Расчет температурного поля в многослойной конструкции

Министерство Образования Республики Беларусь

УО «Белорусский Государственный Университет Транспорта»

Кафедра «Энергоэффективные технологии на транспорте»

Курсовая работа

по дисциплине:

«ТЕПЛОТЕХНИКА И ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ»

Выполнила: Проверила:

Студентка гр. ПК-31 преподаватель

Попкова Е.М. Колдаева С.Н.

Гомель 2014

Содержание

1. Расчёт сопротивления теплопередаче

1.1 вертикальных ограждающих конструкций…………

1.2 горизонтальных ограждающих конструкций…………

1. Расчёт температурного поля в многослойной конструкции.
2. Определение сопротивления паропроницанию

3.1 вертикальных ограждающих конструкций…………

3.2 горизонтальных ограждающих конструкций……………………………………………

1. Расчёт сопротивления воздухопроницанию……………….
2. Список использованной литературы…………..

1.1Расчёт сопротивления теплопередаче вертикальной наружной стены их штучных материалов.

Исходные данные:

Тип здания – административное

Гомельская область,

Расчетная температура внутреннего воздуха ,

Относительная влажность 50%,

Режим помещения – сухой,

Условия эксплуатации ограждающих конструкций – А по таблице 4.2[1].

Конструктивное решение стены приведено на рисунке 1

Рисунок 1.1 – Наружная стена здания.

Расчетные значения коэффициентов теплопроводности λ и теплоусвоение S материалов принимаем по таблице. A. 1[1] для условий эксплуатации ограждений «А»:

- Плотный силикатный бетон

λ ₁ = 0,99 Вт/(м ∙°С); S₁ = 0,77 Вт/(м² ∙°С);

- Плиты минераловатные на синтетическом связующем

λ ₂ = 0,053 Вт/(м ∙°С); S₂ = 0,76 Вт/(м² ∙°С);

Нормативное сопротивление теплопередаче для наружных стен из штучных материалов согласно таблице 5.1 [1] R^норм = 2,5(м²∙°С)/Вт.

Для определения тепловой инерции стены находим термическое сопротивление отдельных слоев конструкции по формуле:

где δ – толщина рассматриваемого слоя, м;

λ – коэффициент теплопроводности данного слоя, Вт/(м∙°С).

Следовательно, термическое сопротивление отдельных слоев:

- для плотного силикатного бетона

(м² ∙ ºС)/Вт;

Термическое сопротивление плиты минераловатной на синтетическом связующем R₂ находим из формулы:

где α_в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности, выбираем по табл.5.4[1], α_в=8,7 Вт/(м²∙°С);

α_н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности, выбираем по табл. 5.7[1], α_н=23 Вт/(м²∙°С);

– термическое сопротивление ограждающей конструкции

Тогда:

(м²∙°С)/Вт

Отсюда следует что, термическое сопротивление слоя плиты минераловатной на синтетическом связующем находится по формуле:

.

Вычисляем тепловую инерцию по формуле:

где S_i – расчетный коэффициент теплоусвоения слоя материала конструкции в условиях эксплуатации согласно таблице 4.2[1], принимаем по таблице A.1[1], Вт/(м²∙°С).

D=R₁∙S₁+ R₂∙S₂,

D=0,35∙9,77+1,97·0,76=4,96

По таблице 5.2 [1] для ограждающей конструкции с тепловой инерцией 4,0-7,0 (стены средней инерционности) за расчетную зимнюю температуру наружного воздуха следует принять среднюю температуру наиболее холодных трех суток обеспеченностью 0,92, которая для Гомельской области составляет: (таблица 4.3[1]).

Определяем требуемое сопротивление теплопередаче стены по формуле:

,

Где n- коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху и принимаемый по таблице 5,3[1];

– расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха, ;

- расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по таблице 5.5[1],

;

Находим экономически целесообразное сопротивление теплопередаче

, ()/Вт, по формуле (5.1)

=0,5* + ;

=7,7198()/Вт

где - стоимость тепловой энергии, руб/ГДж;

—продолжительность отопительного периода согласно таблице 4.4, сут;

– средняя за отопительный период температура наружного воздуха, принимаемая по таблице 4.4, С;

- стоимость материала однослойной или теплоизоляционного слоя многослойной ограждающей конструкции, принимаемая по действующим ценам, руб/ ;

- коэффициент теплопроводности материала однослойной или теплоизоляционного слоя многослойной ограждающей конструкции в условиях эксплуатации,(1, таблица А.1) в зависимости от расчётной температуры и относительной влажности внутреннего воздуха, ()/Вт

Толщина теплоизоляционного слоя из пенополиуретана

Вывод: Теплоизоляционный слой из плитминераловатных на синтетическом связующем 0,11 м обеспечивает нормативные требования, предъявляемые к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций.

Проверяем соответствие требованию:

0,796 < 2,5 – условие выполнятся, следовательно, данный утеплитель удовлетворяет требованиям TKP 45-2.04-43-2006.

1.2Расчёт термического сопротивления горизонтальной ограждающей конструкции.

Найти термическое сопротивление перекрытия с кровлей из рулонных материалов.

Конструктивное решение представлено на рисунке 2

Рисунок 1.2- схема конструкции горизонтального перекрытия

Расчетные значения коэффициентов теплопроводности λ и теплоусвоения S материалов принимаем по таблице А.1[1] для условий эксплуатации ограждений «A»:

- Вспученный перлит на битумном связующем

λ ₁ = 0,09 Вт/(м ∙°С); S₁ = 1,51 Вт/(м² ∙°С);

- Бетон на щебне из природного кмня

λ ₂ = 1,74 Вт/(м ∙°С); S₂ = 16,77 Вт/(м² ∙°С);

Плоскостями, параллельными направлению теплового потока, ограждающую конструкцию (или часть ее) условно разрезают на участки, из которых одни могут быть однородными — из одного материала, а другие — неоднородными — из слоев различных материалов, и определяют термическое сопротивление R_a, м² · ºС/Вт, конструкции по формуле (7) СНБ 2.01,01

где F₁, F₂,...., F_n — площади отдельных участков конструкции, м²,

R₁, R₂,...., R_n — термические сопротивления отдельных участков конструкции, определяемые по формуле (4) для однородных участков и по формуле (6) — для неоднородных участков.

Термическое сопротивление однослойной однородной ограждающей конструкции, а также однородного слоя многослойной конструкции определяют по формуле (4) СНБ 2.01.01

где δ — толщина однослойной однородной конструкции или слоя многослойной конструкции, м.

Термическое сопротивление многослойной ограждающей конструкции с однородными слоями определяют по формуле (6) СНБ 2.01.01

r_к = R₁ + R₂ +...... + R_n,

где R₁, R₂,.....,R_n — термическое сопротивление отдельных слоев конструкции, определяемые по формуле (4) СНБ 2.01.01, и замкнутых воздушных прослоек, принимаемых по таблице Б.1 СНБ 2.01.01.

Слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом, и наружной поверхностью ограждающей конструкции, в расчете не учитываются.

Термическое сопротивление однослойной однородной ограждающей конструкции

R_˩ = R₃+R₄+R₅ =1,67+0,086+0,129=1,885

R_ка = (м² ∙°С)/Вт;

Вывод: данная конструкция перекрытия не удовлетворяет требования по теплопроводности, так как нормативное сопротивление конструкции Rт =3 (м² ∙°С)/Вт, что более расчётного сопротивления R=3,1(м² ∙°С)/Вт.

Расчет температурного поля в многослойной конструкции

Определим температуры на границах слоёв многослойной конструкции наружной стены, тепловой поток и глубина промерзания при следующих данных:

Рисунок 2.1 – Наружная стена здания

- плиты минераловатные на синтетическом связующем

λ ₁ = 0,053 Вт/(м ∙°С); S₁ = 0,76 Вт/(м² ∙°С);

- плотный силикатный бетон

λ ₂ = 0,99 Вт/(м ∙°С); S₁ = 9,77 Вт/(м² ∙°С);

Рисунок 2.2 – Изменение температуры в наружной стене

Определяем термическое сопротивление каждого слоя материала:

Для определения тепловой инерции стены находим термическое сопротивление отдельных слоев конструкции по формуле:

,

где δ – толщина рассматриваемого слоя, м;

λ – коэффициент теплопроводности данного слоя, Вт/(м∙°С).

Вычислим термическое сопротивление отдельных слоев:

- плиты минераловатные на синтетическом связующем

(м² ∙ ºС)/Вт;

- плотный силикатный бетон

(м² ∙ ºС)/Вт;

=2,075+0.354=2,429 (м² ∙ ºС)/Вт.

Определим тепловой поток через двуслойную конструкцию при разности температур двух сред:

Вт/м²,

где t_в - температура внутреннего воздуха, °С;

t_н - температура наружного воздуха, °С.

Определяем температуры на границах слоев конструкции по формуле:

,

где t_x - температура в любой точке конструкции, °С;

R_x - часть термического сопротивления, находящегося между плоскостями c температурами t₁ и t_x, (м² ∙ ºС)/Вт.

ºС;

ºС;

ºС;

Граница промерзания находится в слое кирпичной кладки

Определяем глубину промерзания в теплоизоляционном слое и составляем пропорцию:

;

Отсюда х=0,046 м;

Общая глубина промерзания в этом случае составит:

δ_пр = х+0,35=0,4м.

Рисунок 2.2 – Глубина промерзания в теплоизоляционном слое

Рассмотрим данную задачу в случае, когда температура наружнегои внутреннего воздуха поменяны друг с другом.

Рисунок 2.3 - Изменение температуры в наружной стене

Значение термического сопротивления всей конструкции и теплового потока в этом случае останется прежним:

2,075+0.354=2,429 (м² ∙ ºС)/Вт;

Вт/м².

Определяем температуры на границах слоев конструкции по формуле:

,

где t_x - температура в любой точке конструкции, °С;

R_x - часть термического сопротивления, находящегося между плоскостями c температурами t₁ и t_x, (м² ∙ ºС)/Вт.

ºС;

ºС;

ºС;

Граница промерзания находится в слое пенополиуретана

Определяем глубину промерзания в теплоизоляционном слое и составляем пропорцию:

;

Отсюда х=0,03 м

Общая глубина промерзания в этом случае составит:

δ_пр =0,11- х =0,08м.

Рисунок 2.4 – Глубина промерзания в теплоизоляционном слое

Вывод: Глубина промерзания, в первом случае (теплоизоляция ближе к внутренней стороне здания) составляет 400 мм, во втором случае (теплоизоляция ближе к внешней стороне здания) 80 мм. Экономически целесообразнее делать теплоизоляция ближе к наружной стороне здания, при этом точка росы переносится в теплоизоляционный слой и стена незначительно промерзает в отличие от теплоизоляция, ближе к внутренней стороне здания. При наружной теплоизоляции ограждающая конструкция аккумулирует тепло, потери тепла минимальны.