Теплотехнический расчет наружных стен

Введение

Целью данной курсовой работы является проектирование систем отопления и вентиляции жилого пятиэтажного дома, находящегося в Минской области, при сухом режиме эксплуатации и ориентированного на юго-запад.

Инженерные сети систем отопления и вентиляции являются составными технологическими элементами современных зданий и на них приходится значительная часть капитальных вложений, энергетических затрат и эксплуатационных расходов.

Самочувствие и работоспособность человека во многом определяются условиями микроклимата в жилых и общественных помещениях, где он проводит значительную часть своего времени. Потребность в обогреве появляется в силу необходимости компенсировать потери тепла в окружающую среду для поддержания заданной температуры в помещении. Основная цель любой системы отопления - создание комфортных температурных, влажностных условий для жизнедеятельности человека при минимально возможных финансовых затратах и минимальном воздействии на окружающую среду.

Проектирование системы отопления и вентиляции есть процесс разработки технической документации, определяющей тепловую мощность и теплоноситель, конструкцию системы и теплового пункта, диаметры теплопроводов, размеры приборов и параметры оборудования.

Для достижения поставленной цели в курсовой работе решаются следующие задачи:

а) теплотехнический расчёт наружных стен, подвального и чердачного перекрытий;

б) расчёт теплопотерь всех помещений здания;

в) определение удельных расходов тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий;

г) расчет отопительных приборов;

д) гидравлический расчёт трубопроводов и элеватора;

е) определение воздухообмена в помещении;

ж) выбор системы вентиляции и её конструирование;

з) аэродинамический расчет системы вентиляции.

Отопление необходимо для создания микроклимата помещений, поэтому оно требует специального расчёта на соответствие нормам и оптимальному энергопотреблению.

В жилом здании проектируется центральная система отопления с температурой воды 110^оС с однотрубной схемой соединения труб с чугунными нагревательными приборами, с попутной схемой движения теплоносителя в магистралях и с нижним распределением теплоносителя.

Характеристики ограждающих конструкций: наружные стены - из кирпича с наружной и с внутренней известково-песчаной штукатуркой толщиной 0,02 м; подвал - неотапливаемый; окна - с двойным остеклением, площадью - 3 м²; входная дверь - двойная с тамбуром, площадью - 4 м²; высота этажа - 3,4 м.

Все расчётные данные по материалам и строительным нормам взяты из ТКП 45-2.04-43-2006 «Строительная теплотехника. Строительные нормы проектирования».

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

Ограждающие конструкции совместно с системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха должны обеспечивать нормируемые параметры микроклимата помещений при оптимальном энергопотреблении.

Для теплотехнического расчета ограждающих конструкций необходимо использовать Технический кодекс установившейся практики ТКП 45-2.04-43-2006 «Строительная теплотехника. Строительные нормы проектирования», согласно которому наружные ограждающие конструкции должны иметь сопротивление теплопередаче R _т, равное экономически целесообразному R _тэк, определённому исходя из условия обеспечения наименьших приведенных затрат, но не менее требуемого сопротивления теплопередаче R _т.трпо санитарно-гигиеническим условиям и не менее нормативного R _т.норм.

Теплотехнический расчет наружных стен

Теплопотери зданий существенно зависят от сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций. Конструктивное оформление наружных стен изображено на рисунке 1.

Известково-песчаная штукатурка Кирпичная кладка Плиты полужесткие минераловатные на синтетическом связующем Известково-песчаная штукатурка

Рисунок 1 - Конструкция наружной стены здания

Имеется наружная и внутренняя известково-песчаная штукатурка с плотностью 1600 кг/м³и толщиной 0,02 м, теплоизоляционный слой (плиты полужесткие минераловатные на синтетическом связующем) с плотностью 75 кг/м³и кладка из силикатного кирпича плотностью 1600 кг/м³ и толщиной 0,38 м. Значения коэффициентов теплопроводности для используемых материалов взяты из приложения А табл. А.1 ТКП 45-2.04-43-2006 по условию эксплуатации А для нормального режима и сведены в таблицу 1.

Таблица 1 -Значения коэффициентов теплопроводности и теплоустойчивости для используемых материалов

Слой материала	Коэффициент теплопроводности,
Известково-песчаная штукатурка	0,7
Плиты полужесткие минераловатные на синтетическом связующем	0,047
Силикатный кирпич	0,7

Термическое сопротивление отдельных слоев многослойной ограждающей конструкции определяется по формуле (1)

(1)

где	-толщина слоя многослойной конструкции, м;
	-расчётный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт /(м · ⁰С).

Рассчитываем термические сопротивления для двух слоев известково-песчаной штукатурки и слоя кирпичной кладки по формуле (1)

Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции , рассчитывается по формуле (2)

(2)

где	-коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, ;
	-коэффициент теплоотдачи наружной поверхности конструкции для зимних условий; 23 - для наружных стен и 12 - перекрытий чердачных и подвальных;
	-термическое сопротивление ограждающей конструкции, , определяется по формуле (3)

(3)

Термическое сопротивление теплоизоляционного слоя рассчитывается из формулы (2), приняв . Для наружных стен

R ₂= 3,2 - () = 2,664 (м² ·ºС)/Вт.

Толщина слоя теплоизоляционного материала (плиты полистиролбетонные) рассчитывается из формулы (1)

δ2 = 2,664 ∙ 0,1 = 0,27 ì.

Ðàññ÷èòàåì òîëùèíó îãðàæäàþùåé êîíñòðóêöèè, êàê ñóììó âñåõ ñëîåâ

δîáù = 0,02 + 0,38 + 0,27 + 0,02 = 0,7 ì.

Ðàññ÷èòûâàåì ôàêòè÷åñêîå îáùåå ñîïðîòèâëåíèå òåïëîïåðåäà÷å ïî ôîðìóëå (2)

R_o= = 3,2 (ì²· ºÑ)/Âò.

Òàê êàê ïîëó÷åííîå = , òî ïðèíÿòàÿ êîíñòðóêöèÿ íàðóæíûõ ñòåí îòâå÷àåò òåïëîòåõíè÷åñêèì òðåáîâàíèÿì.

1.2 Òåïëîòåõíè÷åñêèé ðàñ÷åò ïîäâàëüíîãî ïåðåêðûòèÿ

Ðàññ÷èòàåì ñîïðîòèâëåíèå òåïëîïåðåäà÷å ïîäâàëüíîãî ïåðåêðûòèÿ. Êîíñòðóêòèâíàÿ ñõåìà ïîäâàëüíîãî ïåðåêðûòèÿ èçîáðàæåíà íà ðèñóíêå 2.

Èìååòñÿ âåðõíèé ñëîé - äîñêè ïëîòíîñòüþ 500 êã/ì³,òîëùèíîé 0,015 ì, öåìåíòíî-ïåñ÷àíàÿ ñòÿæêà ïëîòíîñòüþ 1800 êã/ì³ òîëùèíîé 0,02 ì, òåïëîèçîëÿöèîííûé ñëîé (ïëèòû ïîëèñòèðîëáåòîííûå) ñ ïëîòíîñòüþ 300 êã/ì³ è æåëåçîáåòîííàÿ ïëèòó ïëîòíîñòüþ 2500 êã/ì³ òîëùèíîé 0,22 ì. Çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ òåïëîïðîâîäíîñòè è òåïëîóñòîé÷èâîñòè äëÿ èñïîëüçóåìûõ ìàòåðèàëîâ âçÿòû èç ïðèëîæåíèÿ À òàáë. À.1 ÒÊÏ 45-2.04-43-2006 ïî óñëîâèþ ýêñïëóàòàöèè À äëÿ íîðìàëüíîãî ðåæèìà è ïðèâåäåíû â òàáëèöå 2.

Äîñêè Öåìåíòíî-ïåñ÷àíàÿ ñòÿæêà Ïëèòû ïîëèñòèðîëáåòîííûå Æåëåçîáåòîííàÿ ïëèòà

Ðèñóíîê 2 - Êîíñòðóêöèÿ ïîäâàëüíîãî ïåðåêðûòèÿ çäàíèÿ

Òàáëèöà 2 - Çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ òåïëîïðîâîäíîñòè è òåïëîóñòîé÷èâîñòè äëÿ èñïîëüçóåìûõ ìàòåðèàëîâ

Ñëîé ìàòåðèàëà	Êîýôôèöèåíò òåïëîïðîâîäíîñòè,
Äîñêè	0,18
Öåìåíòíî-ïåñ÷àíàÿ ñòÿæêà	0,93
Ïëèòû ïîëèñòèðîëáåòîííûå	0,1
Æåëåçîáåòîííàÿ ïëèòà	2,04

Ðàññ÷èòûâàåì òåðìè÷åñêèå ñîïðîòèâëåíèÿ äëÿ ñëîÿ äîñîê, ñëîÿ öåìåíòíî-ïåñ÷àíîé ñòÿæêè è ñëîÿ æåëåçîáåòîííîé ïëèòû ïî ôîðìóëå (1)

R₁= = 0,108 (ì² ·ºÑ)/Âò;

R₃= = 0,022 (ì² ·ºÑ)/Âò;

R₄= = 0,083 (ì² ·ºÑ)/Âò.

Òåðìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå òåïëîèçîëÿöèîííîãî ñëîÿ ðàññ÷èòûâàåòñÿ èç ôîðìóëû (2), ïðèíÿâ . Äëÿ ïîäâàëüíûõ ïåðåêðûòèé

R₃= 2,5 - (ì² ·ºÑ)/Âò.

Òîëùèíà ñëîÿ òåïëîèçîëÿöèîííîãî ìàòåðèàëà (ïëèòû ïîëèñòèðîëáåòîííûå) ðàññ÷èòûâàåòñÿ èç ôîðìóëû (1)

Ðàññ÷èòàåì òîëùèíó îãðàæäàþùåé êîíñòðóêöèè, êàê ñóììó âñåõ ñëîåâ

Ðàññ÷èòûâàåì ôàêòè÷åñêîå îáùåå ñîïðîòèâëåíèå òåïëîïåðåäà÷å ïî ôîðìóëå (2)

Òàê êàê ïîëó÷åííîå = , òî ïðèíÿòàÿ êîíñòðóêöèÿ ïîäâàëüíîãî ïåðåêðûòèÿ îòâå÷àåò òåïëîòåõíè÷åñêèì òðåáîâàíèÿì.

1.3 Òåïëîòåõíè÷åñêèé ðàñ÷åò ÷åðäà÷íîãî ïåðåêðûòèÿ

Ðàññ÷èòàåì ñîïðîòèâëåíèå òåïëîïåðåäà÷å ÷åðäà÷íîãî ïåðåêðûòèÿ. Êîíñòðóêòèâíàÿ ñõåìà ÷åðäà÷íîãî ïåðåêðûòèÿ èçîáðàæåíà íà ðèñóíêå 3.

Èìååòñÿ âåðõíèé ñëîé - ãðàâèé êåðàìçèòîâûé ïëîòíîñòüþ 800 êã/ì³,òîëùèíîé 0,015 ì, òåïëîèçîëÿöèîííûé ñëîé (ïëèòû ïîëèñòèðîëáåòîííûå) ñ ïëîòíîñòüþ 300 êã/ì³ è æåëåçîáåòîííàÿ ïëèòó ïëîòíîñòüþ 2500 êã/ì³ òîëùèíîé 0,22 ì. Çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ òåïëîïðîâîäíîñòè è òåïëîóñòîé÷èâîñòè äëÿ èñïîëüçóåìûõ ìàòåðèàëîâ âçÿòû èç ïðèëîæåíèÿ À òàáë. À.1 ÒÊÏ 45-2.04-43-2006 ïî óñëîâèþ ýêñïëóàòàöèè À äëÿ ñóõîãî ðåæèìà è ïðèâåäåíû â òàáëèöå 3.

Ãðàâèé êåðàìçèòîâûé Ïëèòû ïîëèñòèðîëáåòîííûå Æåëåçîáåòîííàÿ ïëèòà

Ðèñóíîê 3 - Êîíñòðóêöèÿ ÷åðäà÷íîãî ïåðåêðûòèÿ çäàíèÿ

Òàáëèöà 3 -Çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ òåïëîïðîâîäíîñòè è òåïëîóñòîé÷èâîñòè äëÿ èñïîëüçóåìûõ ìàòåðèàëîâ

Ñëîé ìàòåðèàëà	Êîýôôèöèåíò òåïëîïðîâîäíîñòè,
Ãðàâèé êåðàìçèòîâûé	0,23
Ïëèòû ïåíîñòèðîëüíûå	0,1
Æåëåçîáåòîííàÿ ïëèòà	2,04

Ðàññ÷èòûâàåì òåðìè÷åñêèå ñîïðîòèâëåíèÿ äëÿ ñëîÿ ãðàâèÿ êåðàìçèòîâîãî è ñëîÿ æåëåçîáåòîííîé ïëèòû ïî ôîðìóëå (1)

Òåðìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå òåïëîèçîëÿöèîííîãî ñëîÿ ðàññ÷èòûâàåòñÿ èç ôîðìóëû (2), ïðèíÿâ . Äëÿ ÷åðäà÷íûõ ïåðåêðûòèé

2. Ñèñòåìà îòîïëåíèÿ

2.1 Ðàñ÷åò òåïëîïîòåðü ïîìåùåíèé

Òðàíñìèññèîííûå ïîòåðè òåïëà ïîìåùåíèÿìè ÷åðåç ñòåíû, ïîëû, ïîòîëêè, îêíà, äâåðè ó÷èòûâàþòñÿ ïðè ïðîåêòèðîâàíèè ñèñòåì îòîïëåíèÿ è ñîñòîÿò èç îñíîâíûõ è äîáàâî÷íûõ. Îïðåäåëÿþòñÿ îíè ïî ôîðìóëå

(4)

ãäå	-ïîâåðõíîñòü îãðàæäåíèÿ, ;
	-ðàñ÷¸òíûå òåìïåðàòóðû ñîîòâåòñòâåííî âíóòðåííåãî è íàðóæíîãî âîçäóõà, ; ;
	-êîýôôèöèåíò ó÷¸òà ïîëîæåíèÿ íàðóæíîé ïîâåðõíîñòè îãðàæäàþùåé êîíñòðóêöèè ïî îòíîøåíèþ ê íàðóæíîìó âîçäóõó;
	-îáùåå ñîïðîòèâëåíèå òåïëîïåðåäà÷è êîíñòðóêöèè îãðàæäåíèÿ;

₁

₂- - -äîáàâî÷íûå òåïëîïîòåðè â äîëÿõ îò îñíîâíûõ ïîòåðü; äîáàâî÷íûå òåïëîïîòåðè â äîëÿõ îò îñíîâíûõ ïîòåðü íà îðèåíòàöèþ íàðóæíûõ îãðàæäåíèé ïî ñòîðîíàì ñâåòà; äîáàâî÷íûå òåïëîïîòåðè â äîëÿõ îò îñíîâíûõ ïîòåðü â óãëîâûõ ïîìåùåíèÿõ.

Äîáàâî÷íûå òåïëîïîòåðè ÷åðåç îãðàæäàþùèå êîíñòðóêöèè ïðèíèìàåì â äîëÿõ îò îñíîâíûõ ïîòåðü ïî ñëåäóþùèì ïóíêòàì:

à) íà îðèåíòàöèþ íàðóæíûõ îãðàæäåíèé ïî ñòîðîíàì ñâåòà;

á) â óãëîâûõ ïîìåùåíèÿõ íà êàæäîå îêíî è ñòåíó;

â) íà ïðîíèêàíèå â ïîìåùåíèå õîëîäíîãî âîçäóõà ïðè îòêðûâàíèè íàðóæíûõ äâåðåé;

ã) íà èíôèëüòðàöèþ íàðóæíîãî âîçäóõà.

Ïëîùàäè , ì² îòäåëüíûõ îãðàæäåíèé - íàðóæíûõ ñòåí (íñ), îêîí (î), äâåðè (ä), ïîòîëêîâ (ïò), ïîëîâ (ïë) îïðåäåëÿåì ñ ïîìîùüþ êîìïüþòåðíîãî ðàñ÷åòà, è îêðóãëÿåì äî 0,1 ì.

Ïðèíèìàåì ñëåäóþùèå ëèíåéíûå ðàçìåðû:

à) ïëîùàäü ñâåòîâûõ ïðî¸ìîâ è äâåðåé - 3 è 4 ì² ñîîòâåòñòâåííî;

á) ïëîùàäü ÷åðäà÷íûõ è ïîäâàëüíûõ ïåðåêðûòèé - ïî ðàçìåðàì ìåæäó îñÿìè âíóòðåííèõ ñòåí è îò âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè íàðóæíûõ ñòåí;

â) âûñîòû ñòåí ïðèíÿòû ñîãëàñíî âûñîòå ýòàæà óêàçàííîé â çàäàíèè - 3,2 ì;

ã) äëèíó íàðóæíûõ ñòåí:

) íå óãëîâûõ ïîìåùåíèé - ïî ðàçìåðàì ìåæäó îñÿìè âíóòðåííèõ ñòåí;

) óãëîâûõ ïîìåùåíèé - ïî âíåøíåìó ïåðèìåòðó îò ëèíèè ïåðåñå÷åíèÿ íàðóæíûõ ñòåí äî îñåé âíóòðåííèõ ñòåí;

ä) äëèíó âíóòðåííèõ ñòåí - ïî ðàçìåðó ìåæäó îñÿìè.

Òåïëîïîòåðè ëåñòíè÷íîé êëåòêè âû÷èñëÿåì ïî âñåé âûñîòå çäàíèÿ.

Ðàññ÷èòàåì òåïëîïîòåðè óãëîâîãî ïîìåùåíèÿ ïåðâîãî ýòàæà - êîìíàòû ¹101. Â äàííîì ïîìåùåíèè ïîòåðè òåïëà áóäóò ïðîèñõîäèòü ÷åðåç äâå íàðóæíûå ñòåíû, îðèåíòèðîâàííûå íà þãî-âîñòîê è þãî-çàïàä ñîîòâåòñòâåííî, îêíî îðèåíòèðîâàííîå íà þãî-çàïàä è ïîäâàëüíîå ïåðåêðûòèå. Íàéä¸ì òåïëîïîòåðè:

à) íàõîäèì ïëîùàäè êîíñòðóêöèé:

) ïëîùàäü ïåðâîé íàðóæíîé ñòåíû