Файл: Теплотехнический расчет ограждающих конструкций.pdf

Санкт–Петербургский политехнический университет Петра Великого
Инженерно-строительный институт
Кафедра «Гидравлика и прочность»
КУРСОВАЯ РАБОТА
Дисциплина: Строительная теплотехника и накопители теплоты
Тема: Теплотехнический расчет ограждающих конструкций
Выполнил
ст.гр. 13141/17
Е.С. Иванова
Санкт-Петербург
2019

Введение
1/14
Строительная теплотехника занимается изучением теплопередачи и воздухопроницания через ограждающие конструкции зданий, а также влажностного режима ограждающих конструкций, связанного с процессами теплопередачи.

Исходные данные
Слои ограждающей конструкции:
⎯ железобетон - 200 мм;
⎯ утеплитель (минеральная вата) - 100 мм;
⎯ керамический полнотелый кирпич - 120 мм.
Коэффициенты теплопроводности материалов:
⎯ железобетон – 2,04 Вт/(м ̊С);
⎯ утеплитель (минеральная вата) – 0,04 Вт/(м ̊С);
⎯ керамический полнотелый кирпич – 0,60 Вт/(м ̊С).
Расчетный коэффициент паропроницаемости материалов ограждающей
конструкции:
⎯ железобетон – 0,03 мг/мчПа;
⎯ утеплитель (минеральная вата) – 0,14 мг/мчПа;
⎯ керамический полнотелый кирпич – 0,3 мг/мчПа.
Начальный радиус цилиндрической стенки равен
????0=1 м.
2/14

Исходные данные
Регион – г. Ростов-на-Дону
По СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» табл. 3.1:
⎯ продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8
̊С – 284 сут.;
⎯ средняя температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 –
46
̊С;
⎯ средняя температура – 13 ̊С;
⎯ средняя температура наиболее холодного месяца -26,4 ̊С;
⎯ относительная влажность наружного воздуха – 78%.
По ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры
микроклимата в помещениях» расчетная внутренняя температура табл. 1
– 21
̊С, относительная влажность – 60%.
Форма поверхности ограждающей конструкции – цилиндрическая.
3/14

Расчет по СНиП
Определение требуемого термического сопротивления
ГСОП=(21+0,1)
∗166=3336,6 сут/год
Rтр=0,35·
10
−3
∙3336,6+1,4=2,56 м
2
°С/Вт
Определение термического сопротивления
????
0
=
1 23
+
0,2 2,04
+
0,1 0,04
+
0,12 0,6
+
1 8,7
= 2,96 м
2
°С/Вт
Полученное сопротивление теплопередачи больше требуемого сопротивления
Следовательно, необходимо уменьшить слой утеплителя до 90 мм:
????
0
=
1 23
+
0,2 2,04
+
0,09 0,04
+
0,12 0,6
+
1 8,7
= 2,70 м
2
°С/Вт
4/14

Определение граничных температур
Активное сопротивление для первого варианта расположения слоев
железобетон-утеплитель-кирпич
????
????
=
0,2 2,04
∙ ????????
1,2 1
+
0,09 0,04
∙ ????????
1,29 1,2
+
0,12 0,6
∙ ????????
1,41 1,29
= 0,36 м
2
°С/Вт
Полный тепловой поток через стену равен
????
????
=
21−(−19)
1∙0,36
= 14,34
Тепловой поток, проходящий через i-ый слой
????
1
=
21−(−19)
1,2∙0,36
= 11,95
????
2
=
21−(−19)
1,29∙0,36
= 11,12
????
3
=
21−(−19)
1,41∙0,36
= 10,17 5/14

Определение граничных температур
Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант 4 Вариант 5 Вариант 6
r0 1
1 1
1 1
1
r1 1,2 1,2 1,12 1,12 1,09 1,09
r2 1,29 1,32 1,21 1,32 1,29 1,21
r3 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41
Ra
0,36 0,36 0,42 0,39 0,39 0,42
q0 14,34 14,28 16,62 15,65 15,53 16,71
q1 11,95 11,90 14,84 13,97 14,25 15,33
q2 11,12 10,82 13,74 11,85 12,04 13,81
q3 10,17 10,12 11,79 11,10 11,02 11,85
To
19,35 19,36 19,09 19,20 19,21 19,08
T1 18,28 18,30 16,29 16,56
-11,49
-13,95
T2
-1,81 16,58
-10,26 15,61
-12,48
-16,36
T3
-3,32
-0,12
-11,14
-2,69
-14,11
-17,24
Вариант 1: железобетон-утеплитель-кирпич
Вариант 2: железобетон-кирпич-утеплитель
Вариант 3: кирпич-утеплитель-железобетон
Вариант 4: кирпич-железобетон-утеплитель
Вариант 5: утеплитель-железобетон-кирпич
Вариант 6: утеплитель-кирпич-железобетон
Таблица 1. Расчетные значения для различных вариантов расположения слоев
6/14

Графики
19,21
-11,49
-12,48
-14,11
-20,00
-15,00
-10,00
-5,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 1
1,09 1,29 1,41
T,
̊C
R, М
Вариант 5 19,08
-13,95
-16,36
-17,24
-20,00
-15,00
-10,00
-5,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 1
1,09 1,21 1,41
T,
̊C
R, М
Вариант 6
График 5-Перепада температур по толщине стены для утеплитель-железобетон-кирпич График 6-Перепада температур по толщине стены для утеплитель-кирпич-железобетон
7/14

Графики
-5,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 1
1,2 1,29 1,41
T,
̊C
R, М
Вариант 1 19,20 16,56 15,61
-2,69
-5,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 1
1,12 1,32 1,41
T,
̊C
R, М
Вариант 4 19,36 18,30 16,58
-0,12
-5,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 1
1,2 1,32 1,41
T,
̊C
R, М
Вариант 2 19,09 16,29
-10,26
-11,14
-15,00
-10,00
-5,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 1
1,12 1,21 1,41
T,
̊C
R, М
Вариант 3
График 1-Перепада температур по толщине стены для железобетон-утеплитель-кирпич
График 3-Перепада температур по толщине стены для кирпич-утеплитель-железобетон
График 2-Перепада температур по толщине стены для железобетон-кирпич-утеплитель График 4-Перепада температур по толщине стены для кирпич-железобетон-утеплитель
8/14

Графики
График 7-Средних температур по толщине стены железобетон-кирпич-утеплитель
18,82 17,44 8,23 0
2 4
6 8
10 12 14 16 18 20 0,9 1
1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 9/14

Определение плоскости конденсации
Сопротивление паропроницаемости ограждающей конструкции
????
????????
=
0,2 0,03
+
0,12 0,14
+
0,09 0,3
= 7,86 мчПа/кг
Сопротивление паропроницаемости 1 слоя равно 6,67 мчПа/кг.
Сопротивление паропроницаемости 1 и 2 слоя равно 7,52 мчПа/кг, рассчитывается как сумма частного толщины слоя на коэффициент паропроницаемости
Расчет парциального давления наружного воздуха
????
н
= 1,84 ∙ 10 11
exp −
5330 273 − 3,8
= 463,5 Па
???? =
82 100
∙ 463,5 = 380,1 Па
Расчет парциального давления внутреннего воздуха
????
н
= 1,84 ∙ 10 11
exp −
5330 273 − 21
= 2462,54 Па
???? =
60 100
∙ 2462,54 = 1477,53 Па
10/14

Определение плоскости конденсации
Таблица 2. Расчет парциальных давлений на границах слоев ограждающей конструкции
0,00 500,00 1000,00 1500,00 2000,00 2500,00 1
1,2 1,32 1,41
Д
А
ВЛ
ЕН
ИЕ
, П
А
R, М
№
Парциальное давление насыщенного пара, Па
Парциальное давление воздуха, Па
1 2224,30 1334,58 2
2081,10 624,33 3
1867,02 373,40 4
605,46 363,27
График 8-Парциальных давлений насыщенного пара и воздуха
11/14

Теплотехнический расчет с помощью компьютерной программы
Рисунок 1-Результаты теплотехнического расчета в онлайн-калькуляторе
12/14

Примеры существующих стеновых конструкций в заданном регионе
В г. Ростов-на-Дону при строительстве применяются разные типы домов.
Рисунок 2-Пример ЖК
Класс ЖК-эконом
Тип дома-панельный блочный
Рисунок 3-Пример ЖК
Класс ЖК-комфорт-класс
Тип дома-монолитно-кирпичный
Рисунок 4-Пример ЖК
Класс ЖК-бизнес-класс
Тип дома-кирпичный
13/14

Заключение
По результатам проведенных расчетов подобрана новая ограждающая конструкция для данного региона с данным расположением материалов послойно:
⎯ железобетон - 200 мм;
⎯ керамический полнотелый кирпич - 120 мм;
⎯ утеплитель (минеральная вата) - 90 мм.
Произведено сравнение результатов ручного расчета и теплотехнического расчета из онлайн-калькулятора. Не все значения ручного расчета и калькулятора совпадают, поскольку онлайн-калькулятор производит расчет плоской стенки.
Новая ограждающая конструкция проверена на наличие плоскости конденсации в пространстве стены и получен результат – выпадения конденсата нет. Данный пункт совпадает с результатом расчета онлайн-калькулятора.
14/14