Расчет сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Институт строительства и архитектуры

Кафедра «Архитектуры»

Контрольная работа

по дисциплине «Строительная физика»

Вариант: 1(31)

Выполнил студент: Группа: СТЗ-110014у

Принял: Гриднева Е.С.

Екатеринбург, 2022

Расчет сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

Исходные данные для расчета

• Район строительства — г. Казань.
• Тип здания — общественное.
• Параметры внутренней воздушной среды: tвн=+15°С, φвн=55%.
• Влажностный режим помещения — нормальный (М табл.1.2).

Перечень конструктивных слоев:

• Сухая штукатурка γ= 800 кг/м³ – 15 мм
• Кладка из глиняного кирпича γ= 1800 кг/м³ – 380 мм
• Мин-ватные плиты повышенной жесткости γ= 200 кг/м³ – ? мм
• Кладка из керамических блоков на цем.-песчаном растворе γ= 1600 кг/м³ – 130 мм

Температурно-влажностные параметры наружной среды (по СНиП 23-01-99*):

• Температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92: tн=-32°С (М табл.1.1)
• Средняя температура воздуха самого холодного месяца: tн=-13,5°С (М табл.1.1)
• Температура отопительного периода: tот.пер.=-5,2°С (М табл.1.1)
• Продолжительность отопительного периода: zот.пер. = 215 сут. (М табл.1.1)
• Относительная влажность наружного воздуха: φн=83% (М табл.1.1)
• Зона влажности — нормальная (М карта зон влажности стр.19)
• Влажностный режим помещения — нормальный (М табл.1.2)
• Условия эксплуатации ограждающих конструкции — Б (М табл.1.3)

Определение толщины теплоизоляционного слоя с учетом требований энергосбережения

Градусо-сутки отопительного периода:

ГСОП = (tвн — tот.пер.) × zот.пер. = (15 — (-5,2)) × 215 = 4343 °С·сут (1.1)

1.1 Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций

Rнорм = a·ГСОП + b = 0,0003·4343 + 1,2 = 2,50 м²·°С/Вт. (табл. 4 СНиП 23-02-2003)

Где: a, b — коэффициенты в зависимости от группы зданий (М табл.1.7)

1.2 Расчет сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

Конструкция стены	λ, Вт/(м·°С)	δ, м
Сухая штукатурка γ= 800 кг/м³	0,21	0,015
Кладка из глиняного кирпича γ= 1800 кг/м³	0,81	0,38
Мин-ватные плиты повышенной жесткости γ= 200 кг/м³	0,076	?
Кладка из керамических блоков на цем.-песчаном растворе γ= 1600 кг/м³	0,64	0,13

(М табл.1.13 в зависимости от условия эксплуатации А или Б)

Расчет приведенного термического сопротивления теплоизоляционного слоя для обеспечения необходимого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции из условий энергосбережения Rо ≥ Rнорм; м²·°С/Вт !!!! (1.2)

где r — коэффициент термической однородности, характеризующий эффективность утепления конструкции (учитывающий влияние стыков, откосов проёмов, обрамляющих ребер, гибких связей и др. теплопроводных включений) r=0,88 (по заданию);

Rоусл = Rвн + Rк + Rн; (1.3)

Где: Rвн — сопротивление поверхности тепловосприятию; коэффициент тепловосприятию внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый для стен и потолков =8,7 Вт/м²·°С (М табл.1.5); Rвн = 0,115 м²·°С/Вт;

Rн — сопротивление поверхности теплоотдачи; коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, принимаемый для стен и потолков =23 Вт/м²·°С (М табл.1.6); Rн= 0,043 м²·°С/Вт;

Rк — термическое сопротивление ограждающей конструкции, м²·°С/Вт, Rк = R1 + R2 + Rут + R3; (1.4)

Где R1 = 0,015 / 0,21 = 0,071 м²·°С/Вт (1.5)

R2 = 0,38 / 0,81 = 0,469 м²·°С/Вт (1.6)

Rут = δут / 0,076 м²·°С/Вт (1.7)

R3 = 0,13 / 0,64 = 0,203 м²·°С/Вт (1.8)

Rут = Rнорм / r — (Rвн + R1 + R2 + R3 + Rн) = 2,50 / 0,88 — (0,115 + 0,071 + 0,469 + 0,203 + 0,043) = 2,84 — 0,901 = 1,939 м²·°С/Вт (1.9)

δут = Rут · λ = 1,939 · 0,076 = 0,147 м (1.10)

С учетом типоразмеров плит, принимаем толщину утеплителя 150 мм

Rоусл = 0,115 + 0,071 + 0,469 + 1,97 + 0,203 + 0,043 = 2,87 м²·°С/Вт (1.11)

Rоусл = 2,87 м²·°С/Вт ≥ 2,84 м²·°С/Вт

Вывод: С учетом требований энергосбережения, принимаем утеплитель из минераловатных плит повышенной жесткости толщиной 150 мм.

2. Определение значений температур на границах конструктивных слоев и построение графика изменения температуры в толще ограждения

Для того чтобы определить значение температур на границах конструктивных слоев воспользуемся формулой: τ = tвн — (tвн — tн) · (Rвн + ΣR) / Rоусл; (2.1)

(М табл.1.1);

Рис.2.1 График изменения температуры в толще ограждения

Вывод: при данных климатических условиях, несущий слой ограждения расположен в зоне положительных температур, что предотвратит деформацию конструкции и благоприятно скажется на ее долговечности.

3. Проверка соответствия конструкции ограждения комфортно-гигиеническим требованиям внутренней среды помещения

3.1 Δt = (tвн — tн) · n / (Rоусл · αвн) ≤ Δtн; (3.1)

Где Δtн — расчетный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности не должен превышать нормируемую величину Δtн = 4,5°C (М табл.1.8) (по табл. 5 СНиП 23-02-2003);

n — коэффициент, учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху n = 1 (М табл.1.9);

Вывод: Δt = (15 — (-32)) · 1 / (2,87 · 8,7) = 47 / 24,96 = 1,88°C ≤ 4,5°C, → внутренняя среда помещения соответствует комфортным условиям.

3.2 tвн > tр (3.2)

где tр — парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па, при расчетной температуре и относительной влажности этого воздуха; где E — парциальное давление насыщенного водяного пара. E= 1705 Па при tвн=+15°С (М табл.1.10.2)

eвн = E · φвн / 100 = 1705 · 55 / 100 = 937,75 Па, тогда tр = 6,2°С — температура наз. точкой росы (М табл.1.10.2)

Вывод: tвн = 15°С > tр = 6,2°С, выпадении конденсата на внутренней стене помещения не произойдет, внутренняя среда соответствует санитарно-гигиеническим условиям.

4. Оценка графическим способом возможности выпадения конденсата водяного пара в толще ограждения

Конструкция стены	μ, мг/(м·ч·Па)	δ, м
Сухая штукатурка γ= 800 кг/м³	0,075	0,015
Кладка из глиняного кирпича γ= 1800 кг/м³	0,11	0,38
Мин-ватные плиты повышенной жесткости γ= 200 кг/м³	0,45	0,15
Кладка из керамических блоков на цем.-песчаном растворе γ= 1600 кг/м³	0,14	0,13

μ — коэффициент паропроницаемости, мг/(м·ч·Па) (М табл.1.13)

Определим сопротивление паропроницанию: Rп = δ / μ; (4.1)

Определим упругость пара Eн, зависящее от средней температуры воздуха самого холодного месяца: tн = -13,5°С, Eн = 190 Па (М табл.1.10.1)

eн = Eн · φн / 100 = 190 · 83 / 100 = 157,7 Па (4.2)

Определяем парциальное давление на границах конструктивных слоев по формуле: e = eвн — (eвн — eн) · Rп.i / Rп.общ; (4.3)

e1 = 938 — (938 — 158) · 0,2 / 3,2 = 889 Па

e2 = 938 — (938 — 158) · 3,65 / 3,2 = 448 Па

e3 = 938 — (938 — 158) · 4,0 / 3,2 = 235 Па

e4 = 938 — (938 — 158) · 4,9 / 3,2 = 197 Па

Определяем температуры на границах конструктивных слоев при средней температуре воздуха самого холодного месяца: tн= -13,5°С (М табл.1.1)

По таблице (М табл.1.10.1 и табл.1.10.2) принимаем: Eвн = 1577 Па; E1 = 1508 Па; E2 = 1109 Па; E3 = 235 Па; Eн = 197 Па;

Рис.4.1. График, определяющий возможность выпадения конденсата

Вывод: при данных климатических условиях, в толще конструкции ограждения на границе 3 и 4 слоя возможно выпадение конденсата водяного пара в течение самого холодного месяца.

5. Проверка паропроницаемости ограждения (по желанию)

Rп ≥ Rп.тр (5.1)

где Rп — сопротивление паропроницанию ограждающей конструкцией (в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации)

Rп.тр = (eвн — E0) / (E0 — eн) · Rн.п (5.2)

Rп.тр = (eвн — eн) · z0 / (E0 — eн) · Δω · ρ (5.3)

где eвн — парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па, при расчетной температуре и влажности этого воздуха; Rн.п — сопротивление паропроницанию, части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью ограждающей конструкции и плоскостью возможной конденсации; eн — средняя упругость водяного пара наружного воздуха, Па, за годовой период; z0 — продолжительность, сут, периода влагонакопления, принимаемая равной периоду с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха; E0 — парциальное давление водяного пара, Па, в плоскости возможной конденсации, определяемая при средней температуре наружного воздуха периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами; ρ — плотность материала увлажняемого слоя, кг/м³; δ — толщина увлажняемого слоя ограждающей конструкции, м, принимаемая равной 2/3 толщины однородной (однослойной) стены или толщине теплоизоляционного слоя (утеплителя) многослойной ограждающей конструкции; Δω — предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в материале увлажняемого слоя, %, за период влагонакопления z0; E — упругость водяного пара, Па, в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации.

z0 = 151 суток = 3624 ч.

eвн = 938 Па

при отрицательных среднемесячных температурах tн= -8,5°С; E0 = 296 Па;

Rп.тр = (938 — 296) / (296 — 158) · 0,043 = 0,20 м²·ч·Па/мг (5.4)

где eн — средняя упругость водяного пара наружного воздуха, Па, периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами.

eн = 722 Па

проверка сходится.

Конденсат, выпадающий в толще ограждения, в весенне-летний период имеет возможность просыхания.