Теплотехнический расчет наружных ограждений и расчет теплового режима здания

Исходные данные
1. Расчетные наружные и внутренние условия
1.1. Климатическая характеристика района строительства
1.2.Характеристики внутреннего микроклимата
2. Требуемые сопротивления теплопередаче
2.1. Требуемое сопротивление теплопередаче исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий
2.2. Требуемое сопротивление теплопередаче исходя из энергосбережения в течение отопительного периода
2.3. Требуемое сопротивление теплопередаче, принимаемое для проектирования.
3. Приведенное сопротивление теплопередаче наружного ограждения
3.1 Приведенное сопротивление теплопередаче непрозрачной неоднородной ограждающей конструкции.
3.2. Выбор заполнения светопроема.
4. Приведенное сопротивление теплопередаче неоднородного ограждения с участками двумерного температурного поля
4.1. Расчет термического сопротивления пустотной панели.
4.2. Определение толщины теплоизоляции в чердачном перекрытии и перекрытии над неотапливаемым подвалом.
5. Влажностный режим неоднородного многослойного ограждения
5.1.Проверка возможности конденсации водяных паров на внутренней поверхности глади наружной стены и в наружном углу, а также в толще наружной стены.
5.2. Расчет на ЭВМ требуемых сопротивлений паропроницанию ограждения
5.3. Результаты расчета и их анализ
6. Теплопотери помещения.
6.1. Расчет теплопотерь помещения за счет теплопередачи через наружные ограждения.
6.2. Потребность в теплоте на нагревание инфильтрационного воздуха.
7. Нестационарный тепловой режим наружного ограждения и помещения
7.1. Нестационарный тепловой режим помещения
7.2. Расчет на ЭВМ нестационарного теплового режима наружной стены по программе HTS
7.3. Анализ результатов
8. Расчет теплового режима помещения
8.1. Определение температуры потолочной панели отопления, возмещающей теплопотери помещения.
8.2. Расчет на ЭВМ температурной обстановки и теплопотерь помещения при различных системах отопления
9. Проверка выполнения условий комфортности
9.1. Первое условие комфортности
9.2. Второе условие комфортности
Список литературы

Требуется рассчитать амплитуду колебаний температуры помещения призаданной продолжительности натопа m=8 ч и перерыва n=4 ч, если температуранаружного воздуха +5оС.7.1.1.Определяем теплопотери помещения при заданной t H=5оСТеплоотдача отопительного прибора составляет:Чтобы в помещение в среднем за сутки теплопоступления от отопительного прибора были равны требуемой величине Q5, необходимо при отоплении пропусками соблюсти соотношение между продолжительностью топки и перерыва.При заданных двух топках период топок составляет m+n=T=24/2=12 ч, то есть :откуда . Принимаем продолжительность топки m=8 ч, а перерыва n=4 ч.7.1.2.Определяем коэффициенты теплоусвоения Yi внутренних поверхностей всех ограждений:- наружная стена: внутренний слой - штукатурка, толщиной 0,02 м, с термическим сопротивлением ШТ R ШТ=0,023 м2.оС/Вт, коэффициентом теплоусвоенияS24ШТ, =9,6 Вт/м2.оС. Для периода m+n=8+4=12 часовТепловая инерция D=RШТS12ШТ=13,58.0,023=0,312< 1. Следовательно, в расчете необходимо учесть следующий слой – кладки из сплошного глиняного кирпича, толщиной 0,25 м, с термическим сопротивлением Rк.к=0,25/0,7=0,31 м2.°С/Вт, коэффициентом теплоусвоения sк.к=9,2 Вт/ м2.°С. Для периодаm+n=8+4=12 часовТепловая инерция DR К.K S12,К .K =13,01.0,31=4,03> 1.Так как тепловая инерция второго слоя больше 1:- потолок: внутренний слой - железобетонная пустотная плита с ПТ R =0,151 Вт/ м2.°С , с коэффициентом теплоусвоения s24,ПТ =10,159 Вт/( м2.°С ) – величина усредненная с учетом тела ж/бетона и отверстий [(0,22.0,21- 3,14.0,162/4)/(0,22.0,21)] .17,98=10,159 Вт/( м2.°С ) (здесь в квадратных скобках – относительная площадь тела плиты от всей площади ее поперечного сечения; 17,98 Вт/( м2.°С ) - коэффициентом теплоусвоения 24 sдля железобетона). Для периода m+n=8+4=12 часовТепловая инерция D =RПТS12ПТ=14,36.0,151=2,17> 1.Так как у первого слоя величина D>1, то YПТ=S12пт= 14,36 Вт/ м2.°С .- перегородки: керамзитобетонные панели c термическим сопротивлением перегородки Rпер=δ/λА=0,1/0,67 = 0,149 м2.°С /Вт, коэффициентом теплоусвоенияS24 ПЕР, =9,06 Вт/ м2.°С. Для периода m+n=8+4=12 часовТепловая инерция D =RПЕРS12ПЕР=0,149.12,81=1,908<2. Так как перегородки находятся в одинаковых тепловых условиях с обеих сторон и тепловая инерция каждой половины D<1, то Y ПЕР=(RПЕР/ 2)S2пер =0,149/2.12,812=12,22 Вт/ м2.°С .-окно: сопротивление теплопередаче окна Rок=0,45 м2.°С /Вт,- пол: паркетный из дуба поперек волокон с сопротивлением теплопередаче слоя дуба Rдуб=0,083 м2.°С /Вт, с коэффициентом теплоусвоенияS 24ДУБ, =5,0 Вт/ м2.°С .Для периода m+n=8+4=12 часовТепловая инерция D ДУБ=RДУБS12ДУБ=7,07.0,083=0,587<1. Следовательно, в расчет следует ввести следующий слой – сплошную железобетонную плиту с термическим сопротивлениемδ/λА=0,22/1,92 = 0,114 м2.°С /Вт и коэффициентом теплоусвоения S24,Ж.Б =17,98 Вт/ м2.°С . Для периода m+n=8+4=12 часовТепловая инерция слоя железобетона равна DЖБ=RЖБS12ЖБ=25,4.0,114=2,89>1. Следовательно,7.1.3. Амплитуда колебаний температуры помещения равнаΣYi Ai- показатель теплоусвоения помещения,Σ Yi Ai=YНСAНС+YПТAПТ+YПЕРAПЕР+YОКAОК+YПЛAПЛ= =13,28.6,75+14,36.8,14+12,22.27,40+2,98.3+9,51.8,14=627,7 Вт/°С;PВЕНТ-показатель теплопоглощения вентиляционным воздухом,PВЕНТ=0,278 L cρ=0,278·60·1,005·1,2=20 Вт/.°С.где L – воздухообмен помещения, м3/ч, в примере можно принять 60 м3/ч·чел. Считаем, что в рассматриваемом помещении находится 1 человек;с – теплоемкость воздуха, 1,005 кДж/кг;ρ – плотность воздуха в помещении, 1,2 кг/м3.Так как полученная амплитуда колебаний температуры помещения меньше допускаемой (0,87<1,5), отопление пропусками в принятом режиме допустимо.В случае превышения колебаний температуры воздуха в помещении над допустимой амплитудой расчет повторяется при увеличенном числе топок за сутки, но сохраненном соотношении между m и n.7.2. Расчет на ЭВМ нестационарного теплового режима наружной стены по программе HTSТребуется определить время остывания внутренней поверхности наружной стены до 0°С после внезапного отключения отопления при расчетных наружных условиях (t H = t50,92= -22oC). Расчет выполняется на ЭВМ.7.3. Анализ результатовBыполненный расчет свидетельствует о том, что за 50 часов стена не остывает до0°С. Значит, времени для ремонта системы отопления достаточно.8. Расчет теплового режима помещения8.1. Определение температуры потолочной панели отопления, возмещающей теплопотери помещения. Расчет выполним для рассматриваемого ранее помещения.8.1.1. Теплоотдача панели равна:где: АП- площадь отопительной панели, м2;αК, αЛ- коэффициенты конвективного и лучистого теплообмена на панели, Вт/ м2.°С;τП- температура панели, °С;t B - температура воздуха помещения, °С;τВ- усредненная температура наружных ограждений, °С.8.1.2. Принимая теплоотдачу панели, равной теплопотерям помещения, выразим температуру панели из вышеприведенной формулы:где τв -усредненная температура, °С, наружных ограждений:здесь τок -температура окна рассчитывается по формуле:где RВ – сопротивление теплоотдаче на внутренней поверхности окна, м2.°С /Вт:Rв=1/αв =1/8=0,125 , м2.°С /Вт.где αв - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности окна, Вт/ м2.°Спринят в соответствии с [2] табл. 7 или Приложением 1.7.: αВ=8 Вт/ м2.°С.8.1.3. Принимаем температуру панели, равной τП =40 °С, тогда коэффициент конвективной теплоотдачи поверхности панели равен:где: V B - подвижность воздуха в помещении, VB =0,2 м/с;h – определяющий размер (длина) панели, вдоль которой проявляется подвижность, м. Длина панели равна h=3,0 – 2.0,05= 2,9 м (3,0 м – размер панели в осях перегородок);Коэффициент лучистой теплоотдачи поверхности панели:где b– коэффициент линеаризацииФ – коэффициент полной облученностигде: φП-В - коэффициент облученности наружного ограждения (наружной стены с окном) с панели [6] рис.1.12 стр.21. или Приложение 21 рис П21- 1.при а/с=2,9/2,67=1,10 в/с=3,0/2,67=1,12 φП-В= 0,22Температура панели равна:Так как полученное значение температуры панели отличается от предположенного меньше, чем на 2 °С, поэтому расчет считаем законченным.8.2. Расчет на ЭВМ температурной обстановки и теплопотерь помещения при различных системах отопления9. Проверка выполнения условий комфортностиИз расчета на ЭВМ температура потолочной панели в помещении для поддержания в нем температуры t B=20°С равна tп=26,77°C (по более точному расчету на ЭВМ). Проверим первое и второе условие комфортности этого помещения при таком отоплении.9.1. Первое условие комфортности связывает радиационную температуру t R Ч , относительно человека, стоящего посередине помещения, с температурой воздуха в помещении tв:tR Ч = 29-0,57 tв±1,5°С,при температуре воздуха в помещении tв=20°С, tR Ч = 29-0,57х 20±1,5= от 16,1 до 19,1°СФактически радиационная температура относительно человека, стоящего посередине помещения равна:где - коэффициент облученности с человека на наружное ограждение.Поскольку рассматривается человек, находящийся в центре помещения, то для использования графика необходимо выполнить дополнительные расчеты:а=4,8/2=2,4 b=4/2=2приА=а/b = 1.2; В=h/b = 3/2 = 1,5 C=b/hчел=2/1,8=1,11 φ=0,04τв=17,14°Скоэффициент облученности с человека на панель, определяется по [6] рис. 1-40-б стр.85 или по Приложению 23.приА=а/b = 1.2; В=h/b = 3/2 = 1,5 C=b/hчел=2/1,8=1,11 φ=0,02Величина коэффициентаравна учетверенному значению с графика:коэффициент облученности с человека на внутренние ограждения,τв.о температура внутренней поверхности внутренних ограждений, принимается равной температуре внутреннего воздуха τво=20°С,что не удовлетворяет первому условию комфортности, т.к. не укладывается в допустимый интервал.9.2. Второе условие комфортности ограничивает температуру нагретой поверхности допустимой величинойτДОПП , °С,где - коэффициент облученности с элементарной площадки на голове человека на нагретую панель, определяется по [6] рис. 1.9, или по Приложению 25.Для использования графика необходимо выполнить дополнительные расчеты:а=4,8/2=2,4 b=4/2=4 h=3,0-1,8=1,2.При b/h=4/1,2=3,33 a/h=2,4/1,2=2φ =0,22,Полученную с графика величину φ следуетумножить на 4:Так как температура на поверхности панели ниже допускаемой: 26,77<29,08, то второе условие комфортности выполняется.Список литературы1. СНиП 23.01-99* Строительная климатология / Госстрой России.-М.: ГУП ЦПП, 20032. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий / Госстрой России.-М.: ФГУП ЦПП, 20043. ГОСТ 30494-96 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.-М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 19994. СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий / Госстрой России.-М.: ФГУП ЦПП, 20045. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия / Госстрой РФ.-М.:ГУП ЦПП,1993.6. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха): Учебник для вузов.- 2-е изд., перераб и доп.-М.: Высш.школа, 1982.-415 с.7. Е.Г.Малявина. Теплопотери здания.: справочное пособие/Е.Г.Малявина.- М.:АВОК- ПРЕСС, 2007.-144 с.8. О.Д.Самарин. Теплофизика. Энергосбережение. Энергоэффективность. - М.: Изд-во АСВ. - 2009. - 296 с.9 СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование / Госстрой РФ.-М.,2003.10. Ю.М.Варфоломеев, О,Я.Кокорин. Отопление и тепловые сети: Учебник. – М.: ИНФРА-М, 2006. – 480 с. – (Среднее профессиональное образование).11. Теплотехнический расчет наружных ограждений и расчет теплового режима зданий. /Е.Г.Малявина. Задание на курсовую работу по строительной теплофизике.- М.: Изд-во МГСУ. – 2009.- 9 с.