. Требования в теплый период года. В районах со среднемесячной температурой июля 21 С и выше амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций Aτdes не должна быть более нормируемой амплитуды Aτreq, определяемой по формуле

Aτreq = 2,5 - 0,1(text - 21), (2.3)

где text — среднемесячная температура наружного воздуха за июль, С, принимаемая согласно СНиП 23-01-99.

2.3.2. Требования в холодный период года. Расчетная амплитуда суточных колебаний результирующей температуры помещения Atdes жилых и общественных зданий не должна превышать нормируемого значения Aτreq, равного 1,5 оС при наличии центрального отопления, 2,5 оС при электроотоплении или 3 оС при печном отоплении.

2.4. Требования к влажностному режиму ограждающих конструкций

2.4.1. Сопротивление паропроницанию Ωvp2·ч·Па/мг) ограждающей конструкции (в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации) должно быть не менее наибольшего из следующих нормируемых значений:

а) нормируемого сопротивления паропроницанию Ωreq* (из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации), определяемого по формуле

; (2.4)

б) нормируемого сопротивления паропроницанию Ωreq** (из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха), определяемого по формуле

, (2.5)

где еint — упругость водяного пара при расчетной температуре и влажности внутреннего воздуха, определяемая по формуле

еint=(φint/100)Eint , (2.6)

где Eint – упругость насыщенного пара при расчетной температуре и влажности внутреннего воздуха;

φint – относительная влажность внутреннего воздуха;

Ωe – сопротивление паропроницанию части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью ограждающей конструкции и плоскостью возможной конденсации, определяемое в соответствии с п. 3.5.3;

eext - средняя за год упругость водяного пара наружного воздуха;

z0 — продолжительность в сутках периода влагонакопления, принимаемая равной периоду с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха (ориентировочно можно принять z0=0,35zht);

Е0 — упругость водяного пара в плоскости возможной конденсации, определяемая при средней температуре наружного воздуха периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами (ориентировочно можно рассчитать при температуре text);

— плотность материала в зоне конденсации;

W — толщина увлажняемого слоя ограждающей конструкции, принимаемая равной 2/3 толщины теплоизоляционного слоя многослойной ограждающей конструкции;

Wav — предельно допустимое приращение влажности материала (%) в зоне конденсации за период влагонакопления zo. Для минераловатных плит Wav=3 %, для пенополистирола и пенополиуретана Wav=25 %.

Е — упругость водяного пара в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации, определяемая по формуле

E=(E1z1+Е2 z2+Е3 z3)/12, (2.7)

где E1, Е2, Е3 — упругости водяного пара принимаемые по температуре в плоскости возможной конденсации, определяемой при средней температуре наружного воздуха соответственно в зимний (textзим), весенне-осенний (textв-о) и летний (textлет) период. Ориентировочно можно принять textв-о =(textзим + textлет)/2;

z1, z2, z3 — продолжительность в месяцах зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов (ориентировочно можно принять z1= z3=3; z2=6 мес.);

 — определяется по формуле

=0,0024(Е0 -e0ext) z0e, (2.8)

где e0ext — средняя упругость водяного пара наружного воздуха периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами (ориентировочно можно принять e0ext = eextзим);

2.4.2. Сопротивление паропроницанию Ωvp чердачного перекрытия или части вентилируемого покрытия, расположенной между внутренней поверхностью и воздушной прослойкой должно быть не менее нормируемого сопротивления паропроницанию Ωreq***, определяемого по формуле.

Ωreq***= 0,0012 (еint -e0ext). (2.9)

3. РАСЧЕТ ТЕПЛО-ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

3.1. Расчет сопротивления теплопередаче

3.1.1. Полное сопротивление теплопередаче R02С/Вт) ограждающей конструкции следует определять по формуле

R0 = 1/αint+R1 + R2 + ... + Rn + Rвп+1/αext, (3.1)

где R0 — термическое сопротивление всех слоев конструкции. Значение R0 зависит от конструкции ограждения.

αext — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, принимаемый для зимних условий по табл. П.6.

R1, R2, ..., Rn — термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, определяемые по формуле

R=δ/λ, (3.2)

где δ — толщина слоя, м; λ— расчетный коэффициент теплопроводности материала данного слоя ;

Rвп — термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, принимаемое по табл. П.7 с учетом примечания.

Если воздушная прослойка вентилируется наружным воздухом, то при определении R0 слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой, и наружной поверхностью ограждающей конструкции, не учитываются.

3.1.2. Расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения Δt0 определяется по формуле

. (3.3)

3.1.3. Температура внутренней поверхности ограждающей конструкции τint должна быть не ниже точки росы tр внутреннего воздуха при расчетной зимней температуре наружного воздуха:

τinttр

Температуру внутренней поверхности τint, С, ограждающей конструкции (без теплопроводного включения) следует определять по формуле

τint= tint –Δt0. (3.4)

Точку росы tр можно определить следующим образом. Действительная упругость водяного пара в помещении еint определяется по формуле

еint = φintЕ/100, (3.5)

где φint – относительная влажность воздуха в помещении; Е – парциальное давление насыщенного водяного пара, определяемое в зависимости от температуры воздуха по графику зависимости Е=f(t). Данные для построения графика приведены в табл. П.8. Далее, по тому же графику, находим температуру tр, при которой пар, имеющий найденное значение упругости еint, является насыщенным.

3.2. Определение тепловой инерции ограждающих конструкций

3.2.1. Коэффициент теплоусвоения поверхности ограждения. Свойство поверхности ограждения в большей или меньшей степени воспринимать тепло при периодических колебаниях теплового потока называется теплоусвоением.

Пусть в результате колебаний тепловой мощности отопителя W (Вт) тепловой поток q изменяется во времени по синусоидальному закону с периодом Z, и амплитудой Aq (в пределах от максимального значения qmax=q+Aq, до минимального значения qmin= qAq). Колебания теплового потока вызывают в свою очередь колебания температуры (также синусоидальные) с амплитудой Аτ и с тем же периодом Z на внутренней поверхности ограждения (рис. 3.1). Отношение амплитуды колебания теплового потока q через ограждение Aq к амплитуде колебаний температуры на внутренней поверхности ограждения Аτ, вызванных колебаниями q, носит название коэффициента теплоусвоения внутренней поверхности ограждения Yint:

Yint= Aqτ. (3.6)

Коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения имеет размерность Вт/(м2°С) и представляет собой амплитуду колебаний теплового потока, вызывающего колебания температуры внутренней поверхности ограждения с амплитудой в 1°С.

3.2.2. Коэффициент теплоусвоения материала. Если ограждение выполнено из одного материала и имеет очень большую толщину, то теплоусвоение его внутренней поверхности при заданном периоде колебания температуры будет зависеть только от свойств этого материала. В этом случае теплоусвоение представляет физи­ческую характеристику материала ограждения и носит название коэф­фициента теплоусвоения материала s, значение которого можно найти по формуле:

, (3.7)

где λ – коэффициент внутренней теплопроводности; с – удельная теплоемкость; γ – объемная масса материала.

Формула (3.7) показывает, что наибольшее теплоусвоение имеют тяжелые материалы с высокой теплопроводностью и теплоемкостью, такие как сталь, гранит, мрамор, железобетон, а наименьшее – легкие теплоизоляционные материалы: стекловолокнистые плиты, пенополистирол и др.

3.2.3. Слой резких колебаний. Колебания температуры на поверхности ограждения вызывают в свою очередь затухающие и запаздывающие во времени колебания температуры в толще ограждения. На рис. 3.2 линия τint–τext изображает падение температуры в толще ограждения при стационарном тепловом потоке, пунктирные линии выше и ниже этой прямой – огибающие температурных колебаний в толще ограждения. По мере удаления от внутренней поверхности амплитуда колебаний постепенно уменьшается и на расстоянии d составляет половину максимального значения Аτ. Слой ограждения, толщиной d, в котором амплитуда колебаний температуры составляет величину не ниже Аτ/2 называется слоем резких колебаний.

3.2.4. Тепловая инерция. Запаздывание температурных колебаний во времени приводит к тому, что с изменением расстояния от внутренней поверхности изменяется их фаза. На рис. 3.2 сплошная жирная линия показывает распределение температуры по толщине ограждения в момент времени, соответствующий максимальной температуре внутренней поверхности τintτ. В этот момент, например, температура в точке 1 минимальна, а в точке 2 наоборот максимальна. В точке 2 отставание равно целому периоду колебаний Z или длине волны L. Чем выше отношение δ/L, то есть чем большеe число волн укладывается по толщине ограждения, тем выше его тепловая инерция.

Показатель тепловой инерции ограждения D пропорционален числу длин волн с коэффициентом пропорциональности около 8,5, то есть D=8,5δ/L. При D<8.5 в ограждении располагается меньше одной длины волны, при D>8.5 – более одной длины волны.

Для однородного однослойного ограждения D=Rs.

Для многослойной ограждающей конструкции

D = R1s1 + R2s2 +...+ Rnsn, (3.8)

где R1 , R2 ,..., Rn - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции.

s1, s2,..., sn - расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции, определяемые по формуле (3.7).

Примечания: 1. Расчетный коэффициент теплоусвоения воздушной прослойки принимается равным нулю

2. Слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом, и наружной поверхностью ограждающей конструкции, не учитываются.

Показатель тепловой инерции зависит от периода колебаний теп­лового потока, так как значение s , входящее в формулу (3.8) зависит от Z . С уменьшением периода колебания теплового потока увеличивается показатель тепловой инерции ограждения (уменьшается длина темпера­турной волны, соответственно растет число волн, располагающихся в ограждении) и температурные колебания затухают быстрее.

Для слоя резких колебаний D=1 и, следовательно в нем располагается 1/8,5 длины волны, то есть d=0,118L.

3.2.5. Толщина слоя резких колебаний. На величину коэффициента теплоусвоения внутренней поверхности

ограждения Yint влияют только теплотехнические свойства материалов ограждения, расположенных в слое резких колебаний, толщину которого d для однослойного ограждения можно найти, если в выражение D=Rs=1 подставить значение термического сопротивления слоя резких колебаний R=d и решить его относительно d. Получим

d=λ/s, (3.9)

где λ и s – коэффициенты теплопроводности и теплоусвоения материала в слое резких колебаний.

Толщина слоя резких колебаний d уменьшается при уменьшении периода колебаний теплового потока Z и увеличивается с увеличением Z.

3.3. Определение коэффициентов теплоусвоения внутренней поверхности ограждения Yint

В зависимости от расположения границы слоя резких колебаний в ограждении при определении Yint могут встретиться следующие случаи.

3.3.1. Показатель тепловой инерции первого слоя D11. Следовательно, слой резких колебаний полностью расположен в первом слое ограждения, толщиной δ1 (dδ1). На теплоусвоение внутренней поверхности ограждения материалы остальных слоев влияния не оказывают, и теплоусвоение внутренней поверхности ограждения Yint будет равно коэффициенту теплоусвоения материала первого слоя s1, т.е. Yint =s1.

3.3.2. D1<1, a D1+ D2 1. Слой резких колебаний расположен в двух первых слоях ограждения (δ1< d δ1+ δ2). При этом на Yint оказывает влияние также и второй слой ограждения. Коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения определяется по формуле

. (3.10)

3.3.3. D1+ D2+…+ Dn-1<1, a D1+ D2+…+ Dn 1. Слой резких колебаний захватывает несколько слоев огражде­ния, т.е. граница его находится в некотором n-ном слое ограждения (δ1+ δ2+…+ δn-1< d δ1+ δ2+…+ δn).

Определение теплоусвоения начинается с внутрен­ней поверхности n-1 слоя по формуле

. (3.11)

Затем находят теплоусвоение внутренней поверхности n-2 слоя по формуле

. (3.12)

Аналогично определяют коэффициент теплоусвоения n-3 слоя Yn-3 и т.д. до первого слоя, теплоусвоение ко­торого Y1 и будет равно теплоусвоению внутренней поверхности ограждения Yint.

. (3.13)

3.3.4. D<1.Слой резких колебаний выходит за пределы ограждения, т.е. граница его находится вне ограждения (d>δ). Тогда сначала определяют теплоусвоение внутренней поверхности последнего слоя ограждения (наружного слоя) по формуле

, (3.14)

где Н - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения.

3.3.5. Di=0. Если отдельный слой ограждения или часть ограждения практи­чески не обладает тепловой инерцией (окно, воздушная прослойка и т.п.), то коэффициент теплоусвоения материала (воздуха) такого слоя s принимается в расчетах равным 0.

Теплоусвоение внутренней поверхности ограждения будет зави­сеть от порядка расположения слоев в нем. При расположении у внутренней поверхности ограждения материалов с большим коэффициентом теплоусвоения s повышается теплоусвоение внутренней поверхности ограждения Yint , и, наоборот, при расположении у внутренней поверхности ограждения материалов с малым s снижается и величина Yint.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Соколов Сергей Алексеевич (д т. н., профессор) Строительная механика и металлические конструкции машин учебник

    Учебник
    Книги, участвующие в конкурсе по присуждению премий за лучшие учебные и научные издания среди авторов – преподавателей и сотрудников университета и авторских коллективов в 2011г.
  2. Основной список кандидатов в присяжные заседатели федеральных судов общей юрисдикции

    Документ
    Абдулина Оксана Николаевна Абдуллаева Ира Георгиевна Абдуллин Илдар Абдулберович Абдуллин Сафуан Сабирянович Абдуллина Гульназира Ахуньяновна Абдуллоев Акбар Билолович Абдуразаков Олег Халидович Абдухаев Александр Яковлевич Абедчанова Кактай
  3. Алтайский край (2)

    Документ
    АЛЛА ВАЛЕРЬЕВНА ШВАЛОВА НАДЕЖДА НИКИТИЧНА БЕЛКИН ВЛАДИМИР АНДРЕЕВИЧ НАБОКОВА Г И ДЕРБИН А А ПОСТОЛЕНКО ВЕРА ВАСИЛЬЕВНА КОЛЕСНИКОВА ИРИНА ЛЕОНИДОВНА ШАРОВАТОВА ЭММА ВАСИЛЬЕВНА ДАНИЛЕНКО ОЛЬГА АЛЕКСАНДРОВНА ШАХМАРОВ ЯХЯ АЛИМАГ ОГЛЫ ЕВСТИГНЕЕВА
  4. Абавян Александр Егорович

    Документ
    Абавян Александр Егорович, 1891 г.р., армянин, м.р.: г. Карс, Турция; м.п.: г. Тбилиси. Арест. 23.11.1936 г. Приговор: 23.11.1936 г.; ст. КРТД.; срок: 5 л.
  5. Российская академия сельскохозяйственных наук справочник москва 2010

    Справочник
    (экономика и земельные отношения), р. 29.12.1951 г. избр. 14.02.2007 г., сост. в Отделении экономики и земельных отношений С. 105064, Москва, ул. Казакова, 15 Государственный университет по землеустройству, т.

Другие похожие документы..