Задачи по строительной физике

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО  ХОЗЯЙСТВА

Федеральное государственное  образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«пермская государственная  сельскохозяйственная академия

Имени академика Д.Н. Прянишникова»

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра архитектурное проектирование

 

 

 

 

 

РАСЧЕТЫ

по курсу «Строительная  физика»

Вариант 8

 

 

 

 

 

 

Выполнил______________________

Принял________________________

 

 

 

 

Пермь, 2012

Задание 1. Определить достаточность сопротивления теплопередачи наружной кирпичной стены слоистой кладки с внутренним утепляющим слоем из пенополистирольных плит с объемной массой 100 кг/м³. Место строительства: Казань. Параметры кладки: Х₁ = 250 мм, Х₂ = 150 мм, Х₃ = 120 мм.

 

Исходные данные, принятые согласно СНиП 23-01-99 (2003) «Строительная климатология» и ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

Место строительства –  г. Казань;

Зона влажности – нормальная;

Продолжительность отопительного  периода  z_ht = 215 суток

Средняя расчетная  температура отопительного периода t_ht = -5,2 ^оС.

Температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 t_ext = - 32  ^оС.

Расчетная температура внутреннего воздуха здания  t_int = + 20 ^оС

Влажность воздуха: = 55 %;

Влажностный режим помещения  – нормальный.

Условия эксплуатации ограждающих  конструкций – Б.

Коэффициент теплоотдачи  внутренней поверхности ограждения а_int = 8,7 Вт/м²°С

Коэффициент теплоотдачи  наружной поверхности ограждения a_ext = 23 Вт/м²°С.

Рис.1  Расчётная схема

Необходимые данные о конструктивных слоях стены для  теплотехнического  расчёта  сведены  в таблицу.

№ п/п	Наименование материала	, кг/м3	δ, м	, Вт/(м*°С)	R, м2*°С/Вт
1	Кирпичная кладка из пустотного кирпича (облицовочного)	1600	0,120	0,47	0,255
2	Плиты пенополистирольные	100	0,150	0,041	3,659
3	Кирпичная кладка из пустотного кирпича	1200	0,250	0,35	0,714

Нормируемые теплотехнические показатели материалов стены определяются по приложению Д СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».

 

Порядок  расчета

1. Определение градусо-суток отопительного периода (ГСОП) по формуле (2) СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий»:

D_d = (t_int – t_ht)·z_ht

D_d = (20–(–5,2)) * 215 = 5418 ^оС сут.

где t_int - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С;

t_ht -  средняя температура наружного воздуха, °С;

z_ht - продолжительность, сут, отопительного периода.

2. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче наружных стен по формуле (1) СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий»:

R_req = a * D_d + b

R_req = 0,00035 * 5418 + 1,4 = 3,30 м²*°С/Вт

где a, b - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы (4) СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий» для соответствующих групп зданий, принимаемые a = 0,00035 и b = 1,4.

Для наружных стен из кирпича  с утеплителем следует принимать  приведенное сопротивление теплопередаче R^r₀ с учетом коэффициента теплотехнической однородности r, который для стен толщиной 510 мм равен 0,74 (согласно п.8.17 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»)

R^r₀ = R₀ * r

где R₀ – общее сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м²*°С/Вт

Расчёт ведётся из условия  равенства     R^r₀ = R_req следовательно

R₀ = R_req / r

R₀ = 3,30 / 0,74 = 4,0 м²*°С/Вт

Для  многослойной  ограждающей  конструкции  с однородными слоями формула  принимает  вид:

R₀ = R_si + R_k + R_se

где R_si = 1/а_int , а_int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения  Вт/м²*°С.

R_se = 1/a_ext,  a_ext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения  Вт/м²*°С .

R_k – термическое сопротивление ограждающей конструкции, м²*С/Вт, с последовательно расположенным однородными слоями, определяемое по формуле:

                                        R_k= R₁ + R₂ +….. + R_n

где R₁ + R₂ +….. + R_n – термические сопротивления отдельных слоев ограждающий конструкции.

R₀ = 1/8,7+0,255+3,659+0,714+1/23 = 4,79 м²*°С/Вт.

Условие R₀ = 4,79 м²*°С/Вт  > = 3,30  м²*°С/Вт  выполняется.

 

Проверка выполнения санитарно-гигиенических  требований

тепловой защиты здания

 

1. Проверяем выполнение условия .

Расчетный температурный  перепад Dt₀, °С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не должен превышать нормируемых величин Dt_n,°C, установленных в таблице 5 СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий», и определяется по формуле:

,

 где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху, принимаемый по таблице 6 СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий»,

t_int - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С;

t_ext - температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92;

R₀ - приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, м²·°С/Вт;

a_int - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м²·°С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий».

= º С.

Согласно таблице 5 СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий» , условие, = 1,248 < , выполняется.

2. Проверяем выполнение условия

Температура внутренней поверхности  должна быть больше температуры точки  росы.

Для расчета  используем формулу 25 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»

= t_int – [n (t_int - t_ext)] / (R_o a_int)

 = º С.

Согласно приложению Р СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» для температуры внутреннего воздуха = 20ºС и относительной влажности = 55 %  температура точки росы = 10,69ºС, следовательно, условие, 10,69ºС, выполняется.

Вывод

Ограждающая конструкция  удовлетворяет нормативным требованиям  тепловой защиты здания.

 

 

Задание 8. Определить расчетную температуру воздуха в теплом подвале t^bc_int, °C 9-этажного жилого дома. Высота подвала – 2,5 м. Наружные стены выполнены из бетонных блоков толщиной 600 мм и заглубленные в грунт на 1,25 м. В подвале проходит трубопровод отопительной системы диаметром 100 мм с температурой теплоносителя 95°С. Пол в подвале бетонный. Здание оборудовано газовыми плитами. Город строительства: Казань. Размеры подвала: ширина 10,5 м, длина 36 м. Длина трубопровода 72 метра.

 

Исходные данные.

Исходные данные, принятые согласно СНиП 23-01-99 (2003) «Строительная климатология» и ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

Место строительства –  г. Казань;

Зона влажности – нормальная;

Продолжительность отопительного  периода  z_ht = 215 суток;

Средняя расчетная  температура отопительного периода t_ht = -5,2 ^оС;

Температура наиболее холодной пятидневки t_ext = - 32  ^оС;

Расчетная температура внутреннего  воздуха здания  t_int = + 20 ^оС;

Влажность воздуха: = 55 %;

Влажностный режим помещения  – нормальный;

Условия эксплуатации ограждающих  конструкций – Б;

Коэффициент теплоотдачи  внутренней поверхности ограждения (стен) а_int = 8,7 Вт/м²°С;

Коэффициент теплоотдачи  наружной поверхности ограждения (стен) a_ext = 23 Вт/м²°С;

Расчетная температура воздуха  в теплом подвале t^b_int = + 2 ^оС.

 

Порядок расчета.

Определяют температуру  воздуха в подвале t_int^bс, °С, по формуле:

Сначала определяем все компоненты формулы:

- t_int – расчетная температура воздуха в помещении над подвалом, принимаемая t_int = + 20 °С;

- t_ext – расчетная температура наиболее холодной пятидневки, принимаемая t_ext = -32 °С;

- q_pi – нормативная плотность теплового потока через поверхность теплоизоляции, приходящаяся на 1 п.м трубопровода i-го диаметра с учетом теплопотерь через изолированные опоры, фланцевые соединения и арматуру, Вт/м; принимается по СНиП 2.04.14-88*; для подвала значение q_pi = 35,2 Вт/м;

- l_pi – длина трубопровода i-го диаметра, м, принимается по проекту, в данном случае l_pi = 72 м;

- c – удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг * °С);

- A_b - площадь подвала (цокольного перекрытия), A_b = 378 м²;

- R₀^b.c – сопротивление теплопередаче наружных стен подвала над уровнем земли принимают согласно п. 9.3.4 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» и определяют согласно формуле:

R_o^b.c = n * R_o^req;

где R₀^req — нормируемое сопротивление теплопередаче перекрытий над подвалом, определяемое согласно СНиП 23-02 в зависимости от градусо-суток отопительного периода климатического района строительства. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче наружных стен по формуле (1) СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий»:

R₀^req = a * D_d + b

R₀^req = 0,00035 * 5418 + 1,4 = 3,30 м²*°С/Вт

где a, b - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы (4) СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий» для соответствующих групп зданий, принимаемые a = 0,00035 и b = 1,4.

n — коэффициент, определяемый по формуле:

n = (t_int - t^b_int) / (t_int - t_ext)

где t_int - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С;

t_ext - температура наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92;

t^b_int - расчетная температура воздуха в чердаке, = + 2°С,

n = (20 - 2) / (20 – (-32)) = 0,35

R_o^b.c = 0,35 * 3,30 = 1,16 м²*°С/Вт;

- V_b - объем воздуха, заполняющего пространство подвала, м³; V_b = 10,5*36*2,5 = 945 м³;

- I - кратность воздухообмена в подвале, ч^-1: при прокладке в подвале газовых труб I = 1,0 ч^-1, в остальных случаях I = 0,5 ч^-1;

- γ - плотность воздуха в подвале, кг/м³, принимаемая равной γ = 1,2 кг/м³;

- A_b.w - площадь наружных стен подвала над уровнем земли, м²; A_b.w = 2*(12,6*1,25) + 2*(37,2*1,25) = 124,5 м²;

- R_o^b.w - сопротивление теплопередаче наружных стен подвала над уровнем земли принимают согласно 9.3.2 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» равным сопротивлению теплопередаче наружных стен.

Определение градусо-суток  отопительного периода (ГСОП) по формуле 2 СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий»:

D_d = (t^b_int – t_ht)·z_ht

D_d = (2 – (–5,2)) * 215 = 1548 ^оС сут.

где t^b_int - расчетная средняя температура внутреннего воздуха подвала, равная +2°С;

t_ht -  средняя температура наружного воздуха, °С;

z_ht – продолжительность отопительного периода, сут.

R₀^b.w = a * D_d + b

R₀^b.w = 0,00035 * 1548 + 1,4 = 1,94 м²*°С/Вт

где a, b - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы (4) СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий» для соответствующих групп зданий, принимаемые a = 0,00035 и b = 1,4.

- A_s — площадь пола и стен подвала, контактирующих с грунтом, м²; А_s = 12,6*37,2 + 2*(12,6*1,25) + 2*(37,2*1,25) = 593,22 м²;

- R₀^s - приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций заглубленной части подвала определим согласно 9.3.3 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» как для неутепленных полов на грунте в случае, когда материалы пола и стены имеют расчетные коэффициенты теплопроводности l ³ 1,2 Вт/(м·°С).