МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция» СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА Методические указания к курсовой работе Минск БНТУ 2012 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция» СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА Методические указания к курсовой работе для студентов специальности 1-70 04 02 «Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна» Минск БНТУ 2012 УДК 697.133:378.147.091.313 (075.8) ББК 38.113я7 С86 С о с т а в и т е л ь А. С. Шибеко Р е ц е н з е н т ы : О. Н. Лешкевич, А. В. Щербач Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Строительная теп- лофизика» предназначены для студентов заочной формы обучения специальности 1-70 04 02 «Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна» и составлены с использованием действующих нормативно-правовых актов и учебной литературы. Приведены варианты заданий курсовой работы, изложена последовательность выполнения курсовой работы с примерами расчётов. Настоящие указания могут быть использованы при выполнении курсовой рабо- ты по строительной теплофизике студентами дневной формы обучения. © Белорусский национальный технический университет, 2012 3 Задание на курсовую работу Целью курсовой работы является практическое закрепление тео- ретических знаний, полученных при изучении дисциплины «Строи- тельная теплофизика» на примере выявления тепловлажностных качеств наружной стены и перекрытия или совмещённого покры- тия, а также теплотехнических характеристик окон. Курсовая рабо- та состоит из следующих разделов: 1) исходные данные к работе; 2) выбор расчётных параметров внутреннего и наружного воз- духа; 3) принятие сопротивления теплопередаче ограждений и опреде- ление толщины теплоизоляционного слоя с последующим уточне- нием действительного сопротивления теплопередаче; 4) расчёт минимальной температуры внутренней поверхности стены при заданном показателе неравномерности (m = 0,1) теплоот- дачи системы отопления; 5) теплотехнический расчёт оконного заполнения; 6) расчёт сопротивления паропроницанию ограждений; 7) построение графиков тепловлажностного режима ограждений (с уточнением величины действительного сопротивления паропро- ницанию); 8) заключение. Для студентов задания разбиты на варианты в зависимости от по- рядкового номера по списку. Исходные данные к курсовой работе в зависимости от варианта приведены в табл. 1. Конструкция стен в зависимости от варианта представлена на рис. 1, конструкция пере- крытий или совмещённых покрытий – на рис. 2. Материалы кон- струкционных слоёв наружных стен приведены в табл. 2, перекрытий и совмещённых покрытий – в табл. 3, вариант утеплителя – в табл. 4. Основные характеристики материалов приведены в табл. А.1 [1] и в приложении А данных методических указаний. Исходные данные к расчёту оконного заполнения приведены на рис. 3, а также в табл. 5 и 6. Ориентировочные значения сопротив- ления теплопередаче материалов коробок и створок, а также стек- лопакетов приведены в приложениях Б и В. 4 Таблица 1 Варианты заданий В ар и ан т Назначение здания Вариант Место- нахож- дение зда- ния Э та ж - н ос ть наруж- ной стены перекрытия или совме- щённого покрытия 1 2 3 4 5 6 1 Жилой дом 1 Е Витебск 9 2 Общежитие 2 Д Брест 8 3 Больница 3 Г Гродно 7 4 Библиотека 4 В Гомель 6 5 Администра- ция 5 Б Могилёв 5 6 Детский сад 6 А Минск 4 7 Поликлиника 6 Е Сенно 4 8 Школа 5 Д Кобрин 5 9 Жилой дом 4 Г Лида 6 10 Жилой дом 3 В Речица 7 11 Суд 2 Б Быхов 8 12 Прокуратура 1 А Борисов 9 13 Колледж 1 Д Мосты 9 14 Проектный институт 2 Е Рогачёв 8 15 Администра- ция 3 А Кричев 7 16 Исполком 4 Б Вилейка 6 17 Детская по- ликлиника 5 В Орша 5 18 Детские ясли 6 Г Барано- вичи 4 19 Жилой дом 6 Б Волковыск 4 20 Общежитие 5 А Мозырь 5 21 Институт 4 Е Глубокое 6 22 Банк 3 Д Каменец 7 23 Жилой дом 2 Г Слуцк 8 5 Окончание табл. 1 1 2 3 4 5 6 24 Гостиница 1 В Костю- ковичи 9 25 Общежитие 1 Б Речица 9 26 Техникум 2 В Поставы 8 27 Администра- тивный кор- пус 3 Е Пухо- вичи 7 28 Военкомат 4 А Лунинец 6 29 Торговый комплекс 5 Г Ошмяны 5 30 Школа- интернат 6 Д Бобруйск 4 Таблица 2 Материалы слоёв наружных стен Вари- ант стены Вари- ант за- дания Наименование, плотность и толщина материала слоя номер 1 3 4 1 1 Железобетон (ρ1 = 2500 кг/м³) δ1 = 90 мм Железобетон (ρ3 = 2500 кг/м³) δ3 = 80 мм – 12 Аглопоритобетон (ρ1 = 1800 кг/м³) δ1 = 110 мм Аглопоритобетон (ρ3 = 1800 кг/м³) δ3 = 50 мм 13 Керамзитобетон (ρ1 = 1800 кг/м³) δ1 = 100 мм Керамзитобетон (ρ3 = 1800 кг/м³) δ3 = 60 мм 24 Керамзитобетон (ρ1 = 1400 кг/м³) δ1 = 140 мм Керамзитобетон (ρ3 = 1400 кг/м³) δ3 = 80 мм 25 Железобетон (ρ 1 = 2500 кг/м³) δ1 = 110 мм Железобетон (ρ3 = 2500 кг/м³) δ3 = 90 мм 6 Продолжение табл. 2 Вари- ант стены Вари- ант за- дания Наименование, плотность и толщина материала слоя номер 1 3 4 2 2 Кирпич сплошной глиняный обык- новенный (ρ1 = 1800 кг/м³) δ1 = 250 мм Кирпич сплош- ной глиняный обыкновенный (ρ3 = 1800 кг/м³) δ3 = 120 мм Ц ем ен тн о- пе сч ан ая ш ту ка ту рк а (ρ 4 = 1 80 0 кг /м ³) δ 4 = 1 0 м м 11 Кирпич пустот- ный керамический (ρ1 = 1400 кг/м³) δ1 = 250 мм Кирпич пустот- ный керамиче- ский (ρ3 = 1400 кг/м³) δ3 = 120 мм 14 Кирпич сплошной глиняный обык- новенный (ρ1 = 1800 кг/м³) δ1 = 250 мм Кирпич силикат- ный (ρ3 = 1900 кг/м³) δ3 = 120 мм 23 Кирпич силикат- ный (ρ1 = 1700 кг/м³) δ1 = 250 мм Кирпич силикат- ный (ρ3 = 1700 кг/м³) δ3 = 120 мм 26 Кирпич сплошной глиняный обык- новенный (ρ1 = 1800 кг/м³) δ1 = 250 мм Кирпич силикат- ный (ρ3 = 1600 кг/м³) δ3 = 120 мм 3 3 Кирпич сплошной глиняный обык- новенный (ρ1 = 1800 кг/м³) δ1 = 380 мм Цементно-пес- чаная штука- турка (ρ3 = 1800 кг/м³) δ3 = 10 мм Г ип со ка рт он ны е пл ит ы (ρ 4 = 1 00 0 кг /м ³) δ 4 = 1 0 м м 10 Камень силикат- ный (ρ1 = 1400 кг/м³) δ1 = 380 мм 7 Продолжение табл. 2 Вари- ант стены Вари- ант за- дания Наименование, плотность и толщина материала слоя номер 1 3 4 3 15 Камень керамиче- ский 18-щелевой (ρ1 = 1600 кг/м³) δ1 = 380 мм Цементно- песчаная шту- катурка (ρ3 = 1800 кг/м³) δ3 = 10 мм Г ип со ка рт он ны е пл ит ы (ρ 4 = 1 00 0 кг /м ³) δ 4 = 1 0 м м 22 Кирпич керамиче- ский пустотный (ρ1 = 1400 кг/м³) δ1 = 380 мм 27 Кирпич пустот- ный силикатный утолщённый (ρ1 = 1600 кг/м³) δ1 = 380 мм 4 4 Железобетон (ρ1 = 2500 кг/м³) δ1 = 140 мм Цементно- песчаная шту- катурка (ρ3 = 1800 кг/м³) δ3 = 10 мм – 9 Железобетон (ρ1 = 2500 кг/м³) δ1 = 160 мм 16 Железобетон (ρ1 = 2500 кг/м³) δ1 = 180 мм 21 Железобетон (ρ1 = 2500 кг/м³) δ1 = 200 мм 28 Железобетон (ρ1 = 2500 кг/м³) δ1 = 160 мм 5 5 Керамзитобетон (ρ1 = 1800 кг/м³) δ1 = 200 мм Цементно- песчаная шту- катурка (ρ3 = 1800 кг/м³) δ3 = 10 мм – 8 Окончание табл. 2 Вари- ант стены Вари- ант за- дания Наименование, плотность и толщина материала слоя номер 1 3 4 5 8 Кирпич сплошной глиняный обык- новенный (ρ1 = 1800 кг/м³) δ1 = 250 мм Цементно- песчаная шту- катурка (ρ3 = 1800 кг/м³) δ3 = 10 мм – 17 Железобетон (ρ1 = 2500 кг/м³) δ1=200 мм 20 Кирпич пустот- ный силикатный утолщённый (ρ1 = 1400 кг/м³) δ1 = 250 мм 29 Аглопоритобетон (ρ1 = 1800 кг/м³) δ1 = 200 мм 6 6 Железобетон (ρ1 = 2500 кг/м³) δ1 = 180 мм Гипсокартонные плиты (ρ3 = 1000 кг/м³) δ3 = 10 мм Ц ем ен тн о- пе сч ан ая ш ту ка ту рк а (ρ 4 = 1 80 0 кг /м ³) δ 4 = 1 0 м м 7 Железобетон (ρ1 = 2500 кг/м³) δ1 = 180 мм 18 Железобетон (ρ1 = 2500 кг/м³) δ1 = 200 мм 19 Железобетон (ρ1 = 2500 кг/м³) δ1 = 200 мм 30 Железобетон (ρ1 = 2500 кг/м³) δ1 = 250 мм 9 Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант 4 Вариант 5 Вариант 6 Рис. 1. Варианты конструкции наружных стен 10 Таблица 3 Материалы перекрытий и совмещённых покрытий Вариант перекрытия или совме- щённого покрытия Вари- анты заданий Наименование конструкции Наименование ма- териала слоя номер 1 3 4 А 6, 12, 18, 24, 30 Совмещённое покрытие М но го пу ст от на я ж ел ез об ет он на я пл ит а Цементно- песчаная стяжка Ру- бе- ро- ид Б 5, 11, 17, 23, 29 Чердачное пере- крытие с кровлей из рулонных ма- териалов Затирка из слож- ного раст- вора – В 4, 10, 16, 22, 28 Совмещённое покрытие Цементно- песчаная стяжка Ру- бе- ро- ид Г 3, 9, 15, 21, 27 Перекрытие над неотапливаемым подвалом, имею- щим световые проёмы в стенах Еловые лаги Ело- вые дос- ки Д 2, 8, 14, 20, 26 Чердачное пере- крытие с кровлей из штучных мате- риалов Затирка из сложно- го раствора – Е 1, 7, 13, 19, 25 Перекрытие над неотапливаемым техническим под- польем, располо- женным ниже уровня земли Цементно- песчаная стяжка Ли- но- ле- ум 11 Вариант А Вариант Б Вариант В Вариант Г Вариант Д Вариант Е Рис. 2. Варианты конструкции перекрытий или совмещённых покрытий 12 Таблица 4 Материалы утеплителя Вариант задания Материал утеплителя и его плотность 1 Плиты пенополистирольные (ρ2 = 15 кг/м³) 2 Маты минераловатные прошивные (ρ2 = 125 кг/м³) 3 Плиты пенополистирольные (ρ2 = 25 кг/м³) 4 Плиты пенополистирольные (ρ2 = 15 кг/м³) 5 Маты минераловатные прошивные (ρ2 = 50 кг/м³) 6 Плиты пенополистирольные (ρ2 = 25 кг/м³) 7 Маты минераловатные прошивные ρ2= 75 кг/м³ 8 Плиты минераловатные полужёсткие на синтетическом связующем (ρ2 = 200 кг/м³) 9 Плиты минераловатные жёсткие на синтетическом свя- зующем (ρ2 = 175 кг/м³) 10 Маты минераловатные прошивные (ρ2 = 75 кг/м³) 11 Плиты пенополистирольные (ρ2 = 25 кг/м³) 12 Плиты пенополистирольные (ρ2 = 35 кг/м³) 13 Плиты минераловатные полужёсткие на синтетическом связующем (ρ2 = 75 кг/м³) 14 Плиты минераловатные жёсткие на синтетическом свя- зующем (ρ2 = 250 кг/м³) 15 Плиты минераловатные жёсткие на синтетическом свя- зующем (ρ2 = 200 кг/м³) 16 Плиты минераловатные жёсткие на синтетическом свя- зующем (ρ2 = 250 кг/м³) 17 Плиты минераловатные мягкие на синтетическом свя- зующем (ρ2 = 75 кг/м³) 18 Плиты минераловатные жёсткие на синтетическом свя- зующем (ρ2 = 200 кг/м³) 19 Плиты пенополистирольные (ρ2 = 35 кг/м³) 20 Маты минераловатные прошивные (ρ2 = 100 кг/м³) 21 Плиты пенополистирольные(ρ2 = 50 кг/м³) 22 Плиты пенополистирольные (ρ2 = 35 кг/м³) 23 Маты минераловатные прошивные (ρ2 = 100 кг/м³) 24 Маты минераловатные прошивные (ρ2 = 75 кг/м³) 13 Окончание табл. 4 Вариант задания Материал утеплителя и его плотность 25 Плиты пенополистирольные (ρ2 = 50 кг/м³) 26 Маты минераловатные прошивные (ρ2 = 50 кг/м³) 27 Маты минераловатные прошивные (ρ2 = 100 кг/м³) 28 Маты минераловатные прошивные (ρ2 = 125 кг/м³) 29 Плиты минераловатные полужёсткие на синтетическом связующем (ρ2 = 125 кг/м³) 30 Маты минераловатные прошивные (ρ2 = 100 кг/м³) Таблица 5 Данные к расчёту оконного заполнения Вариант задания Вариант окна Материал коробок и створок Марка стеклопакета 1 I «Aluplast» Ideal 6000 4-Ar8-4И-Ar8-И4 2 II 3 I «Aluplast» Ideal 8000 4-12-4И-12-И4 4 II 5 I «Lg» L-700 4-14-4И-14-И4 6 II 7 I КВЕ 88 мм 4-Ar12-4-Ar12-И4 8 II 9 I «Montblanc» Nord 70 4-Ar12-4И-Ar12-И4 10 II 11 I «Plafen» S-line 4-Ar14-4И-Ar14-И4 12 II 13 I «Salamander» bluEvolution 4-Ar12-4-Ar12-И4 14 II 15 I «Veka» Alphaline 4-Ar10-4-Ar10-И4 16 II 17 I «Veka» Softline XXL 4-Ar8-4И-Ar8-И4 18 II 19 I «Veka» Topline Plus 4-10-4И-10-И4 20 II 14 Окончание табл. 5 Вариант задания Вариант окна Материал коробок и створок Марка стеклопакета 21 I «Veka» Alphaline 4-Ar12-4-Ar12-И4 22 II 23 I «Montblanc» Nord 70 4-Ar10-4И-Ar10-И4 24 II 25 I КВЕ 88 мм 4-Ar12-4-Ar12-И4 26 II 27 I «Aluplast» Ideal 6000 4-14-4И-14-И4 28 II 29 I «Veka» Topline Plus 4-Ar10-4-Ar10-И4 30 II Таблица 6 Размеры окон для расчёта Вари- ант зада- ния Размеры, мм окна коробки створ- ки остекле- ния импо- ста Н В b1 (h1) b1ʹ (h1ʹ) b2 (h2) b3 b4 1 1500 1500 40 – 70 560 20 2 1420 1360 40 70 80 460 60 3 1650 1500 40 – 80 550 0 4 1450 1150 40 70 80 360 50 5 1460 1320 50 – 70 460 20 6 1460 1470 45 70 80 440 45 7 1500 1320 50 – 80 435 30 8 1500 1320 40 65 75 450 55 9 1420 1350 40 – 80 460 30 10 1550 1170 40 70 80 270 60 11 1440 1180 40 – 75 385 30 12 1460 1400 40 60 80 500 40 13 1440 1320 40 – 75 460 20 15 Окончание табл. 6 Вари- ант зада- ния Размеры, мм окна коробки створ- ки остекле- ния импо- ста Н В b1 (h1) b1ʹ (h1ʹ) b2 (h2) b3 b4 14 1400 1170 40 60 70 440 50 15 1500 1350 50 – 75 460 30 16 1430 1320 40 70 75 500 60 17 1470 1330 40 – 70 485 0 18 1750 1310 35 70 80 425 60 19 1460 1170 45 – 70 390 20 20 1460 1320 30 60 80 450 60 21 1460 1470 30 – 65 575 0 22 1350 1500 30 60 80 545 50 23 1460 1320 40 – 80 450 20 24 1460 1320 40 75 75 510 35 25 1460 1460 40 – 75 430 20 26 1500 1500 35 60 80 520 55 27 1500 1200 50 – 80 390 0 28 1410 1310 40 60 75 440 60 29 1450 1350 40 – 75 470 30 30 1430 1170 40 65 80 350 50 16 Вариант I В (Н) – ширина (высота) окна; b1 (h1) – ширина (высота) коробки; b2 (h2) – ширина (высота) створки; b3 (h3) – ширина (высота) остекления (стеклопа- кета); b4 (h4) – ширина (высота) импоста Вариант II b1′ (h1′) – ширина (высота) коробки глухой части окна; b3′ (h3′) – ширина (высота) остекления (стеклопакета) глухой части окна Рис. 3. Варианты конструкции окон 17 Методические указания к выполнению курсовой работы 1 Общие указания К выполнению курсовой работы следуют приступать только по- сле изучения соответствующего раздела курса строительной тепло- физики. Работа состоит из расчётно-пояснительной записки и графиков температур и тепловлажностного режима. Расчётно-пояснительная записка на листах белой бумаги форма- та А4 с соблюдением стандартных полей: левое – 30 мм, правое – не менее 8 мм, верхнее и нижнее – не менее 20 мм. При выполнении записки на компьютере необходимо руководствоваться ЕСКД [2]. Записка составляется подробно с приведением и расшифровкой всех расчётных формул и размерностей со ссылкой на литератур- ные источники и справочные данные. Типовые разрезы выполняются с помощью САПР или каранда- шом без масштаба непосредственно на листах расчётно- пояснительной записки с указанием названия и толщины материала слоя. Графики распределения температур и тепловлажностного режи- ма выполняются или с помощью САПР, или вручную на листах миллиметровой бумаги формата А4, причём графики вставляются по тексту записки или выносятся в приложения. Титульный лист выполняется по форме, которая приведена на рис. 4. 2 Порядок выполнения работы В начале расчётно-пояснительной записки на отдельной страни- це даётся оглавление. Затем даются общие сведения: цели и задачи выполнения курсовой работы, сведения о здании (тип, ме- сторасположение и этажность), вариант стены, совмещённого по- крытия (или перекрытия) и окна. 18 Ì èí èñòåðñòâî î áðàçî âàí èÿ Ðåñï óáëèêè Áåëàðóñü Áåëî ðóññêèé í àöèî í àëüí û é òåõí è÷åñêèé óí èâåðñèòåò Ôàêóëüòåò ýí åðãåòè÷åñêî ãî ñòðî èòåëüñòâà Êàô åäðà «Òåï ëî ãàçî ñí àáæåí èå è âåí òèëÿöèÿ» ÊÓÐÑÎ ÂÀß ÐÀÁÎ ÒÀ Òåï ëî òåõí è÷åñêèé ðàñ÷¸ò í àðóæí û õ î ãðàæäåí èé çäàí èÿ Ì èí ñê 20___ Âû ï î ëí èë: ñòóäåí ò ãð. 3104__ ÔÝÑ Èâàí î â Èâàí Èâàí î âè÷ Ø èô ð _______ Ï ðèí ÿë: Рис. 4. Образец выполнения титульного листа 19 2.1 Выбор расчётных параметров наружного и внутреннего воздуха Расчётные параметры наружного воздуха выбираются согласно табл. 4.3, 4.4 и 4.5 [1] или из [3] и сводятся в таблицу. Пример оформления таблицы для жилого здания, расположенного в городе Сенно (Витебская область), приведён в табл. 7. Таблица 7 Расчётные параметры наружного воздуха Наименование параметра Единица измерения Зна- чение Источник Температура наиболее хо- лодных суток обеспечен- ностью 0,98 tн0,98 °С –37 [1], табл. 4.3 Температура наиболее хо- лодных суток обеспечен- ностью 0,92 tн0,92 °С –31 [1], табл. 4.3 Температура наиболее хо- лодной пятидневки обес- печенностью 0,92 tн5 °С –25 [1], табл. 4.3 Максимальная из средних скоростей ветра по румбам в январе vср м/с 5,4 [1], табл. 4.5 Средняя температура за ото- пительный период tн.от. °С –2,0 [1], табл. 4.4 Средняя относительная влажность за отопительный период φн.от. % 83 [3], табл. 3.1 Расчётные параметры внутреннего воздуха (температура и отно- сительная влажность) для расчёта наружных ограждающих кон- струкций принимаются согласно табл. 4.1 [1] в зависимости от назначения здания и сводятся в таблицу, где также приводится рас- чётный перепад между температурой внутреннего воздуха и темпе- ратурой внутренней поверхности рассчитываемых ограждающих 20 конструкций согласно табл. 5.5 [1]. Наряду с этим делается вывод о режиме помещений и об условиях эксплуатации ограждений в со- ответствии с табл. 4.2 [1]. Пример оформления таблицы для жилого здания, расположенного в городе Сенно, приведён в табл. 8. Таблица 8 Расчётные параметры внутреннего воздуха Наименование параметра Единица измерения Значение Расчётная температура внутреннего воз- духа помещений здания tв °С 18 Расчётная относительная влажность внут- реннего воздуха помещений φв % 55 Расчётный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены Δtвс °С 6 Расчётный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности совмещённого покрытия Δtвп °С 4 Согласно табл. 4.2 [1] при данных расчётных условиях в поме- щениях жилого здания (tв = 18 °С и φв = 55%) влажностный режим помещений – нормальный, а условия эксплуатации наружных ограждающих конструкций – Б. 2.2 Принятие сопротивлений теплопередаче и определение толщин теплоизоляционных слоёв Согласно п. 5.1 [1] сопротивление теплопередаче наружных ограждающих конструкций RТ, м²·°С/Вт, за исключением наружных дверей, ворот и ограждающих конструкций помещений с из- бытками явной теплоты, следует принимать не менее нормативного сопротивления теплопередаче RТ.НОРМ, указанного в табл. 5.1 [1]. Поэтому, задаваясь сначала нормативным сопротивлением тепло- 21 передаче RТ.НОРМ, следует найти неизвестную толщину слоя утепли- теля δ2, а затем уточнить значение сопротивления теплопередаче. Рассмотрим расчёт наружной стены и совмещённого покрытия. 1. Наружная стена. Рис. 5. Конструкция наружной стены Примем следующие конструктивные слои (рис. 5): 1 – железобетонная плита толщиной δ1 = 200 мм; 2 – слой утеплителя из пенополистирольных плит толщиной δ2 и плотностью ρ2 = 25 кг/м³; 3 – защитно-отделочная цементно-песчаная штукатурка толщи- ной δ3 = 10 мм; Из табл. А.1 [1] найдём необходимые для данного и последую- щего расчётов данные об используемых материалах – коэффициент теплопроводности, теплоусвоения и паропроницаемости – и сведём их в таблицу. Сопротивление теплопередаче для данной стены RТ, м²·°С/Вт, будет рассчитываться по выражению 22 31 2 T 1 2 3 1 1 â í R δδ δ α λ λ λ α = + + + + , (1) где αв и αн – коэффициенты теплоотдачи, Вт/(м²·°С), соответственно внутренней и наружной поверхности, принимаемые по табл. 5.4 и 5.7 [1]; δ1, δ2 и δ3 – толщина, м, соответственно первого, второго и треть- его слоёв стены; λ1, λ2 и λ3 – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·°С), соответ- ствующих слоёв стены. Таблица 9 Характеристики материалов стены Наимено- вание ма- териала Плот- ность ρ, кг/м³ Расчётные коэффициенты (при условиях эксплуатации Б) теплопро- водности λ, Вт/(м·°С) теплоусво- ения s, Вт/(м²·°С) паропрони- цаемости μ, мг/(м·ч·Па) Железобе- тон 2500 2,04 19,70 0,03 Пенополи- стирол 25 0,052 0,39 0,05 Цементно- песчаный раствор 1800 0,93 11,09 0,09 Отсюда искомая толщина δ2 будет равна: 31 2 2 T.Í Î ÐÌ 1 3 1 1 â í R δδ δ λ α λ λ α = ⋅ − − − −       . (2) Из табл. 5.1 [1] RТ.НОРМ = 3,2 (м²·°С)/Вт. Для наружной стены имеем αв = 8,7 Вт/(м²·°С) и αн = = 23 Вт/(м²·°С). Тогда для данной стены имеем 23 2 1 0, 2 0,01 1 0,052 3, 2 0,153 8,7 2,04 0,93 23 δ = ⋅ − − − − =     м. Принимаем δ2 = 0,16 м и рассчитываем действительное сопро- тивление теплопередаче стены по формуле (1). ÑÒ 1 0, 2 0,16 0,01 1 3,34 8,7 2,04 0,052 0,93 23 R = + + + + = м²·°С/Вт. 2. Совмещённое покрытие. Рис. 6. Конструкция совмещённого покрытия Примем следующие конструктивные слои (рис. 6): 1 – железобетонная многопустотная плита покрытия толщиной δ1 = 260 мм; 2 – слой утеплителя из пенополистирольных плит толщиной δ2 и плотностью ρ2 = 25 кг/м³; 3 – цементно-песчаная стяжка толщиной δ3 = 20 мм; 4 – четыре слоя рубероида толщиной δ4 = 6 мм. Аналогично расчёту стены, из табл. А.1 [1] находим для расчётов данные о материалах и сводим их в таблицу. 24 Таблица 10 Характеристики материалов совмещённого покрытия Наимено- вание ма- териала Плот- ность ρ, кг/м³ Расчётные коэффициенты (при условиях эксплуатации Б) теплопро- водности λ, Вт/(м·°С) теплоусво- ения s, Вт/(м²·°С) паропрони- цаемости μ, мг/(м·ч·Па) Железобе- тон 2500 2,04 19,70 0,03 Пенополи- стирол 25 0,052 0,39 0,05 Цементно- песчаный раствор 1800 0,93 11,09 0,09 Рубероид (4 слоя) 600 0,17 3,53 Rп = 4,4 м²·ч·Па/мг Как видно, железобетонная плита является термически неодно- родной конструкцией. Ввиду этого предварительно необходимо найти её приведённое термическое сопротивление. Расчёт про- водится в следующей последовательности: а) Выделяем характерное сечение (заштриховано на рис. 7, а). Для облегчения расчётов заменим окружность равным по площади квадратом (исходя из соотношения Fокр = Fкв) со стороной 2 d à π= , (3) и вычертим расчётное характерное сечение (рис. 7, б). В нашем случае 180 3,14 160 2 à = ≈ мм. 25 Рис. 7. Характерное и расчётное сечение б) Плоскостями, параллельными тепловому потоку, разбиваем на однородные зоны, которые могут быть однородными (из одного материала) и неоднородными, и вычисляем термическое со- противление по формуле 1 1 n i i n i i i F R F R = = = ∑ ∑  , (4) где Fi – площадь отдельных участков, м²; Ri – термическое сопротивление данных участков, м²·°С/Вт: – для однородных участков: i i i R δ λ = ; (5) – для неоднородных 26 1 m i k k R R = = ∑ . (6) Для приведённой конструкции: участок 1 – неоднородный, его сопротивление будет складываться из термического сопротивления железобетона суммарной толщиной δ1' = 50 + 50 = 100 мм и терми- ческого сопротивления воздушной прослойки. Так как прослойка расположена со стороны помещения и перед утеплителем, то тем- пература в ней будет положительной. Согласно табл. Б.1 [1] её тер- мическое сопротивление будет равно Rв.п. = 0,15 м²·°С/Вт. В соот- ветствии с формулой (6) 1 0,1 0,15 0,199 2,04 R = + = м²·°С/Вт. Участок 2 – однородный, его термическое сопротивление вычис- ляем по формуле (5): 2 0, 26 0,127 2,04 R = = м²·°С/Вт. Термическое сопротивление параллельно тепловому потоку: 0, 235 0, 26 0, 235 0,169 0,16 0, 26 0,075 0, 26 0,16 0,075 0,199 0,127 0,199 0,127 R ⋅ = = = ⋅ ⋅ + +  м²·°С/Вт. в) Плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку, разби- ваем на однородные зоны, которые могут быть однородными (из одного материала) и неоднородными. Термическое сопротивление однородных слоёв вычисляется по формуле (5), неоднородных – по формуле (4). Для приведённой конструкции I II IIIR R R R⊥ = + + . 27 Очевидно, что термическое сопротивление слоёв I и III одинако- во и равно I III 0, 05 0,025 2,04 R R= = = м²·°С/Вт. Слой II – неоднородный. Разобьём его на два участка: II´ – воз- душная прослойка с сопротивлением RII´ = 0,15 м²·°С/Вт, II´´ – же- лезобетон с термическим сопротивлением II'' 0,16 0,078 2,04 R = = м²·°С/Вт; II 0, 235 0,16 0, 235 0,116 0,16 0,16 0,075 0,16 0,16 0,075 0,15 0,078 0,15 0,078 R ⋅ = = = ⋅ ⋅ + + м²·°С/Вт; 0, 025 0,116 0,025 0,166R⊥ = + + = м²·°С/Вт. г) Проверим, превышает ли R на 25 % R⊥ : 0,169 0,166 100 % 1,8 % 0,166 − ⋅ = . д) Так как R не превышает R⊥ на 25 %, то термическое сопро- тивление ограждения вычисляется по формуле ï ë 2 3 R R R ⊥ + =  ; (7) ï ë 0,169 2 0,166 0,167 3 R + ⋅ = = м²·°С/Вт. Из табл. 5.1 [1] RТ.НОРМ = 6,0 м²·°С/Вт. 28 Тогда для данного покрытия имеем (с учётом αв = 8,7 Вт/(м²·°С) и αн = 23 Вт/(м²·°С)) 2 1 0,02 0,006 1 0,052 6,0 0,167 0, 292 8,7 0,93 0,17 23 δ = ⋅ − − − − − =     м. Принимаем δ2 = 0,30 м и рассчитываем действительное сопро- тивление теплопередаче совмещённого покрытия: Ï 1 0,30 0,02 0,006 1 0,167 6,15 8,7 0,052 0,93 0,17 23 R = + + + + + = (м²·°С)/Вт. 2.3 Расчёт минимальной температуры внутренней поверхности стены Минимальная температура внутренней поверхности стены tв.п min, °С, определённая по формуле (8), не должна быть ниже температу- ры точки росы при расчётных значениях температуры и относи- тельной влажности внутреннего воздуха: ( )â í â â â.ï min â CT 1 m t t Y t t R α + ⋅ − = −       ; (8) где tв, tн и αв – определённые в п. 2.2 величины; tн – расчётная зимняя температура воздуха, °С, принимаемая в зависимости от тепловой инерции стены; m – коэффициент неравномерности теплоотдачи системы отоп- ления, принимаемый по табл. 6.1 [1]; Yв – коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности стены, Вт/(м²·°С), определяемый по пунктам 6.4–6.7 [1]. Определяем тепловую инерцию стены по формуле 29 1 1 n n i i i i i i i D R s s δ λ= = = ⋅ = ⋅∑ ∑ ; (9) 0, 2 0,16 0, 01 19,7 0,39 11,09 2,04 0,052 0,93 1,93 1, 20 0,12 3, 25. D = ⋅ + ⋅ + ⋅ = = + + = Так как D1 = 1,93 > 1, то коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности принимаем равным коэффициенту теплоусвоения же- лезобетона, т. е. в 1Y s= ; (10) â 19,7Y = Вт/(м²·°С). Так как D = 3,25 ∈ (1,5; 4], то в соответствии с табл. 5.2 [1] при- нимаем за расчётную температуру наиболее холодных суток обес- печенностью 0,92 tн0,92 = –31 °С. При центральном водяном отоплении m = 0,1. Тогда минимальная температура внутренней поверхности стены составит ( )( ) â.ï min 1 0,1 18 31 8,7 19,718 16, 2 3,34 t + ⋅ − − = − =       °С. По h – d диаграмме находим, что при tв = 18 °С и φв = 55 % тем- пература точки росы составляет tр = 8,8 °С. Так как tв.п min > tр, значит условие выполняется. 2.4 Теплотехнический расчёт оконного заполнения Окно – элемент стеновой или кровельной конструкции, предна- значенный для сообщения внутренних помещений с окружающим пространством, естественного освещения помещений, их вентиля- ции, защиты от атмосферных, шумовых воздействий и состоящий 30 из оконного проёма с откосами, оконного блока, системы уплотне- ния монтажных швов, подоконной доски, деталей слива и облицо- вок. Оконный блок (рис. 8) состоит из: 1) непрозрачной части, включающей в себя: – коробку – сборочную единицу оконного блока, предназначен- ную для навески створок, неподвижно закрепляемую к стенкам оконного проёма; – створку – сборочную единицу оконного блока со светопро- зрачным заполнением и соединённую с коробкой, как правило, по- средством шарнирной или скользящей связи. На рис. 8 линии 6 и 7 показывают направление открывания створок: линия 6 – распашное открывание (вокруг вертикальной оси), линия 7 – откидное откры- вание (вокруг нижней горизонтальной оси); – импост – средний брусок коробки, служащий для притвора створок и навески створок в трёхстворчатых (и более) окнах; 2) светопрозрачного заполнения – заполнения из прозрачного листового стекла или стеклопакета. Рис. 8. Детали конструкции оконного блока 1 – коробка; 2 – поворотно-откидная створка; 3 – импост; 4, 5 – светопрозрачные заполнения соответственно глухой и поворотно- откидной створки; 6, 7 – линии, показывающие направление открывания створки 31 Стеклопакет (рис. 9) – это соединённые между собой с помощью рамки листы стекла, образующие герметичные камеры, заполнен- ные осушённым воздухом или инертными газами (аргон, криптон и др.). Для изготовления стеклопакетов применяются разнообраз- ные виды стекла: листовое, многослойное, солнцезащитное, энерго- сберегающее с твёрдым и мягким покрытием и др. В настоящее время в рамках увеличения теплозащитных свойств наружных ограждений и окон в частности, на первый план выходит использование в стеклопакетах энергосберегающих стёкол с низко- эмиссионным мягким селективным покрытием (И-стёкол), которые имеют малый коэффициент эмиссии (излучательной способности, т.е. имеют способность отражать длинноволновое тепловое излуче- ние в сторону их излучения), что благотворно сказывается как в хо- лодный период (низкоэмиссионным стеклом отражается, например, внутрь помещения тепло от отопительных приборов), так и в тёп- лый период года (энергосберегающее покрытие отражает тепловую энергию в длинноволновом диапазоне наружу). Рис. 9. Конструкция двухкамерного энергосберегающего стеклопакета: 1 – стёкла; 2 – межстекольное пространство; 3 – рекомендуемое расположение низкоэмиссинного покрытия; 4 – дистанционная рамка; 5 – герметик Выпускаемые в настоящее время в Республике Беларусь окна должны соответствовать требованиям СТБ 939–93 «Окна и бал- конные двери для зданий и сооружений. Общие технические усло- вия» [5] по теплофизическим и механическим параметрам, среди которых присутствуют сопротивление теплопередаче и сопротив- ление воздухопроницанию. Окна изначально комплектуются как 32 минимум двумя рядами уплотняющих прокладок из эластомерных материалов, которые обеспечивают плотное прилегание створки к коробке. Поэтому при получении сертификата соответствия окна должны пройти обязательные испытания, в результате которых по- лучают графические зависимости объёмного и массового расхода воздуха через 1 м² поверхности образца при различных перепадах давления. Основным признаком классификации является объёмное воздухопроницание через 1 м² поверхности образца при перепаде давления на его поверхностях Δр = 100 Па. При этом для каждого класса устанавливаются границы по сопротивлению воздухопрони- цанию. Классификация окон по сопротивлению воздухопроница- нию согласно [5] приведена в табл. 11. Таблица 11 Классификация окон по воздухопроницанию [5] Класс Контрольная воздухопрони- цаемость при Δр = 100 Па, м³/(ч∙м²) Сопротивление возду- хопроницанию Rв, м²·ч·Па/кг А до 3 свыше 1,299 Б от 3 до 9 от 0,433 до 1,299 В от 9 до 17 от 0,229 до 0,433 Г от 17 до 27 от 0,114 до 0,229 Д от 27 до 50 от 0,078 до 0,144 В данной курсовой работе необходимо: а) в соответствии с заданной конструкцией непрозрачной и све- топрозрачной части оконного блока и соответствующими величи- нами приведённого сопротивления теплопередаче рассчитать при- ведённое сопротивление теплопередаче оконного блока; б) определить расчётную разность давления воздуха на наруж- ной и внутренней поверхностях оконного блока для всех этажей здания; в) рассчитать требуемое сопротивление воздухопроницанию окон, расположенных на разных этажах здания; г) определить классы по воздухопроницанию окон, устанавлива- емых на каждом этаже. 33 В качестве примера рассчитаем окно, установленное в 9-этажном жилом здании из предыдущих примеров. Конструкция окна приведена на рис. 10. Материал непрозрачной части – поливинилхлоридный 5-камерный профиль «Veka» системы Softline XXL, заполнение створок – двухкамерный энергосберега- ющий стеклопакет марки 4-12-4И-12-И4. Рис. 10. Конструкция окна 1. Расчёт сопротивления теплопередаче. Сопротивление теплопередаче оконного заполнения Rок, м²·°С/Вт, должно быть не менее нормативного сопротивления теп- лопередаче RТ.НОРМ, указанного в табл. 5.1 [1]. Для жилого здания имеем RТ.НОРМ = 1,0 м²·°С/Вт. 34 Для определения приведённого сопротивления теплопередаче окон воспользуемся формулой î ê í åï ð ñâ í åï ð ñâ F R F F R R = + , (11) где Fнепр и Fсв – суммарная площадь, соответственно, непрозрачной и светопрозрачной части окна, м²; Rнепр и Rсв – приведённое сопротивление теплопередаче непро- зрачной и светопрозрачной части соответственно, м²·°С/Вт. Из приложений Б и В имеем, что Rнепр = 1,00 м²·°С/Вт и Rсв = = 1,09 м²·°С/Вт. Для удобства сведём расчёт в табл. 12. Таблица 12 Расчёт приведённого сопротивления теплопередаче окна Номер зоны Шири- на b, м Высота h, м Площадь F, м² R, м²·°С/Вт F/R, Вт/°С 1' 0,675 0,07 0,04725 1'' 0,675 0,04 0,027 2' 0,675 0,07 0,04725 2'' 0,675 0,04 0,027 3 0,07 1,36 0,0952 4 0,04 1,42 0,0568 5 0,02 1,36 0,0272 6 0,635 0,08 0,0508 7 0,635 0,08 0,0508 8 0,08 1,26 0,1008 9 0,08 1,26 0,1008 Итого по непрозрачной части 0,6309 Rнепр = 1,00 0,6309 I 0,585 1,36 0,7956 II 0,475 1,26 0,5985 Итого по светопрозрачной части 1,3941 Rсв = 1,09 1,2790 Итого по окну 2,025 Rок = 1,06 1,9099 35 Так как Rок > RТ.НОРМ, значит, данная конструкция окна удовле- творяет требованиям [1] по сопротивлению теплопередаче. 2. Расчёт сопротивления воздухопроницанию окна. Сопротивление воздухопроницанию окон Rв, м²·ч·Па/кг, уста- навливаемых в жилых и общественных зданиях, должно быть равно требуемому сопротивлению воздухопроницанию Rв.тр, определяе- мому согласно выражению (12) с допустимым отклонением не бо- лее 20 %: 2 3 â.òð Í Î ÐÌ 0, 216 p R G ∆ = , (12) где GНОРМ – нормативная воздухопроницаемость ограждения, кг/(м²·ч), принимаемая по табл. 8.1 [1] и равная для окон жилых зданий GНОРМ = 10,0 кг/(м²·ч); Δр – расчётная разность давлений воздуха на наружной и внут- ренней поверхностях ограждения, Па, рассчитываемая по формуле: ( ) ( )2í â í ñð í ï0,5 v ip Í ñ ñ kγ γ ρ∆ = ⋅ − + ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ , (13) где Н – расчётная высота от центра рассчитываемого окна до устья вытяжной шахты, м; γн и γв – удельный вес, соответственно, наружного и внутреннего воздуха, Н/м³, определяемый по формуле 3463 273 t γ = + , (14) где t – расчётная температура воздуха, °С, внутреннего – согласно табл. 8, наружного – средняя температура наиболее холодной пяти- дневки обеспеченностью 0,92 (табл. 7); ρн – плотность наружного воздуха, кг/м³, определяемая по фор- муле 36 í í 9,8 γ ρ = , (15) где vср – максимальная из средних скоростей ветра по румбам в ян- варе, м/с; сн и сп – аэродинамические коэффициенты, соответственно, наветренной и подветренной поверхностей ограждения, принимае- мые согласно приложению 4 [4]; ki – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, принимаемый по табл. 6 [4]. Для рассчитываемого окна при tв = 18 °С и tн5 = –25 °С имеем: í 3463 13,96 273 25 γ = = − Н/м³; â 3463 11,90 273 18 γ = = + Н/м³; í 13,96 1, 42 9,8 ρ = = кг/м³. Из приложения 4 [4] принимаем для отдельно стоящих плоских сплошных вертикальных конструкций сн = +0,8 и сп = – 0,6. Расчётную высоту от центра окна до устья вытяжной шахты и коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по вы- соте, принимаем исходя из размеров, приведённых на рис. 11. Расчёты по определению требуемого сопротивления воздухо- проницанию сведём в табл. 13. 37 Рис. 11. Фасад здания 38 Таблица 13 Расчёт требуемого сопротивления воздухопроницанию окон Э та ж Н , м γ н – γ в , Н /м ³ ρ н , к г/ м ³ v с р, м /с с н – с п k i Δ р, П а G Н О Р М , к г/ (м ²· ч) R в .т р, м ²· ч ·П а/ к г 1 26,7 2,06 1,42 5,4 1,4 0,500 69,49 10 0,365 2 23,7 0,515 63,75 0,345 3 20,7 0,605 60,18 0,332 4 17,7 0,665 55,74 0,315 5 14,7 0,695 50,43 0,295 6 11,7 0,725 45,12 0,274 7 8,7 0,856 42,73 0,264 8 5,7 0,894 37,65 0,243 9 2,7 0,931 32,55 0,220 Сопротивление воздухопроницанию окон, устанавливаемых в данном здании, может составлять от 80 % до 120 % от требуемого, т. е. для каждого окна существует диапазон значений сопротивле- ния воздухопроницанию. Классы устанавливаемых окон по возду- хопроницанию выбираются исходя из значений сопротивления воз- духопроницанию на границах класса. Данные об устанавливаемых в рассчитываемом здании окнах сведены в табл. 14. 39 Таблица 14 Сопротивление воздухопроницанию и классы устанавливаемых окон Этаж Требуемое сопротивление воздухопроница- нию Rв.тр, м²·ч·Па/кг Сопротивление воздухопрони- цанию окон Rв, м²·ч·Па/кг Классы окон по воздухо- проницанию 1 0,365 0,292–0,438 Б (при сопротивле- нии воздухопрони- цанию 0,433–0,438 м²·ч·Па/кг); В (при сопротивле- нии воздухопрони- цанию 0,292–0,433 м²·ч·Па/кг) 2 0,345 0,276–0,414 В 3 0,332 0,266–0,398 В 4 0,315 0,252–0,378 В 5 0,295 0,236 – 0,329 В 6 0,274 0,219–0,329 В (при сопротивле- нии воздухопрони- цанию 0,229–0,329 м²·ч·Па/кг); Г (при сопротивле- нии воздухопрони- цанию 0,219–0,229 м²·ч·Па/кг) 7 0,264 0,211–0,317 В (при сопротивле- нии воздухопрони- цанию 0,229–0,317 м²·ч·Па/кг); Г (при сопротивле- нии воздухопрони- цанию 0,211–0,229 м²·ч·Па/кг) 40 Окончание табл. 14 Этаж Требуемое сопротивление воздухопрони- цанию Rв.тр, м²·ч·Па/кг Сопротивление воздухопрони- цанию окон Rв, м²·ч·Па/кг Классы окон по воздухо- проницанию 8 0,243 0,194–0,292 В (при сопротивле- нии воздухопрони- цанию 0,229–0,292 м²·ч·Па/кг); Г (при сопротивле- нии воздухопрони- цанию 0,194–0,229 м²·ч·Па/кг) 9 0,220 0,176–0,264 В (при сопротивле- нии воздухопрони- цанию 0,229–0,264 м²·ч·Па/кг); Г (при сопротивле- нии воздухопрони- цанию 0,176–0,229 м²·ч·Па/кг) 2.5 Расчёт тепловлажностного режима наружных ограждений Расчёт тепловлажностного режима наружного ограждения вы- полняется по методу К. Ф. Фокина [6] в следующей последователь- ности. 41 1. Построение графика распределения температур. Температуру на границе каждого слоя ограждения определяется по формуле: â 1â 1 n n i i t t q R α = = − ⋅ +       ∑ , (16) где q – средний за отопительный период тепловой поток через ограждение, Вт/м², рассчитываемый по выражению: â í .î òt tq R − = , (17) где tн.от – средняя температура наружного воздуха за отопительный период, ºС; R – действительное сопротивление теплопередаче ограждения, м²·°С/Вт, определённое в п. 2.2. 1 n i i R = ∑ – термическое сопротивление ограждения от внутренней поверхности до рассматриваемой плоскости, м²·°С/Вт. Затем необходимо вычертить ограждающую конструкцию в масштабе. С левой стороны в масштабе 1:1 строится шкала темпе- ратур. В рассматриваемых плоскостях откладываем рассчитанные значения температур и соединяем их ломаной линией. Эта линия и будет график распределения температур в ограждении. 2. Построение кривой распределения максимальных парциаль- ных давлений. По полученным в предыдущем пункте температурам находим из табл. Е.1 [1] максимальные парциальные давления водяного пара. В толще утеплителя с целью лучшей детализации кривой необходимо выбрать две дополнительных точки. Затем с левой стороны от шкалы температур в масштабе 1:100 строится шкала давлений. В рассматриваемых плоскостях отклады- ваем полученные значения максимальных парциальных давлений и соединяем их кривой. Данная кривая является графиком распреде- 42 ления максимальных парциальных давлений водяного пара в ограждении. 3. Построение графика распределения парциальных давлений водяного пара. Парциальное давление водяного пара влажного воздуха в рас- сматриваемом сечении ограждения, Па, можно определить по вы- ражению â ï 1 k k i i e e P R = = − ⋅∑ , (18) где ев – парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па, рассчитываемое по формуле â â â0, 01e Åϕ= ⋅ ⋅ , (19) где φв – расчётная относительная влажность внутреннего воздуха, %, определённая в п. 2.1; Ев – максимальное парциальное давление водяного пара внут- реннего воздуха, Па, при расчётной его температуре; Р – средний за отопительный поток диффундирующего в ограж- дении водяного пара, кг/(м²·ч), рассчитываемый по формуле â í .î ò ï e e Ð R − = , (20) где ен.от – среднее за отопительный период парциальное давление водяного пара наружного воздуха, Па, рассчитываемое по выражению í í .î ò í .î ò0, 01e Åϕ= ⋅ ⋅ , (21) где φн.от – расчётная относительная влажность наружного воздуха, %, определённая в п. 2.1; 43 Ен.от – максимальное парциальное давление водяного пара наружного воздуха, Па, при средней температуре за отопительный период; Rп – сопротивление паропроницанию ограждающей конструк- ции, м²·ч·Па/кг, определяемое по формуле ï ï 1 1 n n i i i i i R R δ µ= = = =∑ ∑ , (22) где δi – толщина i-того слоя, м; μi – коэффициент паропроницаемости i-того слоя, мг/(м·ч·Па), принимаемый в соответствии с табл. А.1 [1]; ï 1 k i i R = ∑ – сопротивление паропроницанию слоёв ограждения от внутренней поверхности до рассматриваемой плоскости, м²·ч·Па/кг. Следует учитывать, что сопротивление паропроницанию воз- душных прослоек в ограждениях вне зависимости от толщины и расположения принимается равным нулю. Полученные значения откладываются в соответствующих плос- костях ограждения. Соединяя линией полученные значения, полу- чаем график распределения парциальных давлений водяного пара в ограждении. Возможны три случая: а) линия парциальных давлений лежит ниже линии максималь- ных парциальных давлений по всему сечению – конденсация отсут- ствует; б) линия парциальных давлений пересекается с линией макси- мальных парциальных давлений в двух точках – конденсация про- исходит в области между точками пересечения; в) линия парциальных давлений пересекается с линией макси- мальных парциальных давлений в одной точке и лежит ниже её – конденсация происходит в области между точкой пересечения и наружной поверхностью. 4. Определение границ зоны конденсации. Для построения линии падения парциального давления водяного пара в ограждении при конденсации в ней влаги проводим из точек 44 ев и ен, соответствующих парциальным давлениям внутренней и наружной поверхностях ограждения, прямые, касательные к линии максимальных парциальных давлений Е. Таким образом, между точками касания к графику максимальных парциальных давлений Еi и Еj и будет искомая зона реальной конденсации и график падения парциальных давлений в ограждении будет идти по линии евЕiЕjен. 5. Расчёт сопротивления паропроницанию ограждающей кон- струкции. Сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной кон- денсации Rв.п, м²·ч·Па/кг, должно быть не менее требуемого сопро- тивления паропроницанию Rп.тр, определяемого по формуле: â ê ï .òð ï .í ê í .î ò å Å R R Å å − = ⋅ − , (23) где Rп.н – сопротивление паропроницанию ограждающей конструк- ции в пределах от плоскости возможной конденсации до наружной поверхности рассматриваемого ограждения, м²·ч·Па/кг, определяе- мое по формуле (22); Ек – максимальное парциальное давление водяного пара в плос- кости возможной конденсации, Па, при температуре в плоскости возможной конденсации tк, °С, определяемой по формуле (16). Плоскость возможной конденсации многослойной конструкции совпадает с поверхностью теплоизоляционного слоя, ближайшей к наружной поверхности ограждающей конструкции. Если Rв.п > Rп.тр, то устройство пароизоляции не требуется, если же Rв.п < Rп.тр, то пароизоляция необходима. 6. Расчёт действительного сопротивления паропроницанию и по- строение уточнённых графиков тепловлажностного режима ограж- дения. При устройстве пароизоляции, например, из полиэтиленовой плёнки, изменяется распределение парциальных давлений водяного пара в ограждении. Для этого необходимо заново рассчитать сопро- тивление паропроницанию ограждающей конструкции Rп, м²·ч·Па/кг, по формуле (22) и построить уточнённый график рас- пределения парциальных давлений. Перерасчёт температур, а след- 45 ственно, и максимальных парциальных давлений водяного пара, можно не проводить, так как ввиду малой толщины пароизоляция почти не влияет на сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции. Рассмотрим в качестве примера построение графиков теп- ловлажностного режима наружной стены и совмещённого покрытия для рассматриваемого ранее жилого здания. 1. Наружная стена. Из табл. 7 и 8 имеем: tн.от = –2,0 °С, φн.от = 83 %, tв = 18 °С, φв = 55 %. Из п. 2.2 сопротивление теплопередаче наружной стены Rс = = 3,34 м²·°С/Вт. Средний за отопительный период тепловой поток через наруж- ную стену ( )18 2 5,99 3,34 q − − = = Вт/м². Обозначим температуру на внутренней поверхности стены t1; на поверхности утеплителя, соприкасающейся с железобетоном, t2; на поверхности утеплителя, на которую нанесена штукатурка, t3 и на наружной поверхности стены t4. Рассчитаем данные температуры по формуле (16): 1 1 18 5,99 17,3 8,7 t = − ⋅ = °С; 2 1 0, 2 18 5,99 16,7 8,7 2,04 t = − ⋅ + =     °С; 3 1 0, 2 0,16 18 5,99 1,7 8,7 2,04 0,052 t = − ⋅ + + = −     °С; 4 1 0, 2 0,16 0,01 18 5,99 1,8 8,7 2,04 0,052 0,93 t = − ⋅ + + + = −     °С. 46 По полученным значениям строим график распределения темпе- ратур в ограждении (рис. 12, линия t). По табл. Е.1 [1] находим значения максимальных парциальных давлений водяного пара при температурах внутреннего и наружно- го воздуха и температурах в плоскостях стены (с двумя до- полнительными точками – 10 °С и 0 °С) и сводим в таблицу. Таблица 15 Значения максимальных парциальных давлений в плоскостях наружной стены Температура t, °С Максимальное парциальное давление водяного пара Е, Па 18,0 2064 17,3 1975,1 16,7 1901 10,0 1228 0,0 611 –1,7 530,8 –1,8 526,2 –2,0 517 По полученным значениям строим график распределения мак- симальных парциальных давлений водяного пара в стене (рис. 12, линия Е). Для нахождения парциальных давлений водяного пара найдём парциальные давления водяных паров внутреннего и наружного воздуха по формулам (19) и (21), а также сопротивление паропро- ницанию наружной стены по формуле (22). â 0, 01 55 2064 1135, 2å = ⋅ ⋅ = Па; í .î ò 0, 01 83 517 429,1å = ⋅ ⋅ = Па; ï 0, 2 0,16 0,01 9,98 0,03 0,05 0,09 R = + + = м²·ч·Па/кг. 47 Тогда средний за отопительный период поток диффундирующе- го в наружной стене водяного пара 1135, 2 429,1 70,75 9,98 Ð − = = кг/(м²·ч). Рассчитаем парциальные давления водяного пара в плоскостях, принятых для нахождения температур, по формуле (18): 1 â 1135, 2å å= = Па; 2 0, 2 1135, 2 70,75 663,5 0,03 å = − ⋅ = Па; 3 0, 2 0,16 1135, 2 70,75 437,1 0,03 0,05 å = − ⋅ + =     Па; 4 í .î ò 429,1å å= = Па. По полученным значениям строим график распределения парци- альных давлений водяного пара в наружной стене (рис. 12, линия е). Рассчитаем требуемое сопротивление паропроницанию. Сопро- тивление паропроницанию наружной стены в пределах от плоско- сти возможной конденсации до наружной поверхности стены ï .í 0, 01 0,11 0,09 R = = м²·ч·Па/кг. Для плоскости возможной конденсации Ек = 530,8 Па. Тогда ï .òð 1135, 2 530,8 0,11 0,65 530,8 429,1 R − = ⋅ = − м²·ч·Па/кг. Сопротивление паропроницанию наружной стены в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации: 48 48 Рис. 12. Графики тепловлажностного режима наружной стены 49 â.ï 0, 2 0,16 9,87 0,03 0,05 R = + = м²·ч·Па/кг. Так как Rв.п > Rп.тр, то устройство пароизоляции не требуется. 2. Совмещённое покрытие Средний за отопительный период тепловой поток через совме- щённое покрытие ( )18 2 3, 25 6,15 q − − = = Вт/м². Обозначим температуру на внутренней поверхности покрытия t1; на поверхности утеплителя, соприкасающейся с железобетонной плитой, t2; на поверхности утеплителя, соприкасающейся с цемент- но-песчаной стяжкой, t3, на поверхности стяжки, соприкасающейся с рубероидом, t4, и на наружной поверхности покрытия t5. Рассчитаем данные температуры: 1 1 18 3, 25 17,6 8,7 t = − ⋅ = °С; 2 1 18 3, 25 0,167 17,1 8,7 t = − ⋅ + =     °С; 3 1 0,3 18 3, 25 0,167 1,67 8,7 0,052 t = − ⋅ + + = −     °С; 4 1 0,3 0,02 18 3, 25 0,167 1,74 8,7 0,052 0,93 t = − ⋅ + + + = −     °С; 4 1 0,3 0,02 0,006 18 3, 25 0,167 1,9 8,7 0,052 0,93 0,17 t = − ⋅ + + + + = −     °С. По полученным значениям строим график распределения темпе- ратур в ограждении (рис. 13, линия t). 50 По табл. Е.1 [1] находим значения максимальных парциаль- ных давлений водяного пара при температурах внутреннего и наружного воздуха и температурах в плоскостях совмещённого покрытия (с двумя дополнительными точками – 10 °С и 0 °С) и сво- дим в таблицу. Таблица 16 Значения максимальных парциальных давлений в плоскостях совмещённого покрытия Температура t, °С Максимальное парциальное давление водяного пара Е, Па 18,0 2064 17,6 2013,2 17,1 1949,7 10,0 1228 0,0 611 –1,67 532,2 –1,74 529 –1,9 521,6 –2,0 517 По полученным значениям строим график распределения мак- симальных парциальных давлений водяного пара в совмещённом покрытии (рис. 13, линия Е). Найдём сопротивление паропроницанию совмещённого покры- тия. Так как железобетонная плита имеет воздушные прослойки, то её сопротивление паропроницанию: ï 1 1 2 2 ï .ï ë 1 2 R F R F R F F ⋅ + ⋅ = + , (24) где Rп1 и Rп2 – сопротивление паропроницанию, м²·ч·Па/кг, опреде- лённые по сечениям 1 и 2 на рис. 7; F1 и F2 – площади сечений 1 и 2 соответственно, м². Для сечения 1 51 ï 1 0, 05 0,05 0 3,33 0,03 0,03 R = + + = м²·ч·Па/кг. Для сечения 2 ï 1 0, 26 8, 67 0,03 R = = м²·ч·Па/кг. Тогда ï .ï ë 3,33 0,16 0, 26 8,67 0,075 0, 26 3,33 0,16 8,67 0,075 0, 26 0, 235 0, 235 R ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ = = = ⋅ 5,03= м²·ч·Па/кг. Сопротивление паропроницанию совмещённого покрытия ï 0,3 0, 02 5,03 4, 4 15,65 0,05 0, 09 R = + + + = м²·ч·Па/кг. Тогда средний за отопительный период поток диффундирующе- го в совмещённом покрытии водяного пара 1135, 2 429,1 45,11 15,65 Ð − = = кг/(м²·ч). Рассчитаем парциальные давления водяного пара в плоскостях покрытия, принятых для нахождения температур: 1 â 1135, 2å å= = Па; 2 1135, 2 45,11 5,03 908,3å = − ⋅ = Па; 3 0,3 1135, 2 45,11 5,03 637,6 0,05 å = − ⋅ + =     Па; 52 4 0,3 0,02 1135, 2 45,11 5,03 627,6 0,05 0,09 å = − ⋅ + + =     Па; 5 í .î ò 429,1å å= = Па. По полученным значениям строим график распределения парци- альных давлений водяного пара в совмещённом покрытии (рис. 13, линия е). Рассчитаем требуемое сопротивление паропроницанию. Сопро- тивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от плоскости возможной конденсации до наружной поверхности ограждения ï .í 0, 02 4, 4 4,62 0,09 R = + = м²·ч·Па/кг. Для плоскости возможной конденсации Ек = 532,2 Па. Тогда ï .òð 1135, 2 532, 2 4,62 27,02 532, 2 429,1 R − = ⋅ = − м²·ч·Па/кг. Сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной кон- денсации â.ï 0,3 5,03 11,03 0,05 R = + = м²·ч·Па/кг. Так как Rв.п < Rп.тр, то требуется устройство пароизоляции. В ка- честве пароизоляции используем полиэтиленовую плёнку с Rп.пл = 7,3 м²·ч·Па/кг. Количество слоёв найдём по формуле ï .òð â.ï ï .ï ë R R n R − = , (25) 53 27,02 11,03 3 7,3 n − = = слоя. Тогда уточнённое сопротивление паропроницанию совмещённо- го покрытия ï 0,3 0,02 5,03 7,3 3 4, 4 37,55 0,05 0,09 R = + ⋅ + + + = м²·ч·Па/кг. Пересчитаем парциальные давления водяного пара в плоскостях покрытия: 1135, 2 429,1 18,80 37,55 Ð − = = кг/(м²·ч). 1 â 1135, 2å å= = Па; 2 1135, 2 18,8 5,03 1040,6å = − ⋅ = Па; ( )2 1135, 2 18,8 5,03 7,3 3 628,9å ′ = − ⋅ + ⋅ = Па; 3 0,3 1135, 2 18,8 5,03 7,3 3 516,1 0,05 å = − ⋅ + ⋅ + =     Па; 4 0,3 0,02 1135, 2 18,8 5,03 7,3 3 511,9 0,05 0,09 å = − ⋅ + ⋅ + + =     Па; 5 í .î ò 429,1å å= = Па. Используя рассчитанные ранние значения температур и макси- мальных парциальных давлений водяного пара и по полученным значениям парциальных давлений водяного пара в совмещённом покрытии, строим уточнённые графики тепловлажностного режима (рис. 14). 54 Рис. 13. Графики тепловлажностного режима совмещённого покрытия 55 Рис. 14. Уточнённые графики тепловлажностного режима совмещённого покрытия 56 2.6 Заключение В данном разделе даётся обобщение выполненных расчётов и перечень принятых характеристик ограждающих конструкций. На примере рассчитываемого в данных указаниях 9-этажного жилого дома, расположенного в г. Сенно (Витебская область), принятые характеристики ограждений имеют вид. Наружная стена – железобетонная монолитная (толщина желе- зобетона 200 мм) с утеплителем из пенополистирольных плит (плотность 25 кг/м³, толщина 160 мм), оштукатуренная с наружной стороны (толщина штукатурки 10 мм). Действительное сопротивле- ние теплопередаче наружной стены RСТ = 3,34 м²·°С/Вт. Минималь- ная температура внутренней поверхности при центральном водяном отоплении tв.п min = 16,2 °С. Совмещённое покрытие состоит из железобетонной многопу- стотной плиты (толщина 260 мм) с утеплителем из пенополисти- рольных плит (плотность 25 кг/м³, толщина 300 мм), цементно-пес- чаной стяжки (толщина 20 мм) и гидроизоляцией, выполненной из рубероида, уложенного в 4 слоя. С целью недопущения конденса- ции водяных паров в толще утеплителя предусмотрено устройство пароизоляции – 3 слоя полиэтиленовой плёнки. Действительное со- противление теплопередаче совмещённого покрытия составляет RП = 6,15 м²·°С/Вт. Окна выполнены из 5-камерного поливинилхлоридного профи- ля «Veka» системы Softline XXL с остеклением из двухкамерного энергосберегающего стеклопакета марки 4-12-4И-12-И4. Приведён- ное сопротивление теплопередаче окна составляет Rок = 1,06 м²·°С/Вт. Окна на 1 этаже относятся к классам Б или В, на 2–5 этажах – только к классу В и на 6–9 этажах – к классам В и Г по воздухопроницанию. 57 Литература 1. Строительная теплотехника. Строительные нормы проекти- рования : ТКП 45-2.04-43–2006 (02250). – Минск, 2007. – 35 с. 2. Единая система конструкторской документации. Общие тре- бования к текстовым документам : ГОСТ 2.105–95. – Минск, 1996. – 40 с. 3. Строительная климатология : СНБ 2.04.02–2000. – Минск, 2001. – 40 с. 4. Нагрузки и воздействия : СНиП 2.01.07–85. – Минск, 2005. – 37 с. 5. Окна и балконные двери для зданий и сооружений. Общие технические условия : СТБ 939–93. – Минск, 1994. – 36 с. 6. Фокин, К. Ф. Строительная теплотехника ограждающих ча- стей зданий / К. Ф. Фокин ; под ред. Ю. А. Табунщикова, В. Г. Гагарина. – 5-е изд., испр. – М. : АВОК-ПРЕСС, 2006. – 256 с. ПРИЛОЖЕНИЯ 59 ПРИЛОЖЕНИЕ А Теплофизические характеристики некоторых строительных материалов Материал Характеристики материала в сухом состоянии Р ас ч ёт н ое м ас со во е от - н ош ен и е вл аг и в м ат е- ри ал е W , % (п ри у сл о- ви ях э к сп л уа та ц и и ) Расчётные коэффициенты (при условиях эксплуатации) п л от н ос ть ρ , к г/ м ³ уд ел ьн ая т еп л оё м - к ос ть с , к Д ж /( к г· °С ) к оэ ф ф и ц и ен т те п л оп ро во дн ос ти λ , В т/ (м ·° С ) Т еп л оп ро во дн о- ст и λ , В т/ (м ·° С ) те п л оу св ое н и я s, В т/ (м ²· °С ) (п ри п ер и од е к ол еб ан и й Т = 2 4 ч ) П ар оп ро н и ц ае м о- ст и μ , м г/ (м ·ч ·П а) А Б А Б А Б А, Б 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 I Бетоны 1 Железобетон 2500 0,84 1,69 1 3 1,92 2,04 17,98 19,70 0,03 2 Аглопоритобетон 1800 0,84 070 5 8 0,85 0,93 10,82 11,98 0,075 3 Керамзитобетон 1800 0,84 0,66 5 10 0,80 0,92 10,50 12,33 0,09 4 То же 1400 0,84 0,47 5 10 0,56 0,65 7,75 9,14 0,098 II Кирпичная кладка А Кладка из сплошного кирпича на цементно-песчаном растворе 5 Глиняного обык- новенного 1800 0,88 0,56 1 2 0,70 0,81 9,20 10,12 0,11 59 60 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 6 Силикатного 1900 0,88 0,97 2 4 1,18 1,40 10,38 11,52 0,09 7 То же 1700 0,88 0,66 2 4 0,87 1,07 9,16 10,29 0,115 8 » 1600 0,88 0,57 2 4 0,69 0,81 8,59 9,79 0,12 Б Кладка из кирпича и камней пустотных на цементно-песчаном растворе 9 Керамического плотностью брутто 1400 кг/м³ 1600 0,88 0,47 1 2 0,63 0,78 7,91 8,48 0,14 10 Камней керами- ческих 18-щелевых плотностью 1600 кг/м³ 1700 0,88 0,47 1 2 0,575 0,630 8,72 9,58 0,15 11 Кирпича силикат- ного утолщённого 1600 0,88 0,77 2 4 1,03 1,28 8,83 9,91 0,12 12 Камней силикат- ных 1400 0,88 0,65 2 4 0,79 0,93 7,93 9,01 0,14 III Отделочные материалы 13 Цементно-песча- ный раствор 1800 0,84 0,58 2 4 0,76 0,93 9,60 11,09 0,09 14 Плиты из гипса 1000 0,84 0,23 4 6 0,29 0,35 4,62 5,28 0,11 IV Теплоизоляционные материалы А Минеральная вата 15 Маты минерало- ватные прошивные 125 0,84 0,044 0,6 2,0 0,046 0,051 0,60 0,66 0,56 16 То же 100 0,84 0,043 0,6 2,0 0,045 0,048 0,53 0,57 0,58 17 » 75 0,84 0,042 0,6 2,0 0,043 0,046 0,45 0,48 0,59 60 61 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 18 Маты минерало- ватные прошивные 50 0,84 0,041 0,6 2,0 0,042 0,045 0,36 0,39 0,61 19 Плиты мягкие, полужёсткие и жёст- кие минераловатные на синтетическом связующем 250 0,84 0,057 0,6 2,0 0,061 0,069 0,98 1,08 0,45 20 То же 200 0,84 0,054 0,6 2,0 0,057 0,064 0,85 0,93 0,49 21 » 175 0,84 0,051 0,6 2,0 0,053 0,059 0,76 0,83 0,51 19 Плиты мягкие, полужёсткие и жёст- кие минераловатные на синтетическом связующем 125 0,84 0,048 0,6 2,0 0,050 0,054 0,63 0,67 0,53 23 То же 75 0,84 0,045 0,6 2,0 0,047 0,051 0,47 0,51 0,57 Б Пенополистирол 24 Плиты пенополи- стирольные 50 1,34 0,041 2 10 0,043 0,052 0,46 0,55 0,05 25 То же 35 1,34 0,038 2 10 0,041 0,050 0,40 0,48 0,05 26 » 25 1,34 0,041 2 10 0,043 0,052 0,33 0,39 0,05 27 » 15 1,34 0,043 2 10 0,045 0,054 0,25 0,30 0,05 61 62 ПРИЛОЖЕНИЕ Б Сопротивление теплопередаче ПВХ профилей (согласно данным производителей) Марка профиля Профильная система Количе- ство камер Приведённое сопротивление теплопередаче, м²·°С/Вт «Aluplast» Ideal 8000 6 1,00 Ideal 6000 6 0,91 «Lg» L-700 5 0,91 КВЕ 88 мм (без усили- тельного вкладыша) 5 1,05 «Montblanc» Nord 70 (без усили- тельного вкладыша) 5 0,82 «Plafen» S-line (без усили- тельного вкладыша) 5 0,87 «Salamander» bluEvolution (стандартное армирование) 6 1,00 «Veka» Alphaline 6 1,25 Softline XXL 5 1,00 Topline Plus 4 1,34 63 ПРИЛОЖЕНИЕ В Сопротивление теплопередаче стеклопакетов (согласно данным производителей) Марка стеклопакета Толщина стеклопакета δ, мм Приведённое сопротив- ление теплопередаче, м²·°С/Вт 4-Ar8-И4-Ar8-И4 28 1,09 4-10-4И-10-И4 32 0,95 4-Ar10-4-Ar10-И4 32 0,92 4-Ar10-4И-Ar10-И4 32 1,28 4-12-4И-12-И4 36 1,09 4-Ar12-4-Ar12-И4 36 0,98 4-Ar12-4И-Ar12-И4 36 1,45 4-14-4И-14-И4 40 1,16 4-Ar14-4-Ar14-И4 40 0,98 4-Ar14-4И-Ar14-И4 40 1,49 ОГЛАВЛЕНИЕ Задание на курсовую работу ............................................................ 3 Методические указания к выполнению курсовой работы ........... 17 1 Общие указания ............................................................................ 17 2 Порядок выполнения работы ...................................................... 17 2.1 Выбор расчётных параметров наружного и внутреннего воздуха .............................................................................................. 19 2.2 Принятие сопротивлений теплопередаче и определение толщин теплоизоляционных слоёв ................................................ 20 2.3 Расчёт минимальной температуры внутренней поверхности стены .......................................................................... 28 2.4 Теплотехнический расчёт оконного заполнения .................... 29 2.5 Расчёт тепловлажностного режима наружных ограждений ....................................................................................... 40 2.6 Заключение ................................................................................ 56 Литература ....................................................................................... 57 ПРИЛОЖЕНИЯ ............................................................................... 58 Приложение А ................................................................................. 59 Приложение Б .................................................................................. 62 Приложение В .................................................................................. 63 Учебное издание СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА Методические указания к курсовой работе для студентов специальности 1-70 04 02 «Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна» Составитель ШИБЕКО Александр Сергеевич Подписано в печать 04.10.2012. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 3,78. Уч.-изд. л. 2,95. Тираж 100. Заказ 771. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Пр. Независимости, 65. 220013, г. Минск.