Теплотехнический расчет наружных ограждений

Содержание: 

1. Исходные  данные……………………………………………………….3
2.   I. Теплотехнический расчет наружных ограждений………………….
3. II. Расчет тепловой нагрузки на систему отопления………………….
4. III. Гидравлический расчет трубопроводов в системе отопления…..
5. IV. Расчет поверхности отопительных приборов……………………
6. V. Список используемой литературы…………………………………
7. Расчетные чертежи:

 

Исходные  данные.

1. город -  Алма-Ата;
2. температура наиболее холодной пятидневки - t⁵_н = -21^оC;
3. средняя температура периода со средней суточной температурой воздуха (отопительный период) < -8^оС – t_оп = 1,6^oС;
4. средняя температура периода со средней суточной температурой воздуха (продолжительность отопительного периода) < -8^оС – Z_оп = 168 суток;
5. климатическая зона – сухая;
6. средняя скорость ветра за наиболее ветряный зимний месяц (январь) = 1,9 ^м/_с;
7. расчетное давление в тепловой сети Р₁-Р₂= 45 кПа;
8. параметры теплоносителя в тепловой сети –  Т₁-Т₂ = 150 – 70 ^оС;
9. тип системы отопления – двухтрубная с верхней разводкой трубопровода;
10. схема движения теплоносителя - тупиковая;
11. вентиляционная температура - t_н^вент = -10⁰С;
12. воздухообмен для кухонь и санузлов - 3х комфорочная газовая плита.

 

1. Теплотехнический  расчет наружных ограждений.

Помещения	Температура стены 0С		Относительная влажность, φ,%
	Наружной	внутренней
Жилые комнат:            -одинарные(рядовые);            -угловые.	18 20	20 22	55
Кухни	15	15	55
Лестничные  клетки	16	16	55

 

Условия эксплуатации ограждающей конструкции:

а) режим эксплуатации помещений – нормальный;

б) условия  эксплуатации в зоне – сухой А. 

Теплотехнические  характеристики ограждающих  конструкций

(СНиП II-3-79*) 

Ограждения	Нормируемый перепад температур,0С,∆tн	Коэффициент, n	Коэффициент теплопередачи, α, Вт/м2, 0С
			внутри  помещения	снаружи
Наружная  стена	4,0	1	8,7	23,2
Чердачное пере-крытие с кров-лей из рулонного  материала	3,0	0,9	8,7	11,6
Перекрытие  вы-ше уровня земли над подвалом без окон	2,0	0,6	8,7	5,8

 

Определение расчетного сопротивления  теплопередачи, толщины  слоя утеплителя и  коэффициента теплопередачи  ограждающих конструкций.

     Обязательным условием теплотехнического расчета является

R₀ ≥ R₀^тр,

где R₀ - приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций рассчитываемое в соответствии с заданием на проектирование; R₀^тр – требуемое сопротивление теплопередаче принимается большей из полученных величин и сходя из: а)  санитарно-гигиенических и комфортных условий

R₀^тр = n(t_в – t_н)/(∆t^нα_в), м^{2 . о}С/Вт           (1),

где t_в – температура рядового помещения; t_н – расчетная зимняя температура наружного воздуха, ^оС, равная средней самой холодной пятидневки; n - коэффициент принимаемый в зависимости от положения ограждающей конст-рукции по отношению к наружному воздуху; α_в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции; ∆t^н – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и внутренней  поверхности ограждающей конструкции =>

б) условий  энергосбережения в зависимости  от величины градусо-суток отопительного периода ГСОП (R _э.опт – экономически оптимальное энерго-сбережение, т.е получить примерное равенство R₀ R_э.опт ): 

          R_пр ГСОП = (t_в – t _о.п.) Z_о.п. , ^оС сутки       (2) 

где ГСОП – градусо-сутки отопительного периода; t_в – температура рядового помещения; t_о.п. – средняя температура отопительного периода; Z_о.п. – продолжительность отопительного периода.

          Нахождение R₀ - приведенного сопротивления теплопередаче и толщины утепляющего слоя :

        R₀ = (1/α_в) + R_к + (1/α_н), (м^2оС)/Вт              (3), 

где α_н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения; R_к – термическое сопротивление ограждающей конструкции

                              R_к = R₁ + R₂ + R₃ + … + R_n , (м^2.оС)/Вт      (4)

                               R = ,                                     (м^2.оС)/Вт       (4.1) 

где, δ  – толщина отдельного слоя, м; λ - коэффициент теплопроводности материала, Вт/м ^оС .

Определение коэффициента теплопередачи ограждающей  конструкции :

                                    К = 1/R^факт (5), 

1. Расчет сопротивления теплопередаче для стен.

 Сначала рассчитываем градусо-сутки отопительного периода по формуле (2)

                                    ГСОП = (20 - 1,6)*168 = 3091 ⁰С ^. сутки 

  Определяем R₀^тр для стен по формуле (1), приняв предварительно ограждение средней массивности:

R₀^тр = 20-(-21)/4*8,7 = 1,18 (м^2.оС)/Вт

    Методом интерполяции, используя  формулу     ,

         где y – R_эк.опт.^тр экономически оптимальное сопротивление теплопередаче;

         Пользуясь таблицей определяем приведённое сопротивление теплопередаче   R_эк.опт.^тр, (м^2.оС)/Вт:

      Приведенное сопротивление теплопередаче:

    R_эк.опт.^тр = (м^2.оС)/Вт

      Определяем  сопротивление теплопередаче ограждающий конструкции R₀ по большей из двух величин R₀^тр и R_эк.опт.^тр     

     Определяем требуемую толщину кирпичной кладки (δ₂) принимая  R₀ = R_эк.опт.^т, (как предельно допустимое условие). Согласно формулам  (3) , (4) и (4.1) получаем:

          R₀ = (1/α_в) + δ₁/λ₁ + δ₂/λ₂ + δ₃/λ₃ +(1/α_н) (м^2.оС)/Вт,   (6)

где δ₁ (0,02м), δ₂, δ₃ (0,03м) – толщины отдельных слоев ограждающей конструк-ции; λ₁, λ₂, λ₃- теплопроводность соответственных материалов.

      Выпишем из СНиПа характеристики материалов по группе А, т.к. влажностный режим помещений нормальный, а зона влажности (для Алма-Аты)- сухая, то штукатурный известково-песчаный (внутренняя штукатурка) - g₁ = 1600 кг/м³, λ₁ = 0,70 Вт/(м ^.0С), S₁ = 8,69 Вт/(м^2.0С); кирпич глиняный обыкновенный - g₀ = 1800 кг/м³, λ₂ = 0,70 Вт/(м ^.0С), S₂ = 9,20 Вт/(м^2.0С); штукатурный цементно-песчаный (наружная штукатурка) - g₃ = 1800 кг/м³, λ₃ = 0,76 Вт/(м ^.0С), S₃ = 9,60 Вт/(м^2.0С)

     Обозначив δ₂ = х, и подставив выписанные значения в соответствующую формулу, получим:

1/8,7 + 0,02/0,70 + х/0,70 + 0,03/76 + 1/23,2 = 2,48 (м^2.оС)/Вт

                  х/0,70 = 2,48 – 0,22 = 2,26 (м^2.оС)/Вт

                 х = 2,26*0,7= 1,58 м =>

       так как при расчете толщины кирпичной кладки для требуемого сопротивления теплопередачи получается очень большой и экономически не выгодный расход строительного материала, то целесообразно использовать теплоизоляционные материалы для уменьшения расхода кирпича. 

    Рассчитаем   требуемую величину утепляющего слоя δ_{у с} (для данного проекта пенопалистирол) при толщине кирпичной кладки 380 мм,  по формуле :

δ_{у с} = λ_{у с} [R_эк.опт.^тр - (R_в + ∑R_i + R_н)] м, (7)

где λ_{у с} – коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала (0,041 Вт/(м ^.0С) ) ; R_в и R_н – сопротивление теплопередачи внутренней и наружной поверхности ограждающей конструкции; ∑R_i – сумма термических (тепловых) сопротивлений всех слоев ограждающей конструкции, за исключением определяемого теплоизоляционного слоя.

δ_{у с} = 0,041[2,48 - (0,115 + 0,61 + 0,043)]= 0,070 м = 70 мм =>

              толщина наружной стены будет составлять 500 мм.

     Проверяем фактическую тепловую инерциальность ограждения D по формуле:

D = R₁S₁+ R₂S₂+ R₃S₃+ R₄S₄,  (8)

где, S₁,S₂,S₃,S₄– коэффициент теплоусвоения материалов отдельных слоев.

      D = (0,02/0,70)*8,69 + (0,38/0,70)*9,20 + (0,07/0,041)*0,41 + (0,03/0,76)*9,60 = 6,3< 7,1 –

ограждение  соответствует средней массивности.

     Рассчитаем  R₀^факт:

  R₀^факт = R_в+R₁+R₂+R₃+ R₄+R_н= 0,115 + 0,029 + 0,542 + 1,707 + 0,039 + 0,043 = 2,48 (м^2.0С)/Вт.

     Определим коэффициент теплопередачи ограждающей  конструкции К по формуле (5)

К = 1/2,48 = 0,40 Вт/(м^2.0С) 

2. Расчет  сопротивления теплопередаче  для чердачного перекрытия

ГСОП = 3091 ⁰С ^. сутки

  Определяем  R₀^тр для чердачного перекрытия по формуле (1):

R₀^тр = 20-(-21)/3*8,7 = 1,57 (м^2.оС)/Вт

    Методом интерполяции, пользуясь таблица 1б*(СНиП II-3-79*), определяем  R_эк.опт.^тр -экономически оптимальное сопротивление теплопередаче; 

R_эк.опт.^тр = (м^2.оС)/Вт

Определяем сопротивление теплопередаче ограждающий конструкции R₀ по большей из двух величин R₀^тр и R_эк.опт.^тр      

         Рассчитаем   требуемую величину  слоя теплоизоляционного материала δ_{у с} (для данного проекта керамзитовый гравий),  по формуле (7).

     Выпишем из СНиПа характеристики материалов по группе А, т.к. влажностный режим помещений нормальный, а зона влажности (для Алма-Аты)- сухая, то штукатурный известково-песчаный (внутренняя штукатурка) - g₁ = 1600 кг/м³, λ₁ = 0,70 Вт/(м ^.0С), S₁ = 8,69 Вт/(м^2.0С); Ж/Б плита - g₂= 2500 кг/м³, λ₂ = 1,92 Вт/(м ^.0С), S₂ = 17,98 Вт/(м^2.0С); плиты полужесткие минераловатные на крахмальном связующем g₃ = 200 кг/м³, λ₃ = 0,076 Вт/(м ^.0С), S₃ = 1,01 Вт/(м^2.0С); штукатурный цементно-песчаный (наружная штукатурка) - g₄ = 1800 кг/м³, λ₄ = 0,76 Вт/(м ^.0С), S₄ = 9,60 Вт/(м^2.0С); керамзитовый гравий  - g_{у с} = 400 кг/м³, λ_{у с} = 0,13 Вт/(м ^.0С), S_{у с} = 1,87 Вт/(м^2.0С)