КОМПЛЕКСНИЙ ТЕПЛОТЕХНІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ОГОРОДЖУЮЧИХ КОНСТРУКЦІЙ 1.1.Кліматологічні дані місця будівництва Для даного місця будівництва виписую такі кліматологічні дані (місце будівництва – м. Херсон): З [3, дод.8] Розрахункова географічна широта 48°пн.ш. Барометричний тиск 1010гПа Швидкість вітру для холодного періоду року 9параметри Б) 1м/с З дод.6 [9]: Абсолютно мінімальна температура –32°С Середня за місяцями температура зовнішнього повітря найбільш холодної п’ятиденки для коефіцієнта забезпеченості 0,92 -23°С Середня температура періоду з середньодобовою температурою повітря ?8°С (середня температура опалювального періоду) 0,6°С Тривалість періоду з середньодобовою температурою повітря ?8°С (тривалість опалювального періоду) 167 діб Максимальне значення амплітуди добових коливань температури зовнішнього повітря в липні 14,7°С* З додатка 6 [9] виписую: Середня за місяцями пружність водяної пари зовнішнього повітря 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
З дод.4 [2]: Повторюваність напрямків вітру (чисельник) у відсотках (%) і середні швидкості вітру, м/с, (знаменник) за напрямками у січні Пн ПнСх Сх ПдСх Пд ПдЗх Зх ПнЗх
16 23 17 12 7 7 8 10
5,4 6,2 5,9 4,1 3,6 4 4,4 4,8
у липні Пн ПнСх Сх ПдСх Пд ПдЗх Зх ПнЗх
22 14 9 5 7 18 10 15
4,1 4 3,6 3,2 2 3,3 3,5 4,1
Визначаю температурну зону, в якій знаходиться місто будівництва за кількістю градусо-діб (КГД) опалювального періоду: КГД=(tвн-tоп)×zоп= (20-0,6) ×167=3239,8 (Г.Д.) де: tвн=20°С – розрахункова температура внутрішнього повітря tоп=0,6°С – середня температура опалювального періоду zоп=167 діб – тривалість опалювального періоду. М. Херсон знаходиться в ІІІ температурній зоні. З дод 7[2] залежно від географічної широти м. Херсон: максимальне і середнє значення сумарної сонячної радіації, Вт/м2 (пряма плюс розсіяна) для вертикальних поверхонь західної орієнтації: максимальна сонячна радіація imax=657 Вт/ м2 середньодобова сонячна радіація iсер=159 Вт/ м2 Сонячна радіація, що падає на вертикальні поверхні (будинку) західної орієнтації протягом доби в липні місяці, Вт/м2: Години Доби до півдня Пряма радіація Розсіяна радіація Сумарна радіація
1—2 - - -
2—3 - - -
3—4 - - -
4—5 90 16 106
5—6 371 88 459
6—7 535 155 690
7—8 590 174 764
8-9 565 164 729
9—10 454 135 589
10-11 279 110 389
11-12 105 96 201
12-13 - 87 87
13-14 - 81 81
14-15 - 79 79
15-16 - 78 78
16-17 - 72 72
17-18 - 59 59
18-19 - 34 34
19-20 - 6 6
21-22 - - -
22-23 - - -
1.2.Теплотехнічний розрахунок зовнішніх огороджуючи конструкцій будинку Теплотехнічний розрахунок зовнішньої стіни Метою теплотехнічного розрахунку зовнішніх захищень для холодного періоду року є визначення товщини утеплювального шару зовнішнього захищення або товщини основаного несучого шару, який одночасно виконує функції утеплювача. Утеплювальний шар повинен мінімізувати втрати тепла приміщеннями і підтримувати радіаційну температуру внутрішніх поверхонь зовнішніх захищень на рівні, що забезпечить нормальне функціонування системи терморегуляції людини. На теплотехнічні показники зовнішніх захищень істотно впливає вологість і температура внутрішнього повітря. Оскільки за призначенням будинок житловий з дод.Г[1] приймаю: температура внутрішнього повітря tвн=20°С відносну вологість внутрішнього повітря ?вн=55% За картою «Зони вологості…» [1. дод.1] м. Херсон знаходиться в сухій зоні вологості, тоді за дод.К [1] визначаю умови експлуатації захисних конструкцій будинку, які відповідають категорії А. А)Теплотехнічний розрахунок зовнішньої стіни. Загальний термічний опір теплопередачі Rзаг, (м2°С)/ Вт зовнішньої стіни визначаю за формулою: , (1.2.1), Де ?в– коефіцієнт тепловіддачі внутрішньої поверхні зовнішнього захищення. Приймаю за дод Е[1] для внутрішньої поверхні огороджуючи конструкцій – стін, що ?в=8,7 Вт/(м2°С) ?зов– коефіцієнт тепловіддачі (для зимових умов) зовнішньої поверхні захищення. Приймаю за дод Е[1] для зовнішньої поверхні огороджуючи конструкцій – стін, що ?зов=23 Вт/(м2°С) ?Rk – термічний опір захищення, що визначається для даного багатошарового захищення за формулою: ?Rk=R1+R2+R3+R4, (1.2.2), де R1,R2,R3,R4 – термічні опори відповідно першого, другого, третього та четвертого шару захищення, який визначається за формулою: , (1.2.3), де ? – товщина відповідного шару, м ? – розрахунковий коефіцієнт теплопровідності матеріалу відповідного шару, Вт/(м2°С) Отже, (м2°С)/ Вт ? (м2°С)/ Вт (м2°С)/ Вт (м2°С)/ Вт ?Rk= + +0,1+0,021= +0,251 (м2°С)/ Вт Захищення задовольняє теплотехнічним вимогам тоді, коли виконується умова Rзагпотр ? Rзаг ? Rнорм Приймаю нормований термічний опір зовнішньої стіни для ІІІ температурної зони за [3,дод.2,с.56]: Rнормзовн.ст=2,2 (м2°С)/ Вт Приймаємо в якості утеплювача газосилікат Табл. 1.2. Конструкція зовнішньої стіни має вигляд: № Назва шару зовнішньої стіни ?о,кг/м3 ?,м ?а,Вт/(м°С) Ѕ,Вт/(м2°С) ?,м2/(мгодПа)
1 Пемзобетон 1000 0,04 0,30 4,69 0,13
2 Газосилікат 800 х 0,37 5,63 0,14
3 Керамзитобетон 1800 0,08 0,8 10,5 0,1
4 Тиньк зі складного розчину 1700 0,015 0,70 8,95 0,021
Згідно з умовою Rнормзовн.ст=Rзаг
2,2=0,115+0,13+0,1+0,021+0,043+ 2,2-0,409= 1,791= ?2=0,66м Приймаємо товщину утеплювача ?2=0,7м Визначаю загальний термічний опір зовнішньої стіни: Rзагзовн.ст=2,3 (м2°С)/ Вт Умова виконується Rзагзовн.ст?Rнормзовн.ст 2,3>2,2 Кзовн.ст=1/ Rзагзовн.ст=1/2,3=0,43 Вт/(м2°С). В зв’язку з великою товщиною стіни: ?ст=?1+?2+?3+?4=0,04+0,7+0,08+0,015=0,835м Беремо утеплювач – газосилікат з меншою густиною ?2=300кг/м3. Для нього виписуємо характеристику: ?2=0,11Вт/(м°С Ѕ=1,68Вт/(м2°С) ?=0,26м2/(мгодПа). Визначаємо товщину утеплювача:
2,2=0,115+0,13+0,1+0,021+0,043+ 2,2-0,409= 1,791= ?2=0,197м Приймаємо товщину утеплювача ?2=0,2м Визначаю загальний термічний опір зовнішньої стіни: Rзагзовн.ст=2,23 (м2°С)/ Вт Умова виконується Rзагзовн.ст?Rнормзовн.ст 2,23>2,2 Кзовн.ст=1/ Rзагзовн.ст=1/2,23=0,448 Вт/(м2°С). В зв’язку з великою товщиною стіни: ?ст=?1+?2+?3+?4=0,04+0,2+0,08+0,015=0,335м, б)Конструкції та теплотехнічний розрахунок горищного перекриття Визначаю термічний опір перекриття над підвалом з таблиці 1[1]: Rпотргор.пер=2,6 (м2°С)/ Вт № шару Назва шару підвального перекриття Густина ?о,кг/м3 Товщина ?,м Розрахунковий коефіцієнт теплопровідності ?,Вт/(м°С)
1 Залізобетонна панель 2500 0,220
2 Руберойд 600 0,008 0,17
3 Газосилікат 300 х 0,11
4 Цементно-піщана стяжка 1800 0,02 0,76
Для визначення загального термічного опору горищного перекриття необхідно знати приведений термічний опір залізобетонної панелі. Загальний термічний опір горищного перекриття Rзаггор.пер визначаємо за формулою:
Де ?в– те ж, що і в формулі (1.2.1), ?в=8,7 Вт/(м2°С) ?зов=23 Вт/(м2°С) ?Rk=R1+R2+R3+R4 (м2°С)/ Вт – термічний опір залізобетонної плити визначимо нижче (м2°С)/ Вт (м2°С)/ Вт (м2°С)/ Вт Отже, ?Rk= ++ + Визначення приведеного термічного опору залізобетонної панелі проводжу в наступній посдіовності. Круглі отвори замінюю на рівновеликі квадратні, тоді Fкруга=Fквадрата і знаходжу сторону квадрата: Fкруга=¶×r², м², де Fкруга – площа круга, м², Fквадрата=а², м², де Fквадрата– площа квадрата, м², Звідси: ¶×r²=а² а= r×(¶)½ а=(160×(3,14)½)/2?142 мм=0,142 м. Визначаю величину в на 1м ширини панелі припадає 5 отворів (пустот). Тоді в=(1-5×а)/6=(1-5×0,142)/6?0,05м. Визначаємо термічний опір плити в напрямку, паралельному руху теплового потоку для двох характерних перерізів, RII: Переріз А-А (два шари залізобетону, товщина яких m=(0,220-а)/2=(0,220-0,142)/2=0,039м і коефіцієнт теплопровідності ?=1,92 ,Вт/(м°С) (додаток 3[1]), і повітряний прошарок товщиною а=0,142м, термічний опір якого приймаю із додатка 4[1] як термічний опір замкнутого горизонтального повітряного прошарку при потоці повітря знизу вверх і додатній температурі повітря в прошарку Rп.п=0,15(м2°С)/ Вт ). RA-A=2×(m/?)+ Rп.п (1.2.7), де m,? – відповідно товщина (м) і коефіцієнт теплопровідності (Вт/(м°С)) залізобетонної панелі. Товщину m і а показано на малюнку. Rп.п – термічний опір замкнутого повітряного прошарку, (м2°С)/ Вт. Значення його наведено вище. Отже, RA-A=2×(0,039/1,92)+ 0,15=0,19, (м2°С)/ Вт Переріз Б-Б (однорідна ділянка панелі товщиною ?1=0,220м, показана на малюнку 1.2.2, 1.2.3) RБ-Б=?п/?б, (м2°С)/ Вт, (1,2.8.) де ?п=?1=0,220м – товщина панелі, ?б= ?1=1,92 Вт/(м°С) – коефіцієнт теплопровідності матеріалу, з якого виготовлена залізобетонна панель. Отже, RБ-Б=0,220/1,92=0,1146, (м2°С)/ Вт Термічний опір в напрямку, паралельному рухові теплового потоку визначається за формулою: , (1,2.9.), де F1 i F2 – площі окремих ділянок перерізів А-А і Б-Б, м². F1=1м×а=1×0,142=0,142м²; F2=1м×в=1×0,05=0,05м². Отже, (м2°С)/ Вт Термічний опір плити в напрямку, перпендикулярному руху теплового потоку, RІ визначаю для трьох характерних перерізів: для перерізів В-В і Д-Д (ділянки товщиною m=0,039м) за формулою (1.2.8.): RВ-В,Д-Д=0,039/1,92=0,0203, (м2°С)/ Вт для перерізу Г-Г: , (м2°С)/ Вт (1.2.10.), де F1 i F2– те саме, що і в формулі (1.2.9.) F1=0,142м²; F2=0,05м². Rп.п=0,15 (м2°С)/ Вт – те ж, що і в формулі (1.2.7) R2– термічний опір шару залізобетону, товщиною а,м. Визначаю за формулою (1.2.8.): R2=0,142/1,92=0,074, (м2°С)/ Вт , (м2°С)/ Вт Отже, RI= RВ-В+ RГ-Г+ RД-Д=0,0203+0,118+0,0203=0,1586,(м2°С)/ Вт Різниця значень RII і RI складає: (RII- RI)/ RI×100=(0,1622-0,1586)/0,1586×100=2,27%<25%, що допускається нормами. Звідси повний термічний опір багатопустотної залізобетонної панелі визначається за наступною формулою: R1=(RII+2×RI)/3, (м2°С)/ Вт R1=(0.1622+2×0.1586)/3=0.1598, (м2°С)/ Вт ?зов=12 Вт/(м2°С) – прийняла, як і для зовнішньої стіни з дод.Е[1], для горищного перекриття. Підставляю значення R1 у формулу загального термічного опору горищного перекриття. Також з … визначаю значення нормованого термічного опору теплопередачі для горищного перекриття, збудованого в ІІІ температурній зоні, воно рівне Rнорм.гор.=2,6 (м2°С)/ Вт. Прирівнявши Rзаг.гор.= Rнорм.гор., визначаю товщину утеплювача ?2: 2,6= ++ + +1/8,7+1/12, Звідси, х=0,25м?0,30м. Приймаю утеплювач вермикулітобетон товщиною ?2=0,30м. Вираховую приведений загальний термічний опір теплопередачі горищного перекриття: Rзаг.гор.= 1/8,7+++ + +1/12=3,16(м2°С)/ Вт, Rзаг.гор.> Rнорм.гор, 3,16>2,6 Прийнята конструкція горищного перекриття задовольняє теплотехнічні вимоги. Коефіцієнт теплопередачі дорівнює: Кгор.=1/ Rзаггор=1/3,16=0,316 Вт/(м2°С) Товщину горищного перекриття визначаю за формулою (1.2.5.): ?= ?1+?2+?3+?4=0,220+0,008+0,3+0,02=0,548м в)Теплотехнічний розрахунок перекриття над підвалом, конструкція якого зображена на малюнку 1.2.5. Визначаю загальний термічний опір теплопередачі Rзагпідв. Перекриття над підвалом за формулою (1.2.2.) аналогічно до пункту 12.а. ?в– те ж, що і в формулі (1.2.1), ?в=8,7 Вт/(м2°С) ?зов=12 Вт/(м2°С) – прийняла, як для перекрить над холодними підвалами з дод Е[1]. ?Rk=R1+R2+R3+R4+ R5 Термічні опори окремих шарів захищення визначаю за формулою (1.2.4.): Мал.1.2.5. Перекриття над підвалом Конструкція підвального перекриття № шару Назва шару підвального перекриття Густина ?о,кг/м3 Товщина ?,м Розрахунковий коефіцієнт теплопровідності ?,Вт/(м°С)
1 Паркет з дуба вздовж волокон 700 0,015 0,35
2 Цементно-піщана стяжка 1800 0,02 0,76
3 Два шари толі 600 0,0038 0,17
4 Газосилікат 300 х 0,11
5 Залізобетонна панель - 0,220
Дані прийняті з додатка 3 [1]. (м2°С)/ Вт – термічний опір залізобетонної плити визначимо нижче (м2°С)/ Вт (м2°С)/ Вт (м2°С)/ Вт R5=?– термічний опір залізобетонної плити визначимо нижче, аналогічно пункту 1.2.а. Замінюю круглі отвори рівновеликими за площею квадратами. (мал. 1.2.3, 1.2.4.) із стороною квадрата а=0,142м. Величина в=0,05м. (мал. 1.2.4.). Чисельні значення величин а і в визначено в п. 1.2.а.. Розраховую термічний опір плити в напрямку, паралельному руху теплового потоку для двох характерних перерізів, RII, геометричні розміри і конструкція яких залишається такими ж, що і в п.1.2.а.. –для перерізу А-А за формулою (1.2.7.) буде: RA-A=2×(0,0263/1,92)+ 0,1882=0,2156, (м2°С)/ Вт Rп.п=0,1882(м2°С)/ Вт –термічний опір замкнутого повітряного прошарку при потоці повітря зверху вниз і додатній температурі повітря в прошарку, приймаю із додатка 4[1]. –для перерізу Б-Б за формулою (1.2.8.): RБ-Б=0,220/1,92=0,1146, (м2°С)/ Вт (визначено в п.1.2.а.) При F1=0.142м2 і F2=0,05м2 (див. п.1.2.а.) за формулою (1.2.9.) RII дорівнює: (м2°С)/ Вт Обчислюю термічний опір плити в напрямку, перпендикулярному рухові теплового потоку RI, для трьох характерних перерізів, конструкція і геометричні розміри яких лишаються аналогічними п.1.2.а. для перерізів В-В і Д-Д: RВ-В,Д-Д=0,039/1,92=0,0203, (м2°С)/ Вт для перерізу Г-Г за формулою , (м2°С)/ Вт (1.2.10.), визначаю термічний опір, де F1 i F2– те саме, що і в формулі (1.2.9.) F1=0,142м²; F2=0,05м². Rп.п=0,1882 (м2°С)/ Вт R2– термічний опір gjdsnhz Визначаю за формулою (1.2.8.): R2=0,142/1,92=0,074, (м2°С)/ Вт , (м2°С)/ Вт Отже, RI= RВ-В+ RГ-Г+ RД-Д=0,0203+0,1342+0,0203=0,1748,(м2°С)/ Вт Різниця значень RII і RI складає: (RII- RI)/ RI×100=(0,1754-0,1748)/0,1748×100=0,3%<25%, що допускається нормами. Звідси повний термічний опір багатопустотної залізобетонної панелі визначається за наступною формулою: R5=(RII+2×RI)/3, (м2°С)/ Вт R1=(0.1754+2×0.1748)/3=0.1750, (м2°С)/ Вт Загальний термічний опір залізобетонної панелі Rзаг.підв. рівний: Rзаг.підв.=1/8,7+0,0429+0,0263+0,0224+х/0,11+0,177+1/12; З таблиці 1[1] визначаю нормативний опір теплопередачі для перекриття над підвалом ІІІ температурної зони. Rнорм.підв.=3(м2°С)/ Вт. Прирівнюючи Rзаг.підв.= Rнорм.підв., визначаємо товщину утеплювача ?4: 3=1/8,7+0,0429+0,0263+0,0224+х/0,11+0,177+1/12; Звідси, х=0,28м. Приймаю товщину утеплювача – мінераловатної плити рівною ?4=0,28м. Розраховую приведений загальний термічний опір теплопередачі підвального перекриття. Rзаг.підв.=1/8,7+0,0429+0,0263+0,0224+0,28/0,11+0,177+1/12=3,1(м2°С)/ Вт. 3,1>3, Rзаг.підв. > Rнорм.підв., отже прийнята конструкція підвального перекриття задовольняє теплотехнічні вимоги. Коефіцієнт теплопередачі дорівнює: Кгор.=1/ Rзагпідв.=1/3,1=0,32 Вт/(м2°С) Товщину горищного перекриття визначаю за формулою (1.2.5.): ?= ?1+?2+?3+?4+ ?5=0,015+0,02+0,0038+0,28+0,22=0,5388м г)Виконую теплотехнічний розрахунок вікна та балконних дверей. З табл1 [1] знаходжу, що нормативний опір теплопередачі вікон та балконних дверей для ІІІ температурної зони становить Rнорм.вікна=0,5(м2°С)/ Вт. З додатку М, таблиця М1[1] приймаю вікна 4М1-12-4К (Позначення скла – М1 – листове стандартне, К – енергозберігаюче з твердим покриттям, порядок скління від зовнішнього повітря) з однією камерою в склопакеті, з повітрям в камері і приведеним опором теплопередачі Rприв.вікна=0,57(м2°С)/ Вт. Rприв.вікна> Rнорм.вікна, умова виконується 0,57>0,5. Коефіцієнт теплопередачі дорівнює: Квікна=1/ Rзагвікна=1/0,57=1,75 Вт/(м2°С) Висновок до п.1.2. Визначені товщини утеплюю чого шару (газосилікату для зовнішньої стіни, вермикулітобетону для горища та мінеральної вати для підвалу) задовольняє теплотехнічні вимоги, які ставляться до захищень в цілому, адже Rзаг. > Rнорм.. він мінімізує втрати тепла приміщення і підтримує на належному рівні радіаційну температуру внутрішніх поверхонь, що дозволяє не виводити зі стану рівноваги систему терморегуляції людини. № Назва утеплювача Тип захищення Загальна товщино захищення ?,м Товщина утеплювача ?ут,м Загальний термічний опір захищення, Rзаг,(м2°С)/ Вт Коефіцієнт теплопередачі,К, Вт/(м2°С)
3 Газосилікат Перекриття над підвалом 0,5388 0,28 3,1 0,32
4М1-12-4К Вікна та балконні двері з однією камерою в склопакеті, з повітрям в камері. - - 0,57 1,75
1.3. Розрахунок температури в характерних перетинах стіни при температурі зовнішнього повітря найбільш холодної п’ятиденки та абсолютно мінімальній температурі. Побудова графіків зміни температур в стіні в координатах «товщина – температура» та «термічний опір-температура» Температуру поверхні будь-якого шару захищення або в будь-якому його перетині визначаю за такою формулою: (1.3.1.), де tв=20ºС – розрахункова температура внутрішнього повітря (див, формулу 1.2.1.); tз=-23 ºС – розрахункова зимова температура зовнішнього повітря (див, формулу 1.2.1.). ?Rxзаг– сума термічних опорів і шарів захищення від внутрішньої поверхні до перетину, температуру в якому необхідно визначити, (м2годПа)/ кг (див. п.1.2.) ?Rxзаг=?1/?1+?2/?2+?3/?3+?4/?4, (1.3.2.) де ?1, ?2,?3,?4 – товщина відповідних шарів, м. ?1,?2,?3,?4 – коефіцієнти теплопровідності відповідних шарів, Вт/(м°С). Для визначення температури внутрішньої поверхні захищення формула (1.3.1.) набуває вигляду: , де R?в=1/?в=1/8,7=0,1149, (м2°С)/ Вт Rзагзовн.ст=2,23 (м2°С)/ Вт (див. п.1.2.) Шар із газосилікату розбиваю на ряд додаткових шарів товщиною ?о=0,05м, кількість яких – 4, і знаходжу температуру на межах прошарків стіни. За формулою (1.3.1.) визначаю температури на межах шарів зовнішньої стіни, користуючись мал. 1.3.1.: , де R?в=1/?в=1/8,7=0,1149, (м2°С)/ Вт , , , - термічний опір шару товщиною ?о, див 1.3.1. , , , . Визначаю розподілення температур по товщі стіни при абсолютно мінімальній температурі зовнішнього повітря tз=-32°С (див,п,1.1.) за вище наведеними формулами для кожного шару відповідно: , , , , - термічний опір шару товщиною ?о, див 1.3.1. , , , . За знайденими значеннями температур будую графіки спаду температур у стіні в координатах: А)Температура – товщина («t-?»), окремо для t3=-23°С і t3=-32°С Б)Температура-термічний опір («t-R», окремо для t3=-23°С і t3=-32°С 1.4. Перевірка стіни і вікна на повітропроникність (інфільтрацію). Знаходження пониження температури внутрішньої поверхні стіни при інфільтрації повітря. Знаходження величини порового охолодження стіни при інфільтрації повітря. Повітропроникність – це властивість матеріалу або захищення в цілому пропускати повітря. Вона відбувається при наявності різниці тисків з обох боків захищення, тобто при різних температурах повітря (зовнішнього і внутрішнього), наявності вітрового напору і внаслідок роботи системи вентиляції. Якщо повітря надходить у приміщення ззовні. То цей процес називається інфільтрацією, зворотній процес – ексфільтрація. А)Перевіряю зовнішню стіну на інфільтрацію. Опір повітропроникності окремих шарів приймаю з таблиці Т2 [1]. 1.Пемзобетон. Оскільки дані для даного матеріалу відсутні, приймаю опір повітропроникності як для бетону суцільного без швів. R1=7848, (м2годПа)/ кг 2.Газосилікат. Оскільки в таблиці дані відсутні, приймаємо опір повітропроникності як для газобетону суцільного без швів. R2=90, (м2годПа)/ кг 3. Керамзитобетон. Приймаємо опір повітропроникності як для газобетону суцільного без швів. R3=12,(м2°С)/ Вт. 4. Тиньк зі складного розчину. R4=373, (м2годПа)/ кг Сумарний опір повітропроникності: ?Rxзаг=7848+90+12+373=8323 (м2годПа)/ кг. Табл..1.4.1. Опір повітропроникності матеріалів шарів зовнішньої стіни № шару Назва шару зовнішньої стіни Назва шару для якого приймаю відповідні показники Товщина шару ?,м Опір повітропроникності Rx, (м2годПа)/ кг
4 Тиньк із складного розчину Штукатурка вапняна по кам’яному або цегляному муруванню 0,015 373
Захищення можна застосовувати в будинку, коли загальний опір повітропроникності даного захищення Rxзаг буде більшим або дорівнюватиме значенню потрібного опору повітропроникності Rxпотр, тобто виконується умова: Rxзаг? Rxпотр Rxпотр– потрібний опір повітропроникності, (м2годПа)/ кг Rxпотр=?Р/Gн, (1.4.1) де Gн – нормативна повітропроникність захищень, кг/(м2год), приймаю за таблицею7 [1] для зовнішніх непрозорих конструкцій житлових і громадських будинків Gн=0,5 кг/(м2год). ?Р–різниця тисків повітря на зовнішній і внутрішній поверхнях захищень, Па. Різницю тисків повітря на поверхнях захищень знаходимо за формулою: ?Р=0,55×Н× (?з-?в)+0,03×?з×??×V2, (1.4.2.) Де Н – висота будинку (від поверхні землі до верху карнизу), м Н=17,25м ?з;?в – питома вага відповідно зовнішнього і внутрішнього повітря, н/м3, визначаємо за формулою: ?=3463/(273+t), (1.3.5.) де t – температура повітря: внутрішнього (для визначення ?в); зовнішнього (для визначення ?з), приймається середня температура найхолоднішої п’ятиденки забезпеченістю 0,92: ?в=3463/(273+20)=11,8 н/м3 ?з=3463/(273+(-23))=13,852 н/м3 V– максимальна з середніх швидкостей вітру по румбам за січень, повторюваність яких становить 16% і більше, м/с. приймаємо V=6,2м/с. ?? – коефіцієнт, що враховує зміну швидкості повітря за висотою будівлі, який приймаю згідно з таблицею Т.1. ??=1,25 (коефіцієнт приймаємо для місцевості з характеристикою А – відкрите узбережжя моря, озера, водосховища, поля; для будівлі висотою 20м). Отже, ?Р=0,55×17,25×(13,852-11,8)+0,03×13,852×1,25×6,22=39,44Па. Тоді потрібний опір повітропроникності: Rxпотр=39.44/0.5=78.87 (м2годПа)/ кг 8323>78.87, Rxзаг> Rxпотр Отже, умова виконується, дане захищення можна використовувати в будинку заданого типу. Визначаємо кількість повітря, що надходить у приміщення будинків і споруд через будівельні захищення шляхом інфільтрації (за винятком вікон, балконних дверей і ліхтарів), кг/(м2год), визначається за формулою: G=?Р/Rxзаг, (1.4.1.) ?Р=39,44Па Rxзаг=8323 (м2годПа)/ кг Обчислюємо кількість повітря: G=39,44/8323=0,005, кг/(м2год) Дійсна кількість повітря, що інфільтрується через зовнішню стіну не перевищує нормативне значення, Gн – нормативна повітропроникність захищень Gн> G , 0,5 >0,005. Стіна задовольняє умову повітропроникності. Інфільтрація холодного повітря в приміщенні через будівельні захищення знижує температуру їх внутрішніх поверхонь. Температуру внутрішньої поверхні зовнішнього захищення, при наявності інфільтрації повітря, знаходимо за формулою (1.4.2.): , Де е – основа натуральних логарифмів, е=2,718; Сп – питома теплоємність повітря, Сп=1005 Дж/(кг?С); G – витрата повітря через захищення, внаслідок його повітропроникності. Визначена вище за формулою (1.4.1.), G=0,005, кг/(м2год); R – термічний опір захищення без врахування опору на внутрішній поверхні. Визначаємо: R=Rзагст-1/?в=2,23-1/8,7=2,115 ,(м2°С)/ Вт, Де Rзагст- загальний термічний опір зовнішньої стіни (див. п.1.2.1), (м2°С)/ Вт
?інф=?в, 17,78=17,78°С. Пониження температури на внутрішній поверхні захищення ??в=?в- ?інф (1.4.3.) ??в=17,78-17,78=0°С Тоді розрахункова величина теплового потоку на внутрішній поверхні зовнішньої стіни при інфільтрації дорівнює: , Вт/м2, (1.4.4.) Звідси,
Величина теплового потоку при відсутності інфільтрації визначаємо за формулою: , Вт/м2 (1.4.5.) Отже, . Знаючи і , визначаю за наступною формулою (1.4.6.) вплив потоку повітря, яке інфільтрується через захищення на трансмісійне перенесення тепла через нього, характеризується коефіцієнтом парового охолодження. Він дорівнює відношенню потоку тепла, яке входить у захищення, при наявності фільтрації, до теплового потоку при її відсутності: ?=/=19,284/19,28=1.0002 Б) Перевіряю вікна і балконні двері на інфільтрацію. Кількість повітря, що надходить у приміщення будинку через вікна і балконні двері дорівнює: , Де ?Р=39.44Па – див розрахунок формули (1.3.4.) З додатка приймаю опір повітропроникності для вікон і балконних дверей із подвійним заскленням в роздільних переплетеннях з 2 ущільненими притворами та ущільненням із поліуретану:
Отже,
Потрібний опір повітропроникності вікон і балконних дверей визначаю за формулою: , Де – те ж, що і формулі (1.3.3.), Gн=0,5 кг/(м2год), =10Па – різниця тисків повітря, при якій визначається опір повітропроникності вікон, балконних дверей. Отже,
Перевіряю умову:
0,38>0,25 Умова виконується, отже дані вікна і балконні двері придатні до експлуатації у житловому будинку. Висновок до п.1.4. Провівши перевірку зовнішніх захищень (зовнішньої стіни, вікон і балконних дверей) приміщення заданого будинку на інфільтрацію, я виявила, що прийняті мною конструкції захищень задовольняють умову повітропроникності (Rxзаг> Rxпотр), тобто їх можна застосовувати в житловому будинку в м. Херсон. Пониження температури на внутрішній поверхні зовнішньої стіни за рахунок інфільтрації ??в=?в- ?інф=17,78-17,78=0°С. Також в результаті перевірки на інфільтрацію виявила, що найбільша кількість холодного повітря внаслідок інфільтрації надходить в приміщення через вікна і балконні двері, що потребує більших енергозатрат на його нагрівання, тому їх площу не рекомендується робити великою. 1.5. Перевірка вологісного стану зовнішніх захищень 1.5.1. Перевірка умови конденсації водяної пари на внутрішній поверхні стіни при сталій температурі внутрішнього повітря Визначивши в п.1.3. температуру внутрішньої поверхні стіни ?в=17,78°С, і задавшись відносною вологістю ?вн=55% (див п.1.2.), обчислюю дійсну пружність водяної пари еВ за формулою:
де – максимальна пружність водяної пари в приміщенні при барометричному тиску В=100415 Па, який визначається за додатком 3 [10]. Для tвн=20°С величина =2333Па. Отже,
Прирівнюючи ==1283,15Па за додатком 3[10] знаходжу температуру, яка відповідатиме і я температура є температурою точки роси ?р. Використовую метод інтерполяції: У=Умін+(Х-Хмін)× Де У – величина, яку визначають; Х – величина, за якою визначають; Умакс, Хмакс, Умін, Хмін – максимальні і мінімальні значення цих величин, які знаходяться найближче до дійсних величин (У і Х) відповідно. Отже, ?р=10,7+(1283,15-1283)×10,702°С. е температура, при якій повітря досягає повного насичення водяною парою. Перевіряю умову: ?в? ?р, ?в=17,78°С > ?р=10,702°С. умова виконується, отже на внутрішній поверхні зовнішньої стіни випадати (утворюватися) конденсат не буде при постійній температурі внутрішнього повітря tв=20°С. Висновок до п.1.5.1. Конденсація на внутрішній поверхні зовнішньої стіни може відбуватися тільки тоді, коли ?в? ?р. е можливо за умови, коли температура внутрішнього повітря приміщення не стала, а змінна, причому більш імовірно (у реальних умовах) конденсат буде випадати при її зменшенні (наприклад, недостатнє надходження тепла в приміщення від опалювальних приладів чи його відсутність тощо), адже максимальна пружність водяної пари в приміщенні Ев із зниженням температури tв, також зменшиться, а значення відносної пружності еВ залишається на певному рівні, і показник відносної вологості в приміщенні будинку ?вн у такому випадку прямує до 100%. При сталій температурі внутрішнього повітря tв=20°С, на внутрішній поверхні зовнішньої стіни, температура якої ?в=17,78°С, конденсація водяної пари не буде відбуватися, бо температура точки роси ?р=10,702°С і є меншою за ?в. 1.5.2. Перевірити умови конденсації водяної пари на внутрішній поверхні стіни при змінній температурі внутрішнього повітря. Температура зовнішнього повітря не є сталою, а постійно змінюється з часом. Змінюється також тепло надходження в приміщенні, температура внутрішнього повітря і тепловтрати приміщення. Система опалення не встигає реагувати на і зміни. Відбуваються транспортні запізнення подачі теплоносія із зміненою температурою в систему опалення. Відповідно змінюватиметься тепловий потік через захищення від qmin>qcep>qmax. Який в свою чергу, викличе зміну температури на його внутрішній поверхні ?вmin>?вcep>?вmax. Розрахунок виконую для температури найхолоднішої п’ятиденки з коефіцієнтом забезпеченості 0,92. tз= -23°С (див. п.1.1) Значення коефіцієнта теплозасвоєння внутрішньої поверхні зовнішньої стіни Увст. обчислюємо за формулою: , Де R4=0,021 (м2°С)/ Вт – термічний опір тиньку зі складного розчину (див. мал. 1.2.1 і табл. 1.2.) S3, S4 – коефіцієнти теплозасвоєння керамзитобетону і тиньку зі складного розчину (табл. 1.2). S3=10.5 Вт/(м2°С) S4=8.95 Вт/(м2°С) Отже, =9,98 Вт/(м2°С) Визначаю мінімальне значення температури внутрішньої поверхні захищення (стіни), яка виражається співвідношенням:
Де – амплітуда коливань температури на внутрішній поверхні захищення (стіни), яка виражається співвідношенням: , де =9,98 Вт/(м2°С), – амплітуда коливання теплового потоку. Визначаю за формулою: , де – середній тепловий потік, згідно з формули в п.1.4: ., ?– коефіцієнт, що характеризує нерівномірність віддачі теплоти системою опалення. Приймаю для водяної системи опалення значення ?=0,1. Звідси, , Тоді,
?всер=17,78°С – температура внутрішньої поверхні стіни при відсутності інфільтрації і температурі зовнішнього повітря tз=-23°С, (див.п.1.4.). отже, ?вmin=17,78-0,19=17,59°С З п.1.5.1. виписую температуру точки роси: ?р=10,702°С на внутрішній поверхні зовнішньої стіни конденсат не буде випадати, якщо ?вmin>?р: ?вmin=17,59°С>?р=10,702°С. умова виконується, дане захищення (зовнішня стіна) може експлуатуватися. Максимальне значення температури внутрішньої поверхні стіни ?вmах дорівнює: ?вmах= ?всер+ ?вmах=17,78+0,19=17.97°С. Висновок до п.1.5.2. Конструкцію зовнішньої стіни з точки зору конденсації можна застосовувати для будівництва житлового будинку в м. Херсон, оскільки в результаті проведеної перевірки умов конденсації водяної пари на внутрішній поверхні зовнішньої стіни, при зміні (коливаннях) температури tз і відповідно коливаннях температури внутрішнього повітря, температура змінюється від ?вmin=17,59°С до ?вmах=17,97°С, що вище від температури точки роси – утворення конденсату – ?р=10,702°С. 1.5.3. Розрахунок вологісного стану зовнішніх захищень графоаналітичним методом при стаціонарних умовах дифузії водяної пари. Розрахунок вологісного стану виконую для зовнішньої стіни. Мал.1.5.3.1. Схема розрахунку вологісного стану зовнішньої стіни. Теплотехнічні характеристики матеріалів подано у табл.1.2. Визначаю загальний опір захищення потоку водяної пари Rпзаг (опір паропроникненню): Rпзаг= Rп.в+ Rп.1+ Rп.2+ Rп.3+ Rп.4+ Rп.з, (1.5.3.1.), де Rп.в – опір паро проникненню внутрішньої поверхні зовнішньої стіни. Визначається за формулою: Rпв=1-(?в/100), (1.5.3.2.), де ?вн=55% (див п.1.2.) – відносна вологість внутрішнього повітря приміщення Rпв=1-(55/100)=0,45 (м2годПа)/мг; Rп.1; Rп.2; Rп.3; Rп.4 – опори паро проникненню окремих шарів захищення, що визначається за формулою: Rп=?/?, (1.5.3.3) де ? – товщина відповідного шару,м (див табл. 1.2.); ? – розрахунковий коефіцієнт паро проникнення матеріалу відповідного шару, який вказаний у табл. 1.2. Rп.1=?1/?1=0,04/0,13=0,3 (м2годПа)/мг; Rп.2=?2/?2=0,2/0,14=1.43 (м2годПа)/мг; Rп.3=?3/?3=0,08/0,1=0,8 (м2годПа)/мг; Rп.4=?4/?4=0,015/0,021=0,71 (м2годПа)/мг; Rп.з – опір паропроникненню зовнішньої поверхні стіни. Приймаю опір паро проникненню зовнішньої поверхні зовнішньої стіни, як при наявності вітру 0,2: Rп.з=0,2 (м2годПа)/мг; Отже, Rпзаг= 0,3+ 1.43+ 0.8+ 0,27+ 0,71+ 0,2=3,71 (м2годПа)/мг. Водяна пара, проходячи через зовнішню стіну, зустрічає на своєму шляху холодні шари. В окремих випадках, коли зміна температури в захищенні буде інтенсивнішою, ніж зміна пружності водяної пари, можуть створитися умови, які викличуть конденсацію водяної пари в товщі захищення. Для розрахунків вологісного режиму зовнішніх захищень необхідно знати розрахункові температури і вологості зовнішнього й внутрішнього повітря. Для розрахунку вологісного режиму зовнішньої стіни визначаю: розрахункову температуру внутрішнього повітря tв; для зимового, весняного й осіннього періодів приймаю за нормами проектування житлових будинків, що: tв=tвв-0=20°С (див.п.1.2); для літнього періоду – приймаю як середню розрахункову температуру зовнішнього повітря літнього періоду tсер^ +5°С,однак не більше ніж 25 °С [9]: tв^= tсер^+5°С, (1.5.3.4.) де tсер^ – обчислюю за такою формулою: tсер^= (1.5.3.5.) – кількість літніх місяців. (див. нижче і п.1.1.); – сума середньомісячних температур літнього періоду (див. середню за місяцями температуру зовнішнього повітря п.1.1.). Літній період включає місяці з середніми температурами повітря вищими, ніж 5°С.
Тоді tсер^= отже, tв^= 16,81+5°С=21,81°С; розрахункову температуру зовнішнього повітря tз (приймаю вищою, ніж при проведенні теплотехнічних розрахунків, внаслідок повільності процесів дифузії водяної пари): для весняного й осіннього періодів належать місяці з середніми температурами повітря від -5°С до +5°С. Звідси:
Отже,
tсерв-о= С; для літнього періоду tсер^= для зимового періоду tсерз відсутня, оскільки немає місяців, середні температури яких були б нижчими, ніж -5 (див. середню за місяцями температуру зовнішнього повітря п.1.1.). Отже, зимовий період для м. Херсон відсутній. Середню розрахункову відносну вологість внутрішнього і зовнішнього повітря ?в і ?з: Для весняного і осіннього періодів ?вв-о=55% (див.п.1.2.), а ?зв-о визначаю за формулою:
де – середня пружність водяної пари періоду. Визначається як середнє арифметичне середніх пружностей водяної пари за місяцями весняного і осіннього періоду (визначення місяців періоду див. вище):
де – сума середньомісячних пружностей водяної пари весняного і осіннього періоду (див.п.1.1.):
– максимальна пружність водяної пари знайдена за дод. 3[10] при середній температурі повітря tсерв-о=С. Інтерполюючи за формулою (1,5.1.2.), отримую,що:
Для літнього періоду ?в^ приймаю величину, що дорівнює ?з^. Розрахунок проводжу аналогічно формулі (1.5.3.6.):
tсер^= дорівнює:
Побудова лінії спаду максимальної пружності водяної пари в зовнішній стіні. Розрахунок температур на межах шарів ведеться за формулою (1.3.1.) при tз=tсерперіоду, а – аналогічно, як для в формулі (1.5.3.6.). Значення величин, які застосовуються в формулі (1.3.1.)залишаю тими самими, крім tз (див. вище). Користуючись мал. 1.5.3.1. визначаю відповідні величини: ?вв-о=tв-(R?в/Rзаг)×(tвв-о-tзв-о)=20-(0,1149/2,23) ×(20-(-0,06))=18,97°С, де R?в=1/?в=1/8,7=0,1149, (м2°С)/ Вт t1в-о=tвв-о-((R?в+R4)/Rзагcт)×(tвв-о-tзв-о)=20-((0,1149+0,021)/2,23) ×(20-(-0,06))=18,78°С, t2в-о=tвв-о-((R?в+R4+R3)/Rзагcт)×(tвв-о-tзв-о)=20-((0,1149+0,021+0,1)/2,23) ×(20-(-0,06))=17,88°С, t2в-о’=tвв-о-((R?в+R4+R3+ R0)/Rзагcт)×(tвв-о-tзв-о)=20-((0,1149+0,021+0,1+0.45)/2,23) ×(20-(-0,06))=13,83°С t2в-о’’=tвв-о-((R?в+R4+R3+ 2R0)/Rзагcт)×(tвв-о-tзв-о)=20-((0,1149+0,021+0,1+2×0.45)/2,23) ×(20-(-0,06))=9.78°С t2в-о’’’=tвв-о-((R?в+R4+R3+ 3R0)/Rзагcт)×(tвв-о-tзв-о)=20-((0,1149+0,021+0,1+3×0.45)/2,23) ×(20-(-0,06))=5.73°С t3в-о=tвв-о-((R?в+R4+ R3+R2)/Rзагcт)×(tвв-о-tзв-о)=20-((0,1149+0,021+0,1+1,82)/2,23) ×(20-(-0,06))=2,4°С, ?3в-о=tвв-о-((R?в+R4+ R3 + R2+ R1)/Rзагcт)×(tвв-о-tзв-о)=20-((0,1149+0,021+0,1+1,82+0,13)/2,23) ×(20-(-0,06))=0,34 °С. За таблицями з дод.3[9] визначаю за допомогою інтерполяції (формула (1.5.1.2.)). Максимальні пружності водяної пари в залежності від знайдених вище температур: ;
На мал. 1.5.3.2., за знайденими температурами і максимальними пружностями водяної пари викреслюю лінію спаду температур «tв-о» (мал. 1.5.3.2.а) і лінію спаду максимальної пружності водяної пари «Еtв-о» (мал. 1.5.3.2.б.) в товщі зовнішньої стіни для весняного й осіннього періоду. Для літнього періоду: ?в^=tв^-(R?в/Rзаг)×(tв^-tсер^)=21,81-(0,1149/2,23) ×(21,81-16,81)=21,55°С, де R?в=1/?в=1/8,7=0,1149, (м2°С)/ Вт t1^=tв^-((R?в+R4)/Rзагcт)×(tв^-tсер^)=21,81-((0,1149+0,021)/2,23) ×(21,81-16,81)=21,5°С, t2^=tв^-((R?в+R4+R3)/Rзагcт)×(tв^-tз^)=21,81-((0,1149+0,021+0,1)/2,23) ×(21,81-16,81)=21,28°С, t2^’=tв^-((R?в+R4+R3+R0)/Rзагcт)×(tв^-tз^)=21,81-((0,1149+0,021+0,1+0.45)/2,23) ×(21,81-16,81)=20.27°С, t2^’’=tв^-((R?в+R4+R3+2R0)/Rзагcт)×(tв^-tз^)=21,81-((0,1149+0,021+0,1+2×0.45)/2,23) ×(21,81-16,81)=19.26°С, t2^’’’=tв^-((R?в+R4+R3+3R0)/Rзагcт)×(tв^-tз^)=21,81-((0,1149+0,021+0,1+3×0.45)/2,23) ×(21,81-16,81)=18.25°С t3^=tв^-((R?в+R4+ R3+R2)/Rзагcт)×(tв^-tсер^)=21,81-((0,1149+0,021+0,1+1,82)/2,23) ×(21,81-16,81)=17,2°С, ?3^=tв^-((R?в+R4+ R3 + R2+ R1)/Rзагcт)×(tв^-tсер^)=21,81-((0,1149+0,021+0,1+1,82+0,13)/2,23) ×(21,81-16,81)=16,9 °С. Аналогічно до знаходження максимальної пружності водяної пари для весняногоі осіннього періоду обчислюю максимальну пружність водяної пари для літнього періоду
На мал. 1.5.3.3. за знайденими температурами і максимальними пружностями водяної пари викреслюю лінію спаду температур «t^» (мал. 1.5.3.3.а) і лінію спаду максимальної пружності водяної пари «Еt^» (мал. 1.6.3.3.б) в товщі зовнішньої стіни для літнього періоду. Побудова лінії спаду дійсної пружності водяної пари в зовнішній стіні. Для цього вираховую дійсні пружності водяної пари на внутрішній поверхні зовнішньої стіни, на межах шарів і на зовнішній поверхні за формулами:
де =0,45(м2годПа)/мг – див. формулу (1.5.3.2.); – сума опорів паро проникненню шарів до перетину х, пружність водяної пари в якому необхідно вираховувати. Обчислюю цю величину, використовуючи форулу (1.5.3.3.); Rпзаг= 0,3+ 1.43+ 0.8+ 0,27+ 0,71+ 0,2=3,71 (м2годПа)/мг. ев – дійсна пружність водяної пари зовнішнього повітря в приміщенні для відповідного періоду року; ез – пружність водяної пари зовнішнього повітря для відповідного періоду року. За мал. 1.5.3.1. розраховую дійсні пружності водяної пари: Для весняного й осіннього періоду: ев= евв-о=2059×55/100=1132,45Па – при tвв-о=20°С і ?вв-о=55% (див. формулу (1.5.1.1.) ез=ев-о=576Па (див. формулу (1.5.3.7.). За формулами (1.5.3.8. і 1.5.3.9.) отримаю:
де
Для літнього періоду: , де =2606,6Па – (див. розрахунок максимальних пружностей водяної пари для літнього періоду) максимальна пружність водяної пари внутрішнього повітря приміщення; – відносна вологість внутрішнього повітря приміщення для літнього періоду року: (див. п.1.5.3) Отже,
ез=е^=1237Па – дійсна пружність водяної пари зовнішнього повітря для літнього періоду року (визначена вище, аналогічно формулі (1.5.3.7.)). За формулами (1.5.3.8.) і (1.5.3.9.) отримуємо:
За знайденими дійсними кружностями водяної пари будую: На мал. 1.5.3.2. лінію спаду дійсної пружності водяної пари для весняного й осіннього періоду «еtв-о» (мал. 1.5.3.2.в); На мал. 1.5.3.3. лінію спаду дійсної пружності водяної пари для літнього періоду «еt^» (мал. 1.5.3.3.в.). Маючи в будь-якому перетині захищення значення максимальної і дійсної пружності водяної пари, визначаю відносну пружність водяної пари в порах матеріалу захищення для відповідного періоду року за формулою:
Для весняного й осіннього періоду:
Для літнього періоду:
За знайденими значеннями відносної вологості в координатах «відносна вологість – товщина стіни» будую: На мал. 1.5.3.2. графік зміни відносної вологості для весняного й осіннього періоду «» (мал. 1.5.3.2.г); На мал. 1.5.3.3. графік зміни відносної вологості для літнього періоду «» (мал. 1.5.3.3.г). Знаходження зони конденсації водяної пари і її кількості. Аналізуючи графіки на мал. 1.5.3.2. видно, що в товщі зовнішньої стіни графік дійсної пружності водяної пари п 1.5.4. Перевірити опір паропроникнення стіни виходячи з вимог недопущення нагромадження вологи в стіні за річний період експлуатації та з умови необхідності запобігання нагромадження вологи в ній за період з від’ємними середньомісячними температурами повітря. Розрахунок вологісного стану зовнішньої стіни проводжу за гранично допустимим станом, яким вважається виникнення конденсації вологи в найбільш ймовірному (небезпечному) перетині захищення. В найбільш небезпечному перетині захищення – площі конденсації – може наступати конденсація вологи раніше, ніж в інших перетинах. Площина уявної (можливої) конденсації в багатошаровому захищенні – зовнішній стіні –збігається із зовнішньою поверхнею утеплювача, яким в даному випадку виступає газосилікат, розміщений із зовнішньої сторони. Мал.1.5.4.1. Розміщення площини можливої конденсації в зовнішній стіні житлового будинку, який опалюється. 1,2,3,4. Те ж, що і на мал.1.2.1. А)Визначаю потрібний опір паро проникненню з умови неприпустимості нагромадження вологи в захищенні за річний період його експлуатації: , ев – пружність водяної пари внутрішнього повітря при розрахунковій температурі і вологості повітря. Для весняного і осіннього періоду (при tв=20ºС і ?в=55%): ев=1283,15 Па (див. формулу (1.5.1.1.) – приймаю як розрахункову для річного періоду експлуатації захищення; Е – пружність водяної пари в площині можливої конденсації за річний період експлуатації, визначаю за формулою:
Де Е1,Е2,Е3 – відповідно, пружності водяної пари,Па, в площині можливої конденсації в зимовий, весняно-осінній і літній періоди, визначеними за дод.3[10] по температурах у площині можливої конденсації, вирахуваними за формулою (1.3.1.) при середніх температурах зимового, весняно-осіннього і літнього періодів. Е2=Еt1в-о=604,5Па; Е3=Еt1л=1908Па; Е1=0Па (зимовий період відсутній). Z1,Z2,Z3 – тривалість відповідно зимового, весняно-осіннього і літнього періодів, в місяцях, визначаю згідно із врахуванням умов, зазначених в пункті 1.5.3. Отже, Z2= Zв-о=5 місяців, Z3= Zл=7 місяців; Z1= Zз=0. Е=1/12(0+604,5×5+1908×7)=1364,88Па. Rп.з=Rп.1=0,3 (м2годПа)/мг – опір паро проникненню частини зовнішньої стіни, яка розміщена між зовнішньою поверхнею стіни і площиною можливої конденсації (п.1.5.3.) ез – середня пружність водяної пари зовнішнього повітря, па, за річний період, визначена за додатком 6[10]: ез=, де еі – середня пружність водяної пари зовнішнього повітря, Па. ез= Отже,
Б)Визначаю потрібний опір паро проникненню з умови обмеження нагромадження вологи в захищенні під час її конденсації за період часу з від’ємними середньомісячними температурами зовнішнього повітря:
де – тривалість періоду волого нагромадження, в добах, приймається рівною періоду з від’ємними середньомісячними температурами зовнішнього повітря за табл..27[2]. Визначаю це значення з п.1.1. або дод,6[10]:
– пружність водяної пари в площині можливої конденсації, визначаю за середньою температурою зовнішнього повітря місяців з від’ємними середньомісячними температурами за дод,6[10]:
За формулою (1.3.1.) аналогічно визначаю: ; Звідси за допомогою інтерполяції (формула (1.5.1.2)) дорівнює:
?в=300 кг/м3 – об’ємна вага газосилікату – , =1,2% – граничний припустимий приріст розрахункової вологості газосилікату, що зволожується за період волого нагромадження =90діб, прийнятий мною з табл.8[1]; ? – визначаю за формулою:
де ез.в.– середня пружність водяної пари зовнішнього повітря, Па, періоду з від’ємними середньомісячними температурами Zв, не більше, ніж 0,9 максимальної пружності водяної пари Езовн, що відповідає температурі цих місяців.(див.п.1.1.): ез.в=1/3(еІ +еІІ+еХІІ)=1/3(4,8+4,9+5,6)=5,10гПа=510Па. Середня температура зовнішнього повітря цього періоду: tx=-2.2ºC тоді максимальна пружність водяної пари зовнішнього повітря цього періоду, знайдена з дод.3[10]: Езовн=508Па. Як видно ез.в=510Па> Езовн=508Па, Тому дію наступним чином: Визначаю температуру в площині конденсації при tз= tx=-2.2ºC – ця температура дорівнює , визначена вище; максимальну пружність водяної пари в площині можливої конденсації, температура якої , виписую з попередньої сторінки, де Ев=586,5Па> ез.в=510Па, отже приймаю ез.в=510Па для розрахунків. Отже, =55,08 ев=1283,15 Па – те, що і у формулі (1.5.4.1.) Отже,
Визначаю опір паро проникненню частини зовнішньої стіни, яка розміщена між внутрішньою поверхнею і площиною можливої конденсації: Rп.в=R4+ R3+ R2=1.43+0.8+0.71=2.94 Висновок до п.1.5.4. Перевіряючи умову Rп1потр=-0,06<Rп.в=2.94, можна сказати, що волога, яка нагромадилась в захищенні за холодний період року, встигне випаруватися з нього до кінця (або раніше) теплого періоду, тобто річний баланс вологи в захищенні буде від’ємним або дорівнюватиме нулю, нагромадження вологи в захищенні за річний період не буде. Перевіряючи умову < Rп.в=2.94, можу сказати, що протягом всього періоду волого нагромадження весняно-осіннього періоду приріст середньої вологості матеріалу утеплювача не перевищує значення максимального приросту =1,2% (табл.8[1]). Отже, оскільки виконуються вищенаведені умови, то додаткової пароізоляції не потрібно. Дане захищення можна експлуатувати. 1.6.Перевірка показника тепло засвоєння підлоги А)Перевірка показника теплозасвоєння міжповерхового перекриття Табл. 1.2. Конструкція міжповерхового перекриття № Назва шару зовнішньої стіни ?о,кг/м3 ?,м ?а,Вт/(м°С) Ѕ,Вт/(м2°С) ?,м2/(мгодПа) D=R×S
1 Паркет з дуба вздовж волокон 700 0,015 0.35 6.9 0.3 0.3
Показник теплозасвоєння підлоги Yn, Вт/(м2°С), визначаю згідно з додатком С[1]. Значення термічних опорів (Rі, Вт/(м2°С), товщину (?,м) та густину (?о,кг/м3) для кожного шару конструкції покриття підлоги виписую з п.1.2. Значення розрахункових коефіцієнтів тепло засвоєння матеріалу шарів (Ѕ,Вт/(м2°С)), кооефіієнтів теплопровідності (?а,Вт/(м°С)) та ?(м2/(мгодПа)) – розрахунковий коефіцієнт паро проникнення матеріалу відповідного шару виписую з табл. Л1 додатка Л[1]. Оскільки D1+D2=0,3+0,23>0,5, тоді показник теплозасвоєння підлоги Yn, Вт/(м2°С), визначаю за формулою: Для 2-го шару
Для 1-го шару
Для поверхні підлог житлових, громадських будинків та приміщень промислових будинків із постійними робочими місцями обов’язкове виконання умови: Yn? Ymax.n, де Yn – показник тепло засвоєння поверхні підлоги,Вт/(м2°С), Ymax.n – максимальне допустиме значення показника тепло засвоєння поверхнею підлоги, Вт/(м2°С), що встановлюється згідно з табл. 6[1]. Для житлових будинків: Ymax.n=12 Вт/(м2°С), Отже, Yn=> Ymax.n=12 Вт/(м2°С), Умова не виконується Б)Перевірка показника теплозасвоєння горищного перекриття № Назва шару зовнішньої стіни ?о,кг/м3 ?,м ?а,Вт/(м°С) Ѕ,Вт/(м2°С) ?,м2/(мгодПа) D=R×S
Для поверхні підлог житлових, громадських будинків та приміщень промислових будинків із постійними робочими місцями обов’язкове виконання умови: Yn? Ymax.n, де Yn – показник тепло засвоєння поверхні підлоги,Вт/(м2°С), Ymax.n – максимальне допустиме значення показника тепло засвоєння поверхнею підлоги, Вт/(м2°С), що встановлюється згідно з табл. 6[1]. Для житлових будинків: Ymax.n=12 Вт/(м2°С), Отже, Yn=<Ymax.n=12 Вт/(м2°С), Умова виконується. ІІ.ПЕРЕФІРКА ТЕПЛОСТІЙКОСТІ ОГОРОДЖУЮЧИХ КОНСТРУКЦІЙ ДЛЯ ТЕПЛОГО ПЕРІОДУ РОКУ 2.1.Перевірка теплостійкості стіни в літній період року при сумісній дії на неї температури зовнішнього повітря і сонячної радіації. Перевірку здійснюю тому, що розраховані за існуючою методикою будівельні захищення для зимового періоду року можуть не задовольняти вимог, що ставляться до них у літній період року. Перевірка зовнішньої стіни на теплостійкість Мал.2.1.1.Зовнішня стіна. Перевірка на теплостійкість. З дод. Л[1] виписую теплотехнічні показники заданих матеріалів (див. мал.1.2.1) та записую їх у таблицю 2.1. № Назва шару зовнішньої стіни Об’ємна вага, ?о,кг/м3 Товщина шару ?,м Коеф. Теплопровідності ?а,Вт/(м°С) Коеф. Теплозасвоєння матеріалу Ѕ,Вт/(м2°С) Термічний опір, R,(м2°С)/Вт Інерційність шару, D=R×S
З п.1.1. виписую: максимальна сонячна радіація imax=657 Вт/ м2 середньодобова сонячна радіація iсер=159 Вт/ м2 амплітуду коливань сонячної радіації Арад визначаю як різницю між максимального динною imax і середньодобовою iсер величинами сонячної радіації: Арад= imax- iсер, (2.1.1.) Арад=657-159=498 Вт/м2 Амплітуду коливань сонячної радіації, яку поглинає поверхня огородження, виражену через амплітуду еквівалентної температури сонячного опромінення (це додаткова температура зовнішнього повітря, дія якої на поверхню захищення еквівалентна її сонячної радіації на цю поверхню), визначаю за формулою: , де ? – коефіцієнт поглинання сонячної радіації матеріалом зовнішньої поверхні захищення. Приймаю з табл. П1[1] для зовнішньої поверхні стіни – пемзобетону як для бетону – рівний 0,7; – коефіцієнт тепловіддачі зовнішньої поверхні захищення, який розраховую за формулою: , де V – найменша із середніх швидкостей вітру по румбах за липень, повторюваність яких становить 16% і більше, але не менше ніж 1 м/с. Виписую з п.1.1. V=3,3 м/с. ; Отже, . Визначаю розрахункову амплітуду коливання умовної (сумарної) температури зовнішнього повітря за такою формулою: , (2.1.4.), Де – максимальна амплітуда добових коливань температури зовнішнього повітря в липні, °С, приймається з дод. 6[10]. При цьому, табличне значення зменшується вдвічі, тому що в таблицях подається подвійна амплітуда, визначена як різниця між максимальним і мінімальним значенням температури. Приймаю таку, як для м. Одеса – найближчого населеного пункту – для якого амплітуда визначена: . Отже, . При періодичній дії зовнішнього повітря і сонячної радіації на захищення поряд з максимальною амплітудою коливання умовної температури зовнішнього повітря. Вона залежить від географічної широти місцевості, орієнтації поверхні захищення поглинати сонячну радіацію, що падає на неї:
де =23°С – середня температура зовнішнього повітря в липні (п.1.1.); ?=0,7 – див. в формулі (2.1.2.); iсер=159 Вт/ м2 – див. формулу (2.1.3.). Отже,
– це додаткова температура, яка називається еквівалентною температурою сонячного опромінення (дія сонячної радіації на поверхню захищення). Під дією умовної температури зовнішнього повітря , зовнішня поверхня захищення нагрівається і частина тепла переходить через захищення на її внутрішню поверхню. При цьому розрахункова температура зовнішнього повітря в товщі захищення поступово затухає і на внутрішній поверхні стає мінімальною. Дія на захищення оцінюється величиною амплітуди коливання температури на її внутрішній поверхні А?в, яку я визначаю за формулою: А?в= де ? – величина затухання розрахункової амплітуди коливань температури зовнішнього повітря (відношення амплітуди добового коливання температури зовнішнього повітря з врахуванням сонячної радіації до амплітуди коливання температури внутрішньої поверхні захищення А?в). Величину ? в захищенні, яке складається з однорідних шарів, визначаю за формулою:
де е=2,718 – основа натуральних логарифмів; D – теплова інерція захищення. D=?D=12.1 (див. табл.2.1.1.); у1,у2,у3,у4 – коефіцієнти тепло засвоєння зовнішньої поверхні окремих шарів захищення. Обчислюю коефіцієнти тепло засвоєння шарів захищення: 4-го шару: D4=0.19<1, тому у4 визначаю за формулою:
де ?в=8,7Вт/м2°С – те ж, що у формулі (1.2.1.); R4=0,021 м2°С/ Вт S4=8,95 Вт/м2°С
3-го шару: D3=1.05>1, тому у3=S3=10.5; 2-го шару: D2=10.25>1, тому у2=S2=5,63; 1-го шару: D1=0.61<1,тому
де ?в=8,7Вт/м2°С – те ж, що у формулі (1.2.1.); R1=0,13 м2°С/ Вт S1=4,69Вт/м2°С R2=1,82 м2°С/ Вт
Величина ? за формулою (2.1.7.) дорівнює:
Це означає, що температурна хвиля, яка пройде через зовнішню стіну, у 7512,96 раз затухає. Тобто, на внутрішній поверхні стіни амплітуда коливання температури буде у 7512,96 раз меншою, ніж амплітуда добового коливання температури зовнішнього повітря з врахуванням сонячної радіації. Отже, за формулою (2.1.6.) амплітуда коливань температури на внутрішній поверхні зовнішньої стіни складає:
А?в= Амплітуда коливань температури на внутрішній поверхні захищення А?в не повинна перевищувати допустиму амплітуду температури внутрішньої поверхні захищення А?вдоп, яку визначаю за формулою: А?вдоп=2,5-0,1×(, Де – середня за липень температура зовнішнього повітря. А?вдоп=2,5-0,1×( Захищення вважається теплостійким, якщо: А?в? А?вдоп Отже, А?в=0,003°С< А?вдоп=2,3°С Зовнішня стіна задовольняє дану умову, тобто є теплостійкою з коефіцієнтом затухання ?=7512,96раз. Вираховую максимальну кількість тепла qmax, яку віддасть внутрішня поверхня захищення (зовнішньої стіни) внутрішньому повітрю: qmax=?в× А?в, (2.1.12.), де ?в=8,7Вт/м2°С – те ж, що у формулі (1.2.1.); А?в=0,003°С qmax=8,7× 0,003=0,0261Вт/м2. Амплітуда коливання температури зовнішньої поверхні захищення А?зрозр. буде відрізнятись від амплітуди коливання температури зовнішнього повітря Аtзрозр. в ?з раз: А?зрозр.= , (2.1.13.), де Аtзрозр.=20,32°С – те ж, що у формулі (2.1.4.) ?3– величина затухання коливань температури зовнішнього повітря на зовнішній поверхні огородження, яка визначається за наступною формулою: ?3= де ?’з=26,87 Вт/(м2°С) – див формулу (2.1.4.) у1=5,42 Вт/(м2°С) ?3= Отже, А?зрозр.= =16,9°С Поряд із затуханням температурних коливань зовнішнього повітря в захищенні (зовнішній стіні) має місце запізнення (зсув фаз) цих коливань на внутрішній поверхні захищення. Запізнення коливань в годинах залежить від масивності стіни, і визначаю за такою формулою: , де D=?D=12.1 (див. табл.2.1.1.); Sз.п.= у1=5,42 Вт/(м2°С) – коефіцієнт тепло засвоєння зовнішньої поверхні стіни при напрямку хвилі ззовні всередину (див. формулу (2.1.10)). – коефіцієнт тепло засвоєння внутрішньої поверхні стіни при напрямку хвилі з середини назовні. Визначаю його таким чином: Встановлюю місцезнаходження в стіні межі шару різких коливань температури. Шар різких коливань знаходиться в перших двох шарах (4-му і 3-му) (див. мал. 1.3.3.): D4=0.19<1, але D4+D3=0,19+1,05=1,24>1. В цьому випадку:
де R4=0,021 м2°С/ Вт S4=8,95 Вт/м2°С S3=10.5; – ті ж величини, що і в формулі (2.1.1.), значення яких знайдені за табл..1.3.1. Тоді,
де ?в=8,7Вт/м2°С – те ж, що у формулі (1.2.1.); ?з=23 Вт/(м2°С) Отже,
Час доби, якому відповідає максимальна температура зовнішнього повітря tmax, в літній період при безхмарному небі приймається z=15год., а максимум сонячної радіації залежить від орієнтації захищення відносно до сторін світу і може не зберігатися з максимумом температури. Тоді максимум температури на внутрішній поверхні захищення буде: Z=Z+?=15+ ?; (2.1.16) Z=15+30.9=45.9год=46год30хв. Отже, максимум температури на внутрішній поверхні зовнішньої стіни припадає на 22:30 ночі (46:30-24:00) – через 31год після того, коли була зафіксована максимальна температура зовнішнього повітря tmax (приймається z=15год). Додатково для того періоду визначаю температуру на внутрішній і зовнішній поверхні стіни за формулою (1.3.1.). Див. у п.1.3. обчислення ?в і ?з, при тому приймаю tз=23?С– середня за липень температуру зовнішнього повітря, як розрахункову: Отже: ?в=tв-(R?в/Rзаг)×(tв-tз)=20-(0,1149/2,23) ×(20-23)=20,15°С, Умовна температура на внутрішній поверхні стіни (її коливання): ?вmax= ?в+A ?в=20.15+0.003=20.153°С ?вmin= ?в-A ?в=20.15-0.003=20.147°С Також ?3=tв-((R?в+R4+ R3 + R2+ R1)/Rзагcт)×(tв-tз)=20-((0,1149+0,021+0,1+1,82+0,13)/2,23) ×(20-23))=-22,94°С. Умовна температура на зовнішній поверхні стіни (її коливання): ?зmax= ?з+Aрозр ?з=22.94+20,32=43,26°С; ?зmin= ?з-Aрозр ?з=22.94-20,32=2,62°С; Висновок до 2.1. Дана конструкція зовнішньої стіни задовольняє вимоги, що ставляться до неї у літній період року (в приміщеннях будинку, особливо таких будинків, що знаходяться в південних районах України, повинні дотримуватись оптимальні температура і відносна вологість повітря в робочій зоні приміщень), адже внаслідок приведених розрахунків я визначила (прийшла до висновку), що зовнішня стіна є теплостійкою: амплітуда коливань температури на внутрішній поверхні стіни А?в=0,003°С, що менше в кілька десятків раз від допустимої А?вдоп=2,5-0,1×(; затухання розрахункової амплітуди коливань температури зовнішнього повітря (Aрозр ?з=20,32°С) ІІІ.РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВОГО РЕЖИМУ ПРИМІЩЕННЯ ДЛЯ ХОЛОДНОГО ПЕРІОДУ РОКУ. 3.1.Підрахунок втрат тепла приміщеннями Проводжу підрахунок втрат тепла кімнатою заданого плану (див. завдання), розташованої на останньому (п’ятому) поверсі житлового будинку. Втрати тепла (тепловтрати) приміщенням Qприм складаються з основних і додаткових: Qприм= Qосн+ Qдод (3.1.1.) Основні тепловтрати – це тепловтрати через окремі захищення: стіни Qст, вікна Qв, горищного перекриття Qг,п., дверей Qд, підлоги Qпідлоги та ін.: Qосн= Qст+Qв+Qг,п+Qд+Qпідлоги (3.1.2.) Тепловтрати через окремі захищення підраховую за формулою: Qі=1/Rзагі×Fі×(tв-tз)×nі, Вт, де Rзагі – загальний термічний опір захищення, зокрема: –зовнішньої стіни Rзагзовн.ст=2,23 (м2°С)/ Вт –горищного перекриття Rзаг.гор.=3,16(м2°С)/ Вт, –вікна і балконних дверей Rзаг вікна=0,57(м2°С)/ Вт. –підлоги (підвального перекриття) – в даному розрахунку не використовується. Звідси коефієнт захищень Кі=1/Rзагі становить для: –зовнішньої стіни Кст=1/Rзагзовн.ст=1/2,23 =0,45 Вт/ (м2°С) –горищного перекриття Кгор=1/Rзаг.гор.=1/3,16 =0,31Вт/ (м2°С) –вікна і балконних дверей Квікна=1/Rвікна=1/0,57= 1,75Вт/ (м2°С) Розраховані значення вказані в п.1.2. tв=20ºС – внутрішня температура в приміщенні (див.п.1.2.а) tз=-23ºС –температура зовнішнього повітря, приймаю як температуру найхолоднішої 5денки забезпеченістю 0,92 (див.п.1.1. або дод.8[3]) Fі – площа захищення. З мал.3.1.1. і мал.3.1.2 визначаю площу: –зовнішньої стіни Fст1=5,87×3,06=17,96м2; Fст2=4,53×3,06-4,52=9,34м2 –вікна і балконних дверей Fвікна=1,4×1,8+0,8×2,5=4,52м2; –горищного перекриття Fгор=5,4×4,06=21,92м2; nі – коефіцієнт, який зменшує розрахункову різницю температур (tв-tз), приймаю з , що для: –зовнішньої стіни nст= 1 –вікна і балконних дверей nвікна = 1 –горищного перекриття nгор=0,9 Основні тепловтрати підраховую в таблиці 3.1.1 Таблиця 3.1.1. Основні тепловтрати кімнати (вітальні) № захи щення Назва захищення Розміри захищення а×в,м Площа захищення, F,м2 Коефіцієнт теплопередачі захищення К, Вт/(м2ºС) Розрахункова різниця температур (tв-tз)n,ºС Тепловтрати через захищення Q,Вт
Отже, Qосн= 348+181+340+263=1132Вт Визначаю додаткові тепловтрати, які становлять затрати тепла на нагрівання зовнішнього холодного повітря, яке надходить у приміщення шляхом інфільтрації Qінф (на орієнтацію захищень стосовно сторін світу, на наявність у приміщенні 2-ох і більше зовнішніх стін, на зовнішні захищення, висота яких понад 4м тощо – інші тепловтрати – в курсовій роботі не враховуються). В даній роботі враховую тільки затрати тепла на інфільтрацію повітря, оскільки вони є досить значними. Отже, затрати на інфільтрацію вираховую за формулою: , де – витрати повітря, кг/год, яке інфільтрується через захисні конструкції. – питома теплоємність повітря, дорівнює 1 кДж/(кг×°С); – коефіцієнт, що враховує вплив зустрічного теплового потоку в захищеннях, дорівнює 0,7 для вікон з потрійним заскленням; 0,8, для вікон і балконних дверей з подвійними віконними рамами; 1,0 – для одинарних віконних рам. Приймаю =0,8. Опір повітропроникності є досить великим, порівняно з опором повітропроникності вікон і балконних дверей (див. п.1.4.), тому в житловому будинку повітря, в основному, буде інфільтруватися через вікна і балконні двері. Отже,
де – опір паро проникності вікон і балконних дверей із подвійним заскленням в дерев’яних роздільних переплетеннях з утепленими пінополіуретановими прокладками (п.1.4.) – розрахункова різниця між тиском на зовнішній і внутрішній поверхнях захищень на 5-му поверсі будинку при , визначаю за формулою: , де Н=19м – висота будинку від рівня землі до верху карнизу, вихідних отворів вентиляційних каналів (див. мал. 3.1.2.); =15,7м – розрахункова висота від рівня землі до верху вікон, балконних дверей на останньому – 5-му поверсі (див. мал. 3.1.2.); ?в=3463/(273+20)=11,8 Н/м3; ?з=3463/(273+(-23))=13,852 Н/м3 – питома вага відповідно внутрішнього і зовнішнього повітря (див. п.1.4.1.); – густина зовнішнього повітря
V=1м/с – швидкість вітру для холодного періоду року (параметри А) З [3, дод.8] – аеродинамічний коефіцієнт відповідно з навітряної і завітряної сторін поверхонь захищень, приймаю з табл.8[] для окремо стоячих будинків у вигляді паралелепіпеда для вертикальних поверхонь – коефіцієнт, що враховує зміну швидкісного тиску залежно від висоти будинку і типу місцевості, визначаю за дод. 4[10] для типу Б (міських територій), інтерполюючи за формулою (1.5.1.2.):
– умовно-постійний тиск повітря в будинку, Па, в даній роботі не враховую. :
Тоді, витрата повітря, яке інфільтрується через вікна і балконні двері дорівнює:
Отже, затрати тепла на інфільтрацію повітря дорівнюють:
Отже, тепловтрати приміщення за формулою (3.1.1.) становлять: Qприм=1132+96 =1228Вт Висновок до п.3.1. Втрати тепла кімнатою заданого плану, яка знаходиться на останньому 5-му поверсі житлового будинку, становить Qприм=1228Вт, з яких Qосн=1132 Вт – основні тепловтрати приміщення; – додаткові, або інфільтраційні тепловтрати. Інфільтраційні тепловтрати, по відношенню до загальних, складають лише W= 3.2. Перевірка відповідності температурного режиму приміщення першій умові комфортності. У даному житловому будинку протягом року слід підтримувати мікрокліматичні умови, які виражаються такими мікрокліматичними показниками, як температура внутрішнього повітря tв, радіаційна температура внутрішніх поверхонь tR, температура нагрітих чи охолоджених поверхонь ?n, рухомість внутрішнього повітря Vв і його відносна вологість ?в тощо, необхідні для нормальної життєдіяльності людей. Мікрокліматичні умови в приміщенні можуть бути комфортними і допустимими. Комфортними, або оптимальними такі комбінації основних показників мікроклімату в приміщенні, при яких у людини, присутній в даному приміщенні, зберігається теплова рівновага в організмі і відсутня напруга в системі терморегуляції. Допустимими – такі, коли в людини виникає незначна напруга системи терморегуляції і відчувається незначна дискомфортність теплової обстановки в приміщенні. Теплову обстановку в приміщенні визначаю температурою внутрішнього повітря tв і усередненою температурою внутрішніх поверхонь захищень tR. Оцінюю теплову або температурну обстановку двома умовами комфортності. Перша умова визначає таку зону співвідношень показників tв і tR, при якій людина, що знаходиться всередині приміщення, буде віддавати все явне тепло, не відчуваючи перегріву чи переохолодження. Визначаю радіаційну температуру приміщення tR відносно людини, яка знаходиться посередині приміщення, як середньозважену, за коефіцієнтами опромінення:
де – коефіцієнт опромінення тіла людини поверхнями зовнішніх захищень (стін і вікон), визначаю з рис. 1-40 [6]: За мал. 3.2.1.а. визначаю: Коефіцієнти: А=а/b=2,0/2,67=0,75, В=h/b=2.7/2.67=1.01, С= b/ hл=2,67/1,80=1,48; =0,0709 (значення знайдено з рис.1.40[6] за допомогою інтерполяції). =2=0,0709×2=0,1418. – коефіцієнт опромінення тіла людини нагрітою поверхнею, визначаю з рис.1.40[6]: *За завданням нагрітою поверхнею являється стеля приміщення, в якій розташований змійовик з гарячою в ньому водою. За мал. 3.2.2. визначаю: Коефіцієнти: А=а/b=2,67/2,0=0,75, В=h/b=2.7/2.0=1.35, С= b/ hл=2,0/1,80=1,11; =4×=4×0,049=0,196; де – коефіцієнт опромінення тіла людини поверхнями внутрішніх захищень, визначаю за формулою: +, = отже, + –усереднена температура внутрішніх поверхонь зовнішніх захищень, яку обчислюю за формулою:
, – площа поверхонь відповідно зовнішніх стін і вікон із балконними дверима:
Розміри стін приймаю внутрішні (див. мал. 3.1.1.)
– температура внутрішніх поверхонь відповідно зовнішніх стін і вікон; (див.п.1.3) при tз=-23; визначаю аналогічно за формулою (1.3.1.), в якій Rзаг вікна=0,57
Звідси, , Отже,
– температура внутрішньої поверхні нагрівальної панелі (див п.3.3.); Отже за формулою (3.2.1.)дорівнює:
Для холодного періоду року перша умова комфортності записується:
Отже,
Ця умова виконується, коли
Отже, перша умова комфортності виконується. Висновок до п.3.2. Дане приміщення будинку за температурним режимом відповідає першій умові комфортності: при температурі внутрішнього повітря tв=20ºС радіаційна температура внутрішніх поверхонь захищень приміщення , яка знаходиться в межах допустимих значень і . Тому людина, яка знаходиться всередині цієї кімнати, віддає усе явне тепло, не відчуваючи перегріву чи переохолодження. Отже, дане приміщення може експлуатуватися за призначенням (як вітальня). 3.3.Перевірка відповідності температурного режиму приміщення другій умові комфортності. Для компенсації тепловтрат у даній кімнаті житлового будинку встановлюю панельно-променисті прилади (вмонтовані в конструкцію стелі) з найкращим опалювальним ефектом 0,9+0,95. Температура нагрітих поверхонь опалювальних панелей обмежується, що пов’язано з радіаційним теплообміном з найчутливішою частиною тіла людини – головою. При невигідному знаходженні людини – під центром панелі, голова людини не повинна сприйняти тепло (тобто – нагріватися), а віддавати не менше ніж 11,6 Вт/м2. Це обмеження записується у вигляді формули: , (3.3.1.) де – коефіцієнт опромінення з елементарної площини голови на поверхню панелі, визначаю з рисунку 1.9 [6]: За мал. 3.3.1. визначаю: відношення a/h=2.67/0.9=2.97; b/h=2.0/0.9=2.22;
Формула (3.3.1.) є другою умовою комфортності температурної обстановки в приміщенні. Для знаходження температури панелі ?п приймаю, що тепловіддача панелі Qп ,Вт, повинна компенсувати тепловтрати приміщення Qприм=Вт (див. п.3.1.), зображеного на мал. 3.3.2. Згідно завдання нагрівальна панель розміщена по площі всієї стелі, і її площа дорівнює Fn=Fстелі=5,34×4,0=21,36м2 (вирахувана за внутрішніми розмірами кімнати) (див. мал. 3.3.2.). Тоді, знаючи площу панелі Fn, знаходжу її тепловіддачу Qn, яка складається із конвективної Qn.к. і променистої Qn.пр. , (3.3.3.), Приймаю = Qприм, і з формули (3.3.2.) знаходжу температуру поверхні панелі:
де – відповідно коефіцієнти конвективного і променистого теплообмінів на поверхні панелі, які обчислюю за формулами:
, де А=1,16 – коефіцієнт, який залежить від розміщення нагрітої поверхні в приміщенні, прийнятий мною з табл..1.3.[6], як для горизонтальної нагрітої поверхні, повернутої вниз; – умовна температура панелі (її нагрітої поверхні), прийнята мною як середнє значення в межах 40…50 Ф – коефіцієнт повного опромінення панелі зовнішніми захищеннями, наближено визначаю за формулою: , де – площа зовнішніх захищень в приміщенні: (див. мал. 3.3.2.) – коефіцієнт опромінення нагрітої поверхні поверхнями зовнішніх захищень, який визначаю з рисунку 1.12[6]: Мал.3.3.3. Визначення: а); б) За мал. 3.3.3.а. визначаю: Відношення: a/c=5.34/4.0=1.34; b/c=2.7/4.0=0.68; (значення знайдено з рисунку 1.12[6] за допомогою інтерполяції). За мал. 3.3.3.б. визначаю: Відношення: a/c=4,0/5,34=0,75; b/c=2,7/5,34=0,51; (значення знайдено з рисунку 1.12[6] за допомогою інтерполяції).
Звідси,
b – температурний коефіцієнт:
– те ж, що і в формулі (3.3.4.); – (див п.3.2.) усереднена температура внутрішніх поверхонь зовнішніх захищень (див. формулу (3.2.3.). Звідси,
Отож,
Отже,
Різниця – отже, розрахунок визначення овтрюю, прийнявши при цьому, що умовна :
Різниця – умова виконується, отже температура нагрітої поверхні панелі Перевіряю другу умову комфортності: ; Отже,
Друга умова комфортності виконується. Висновок до п.3.3. Задана кімната може використовуватися, як вітальня, із встановленою нагрівальною панеллю в стелі, тому що задовольняє вимогам цієї умови комфортності: температура опалювальної панелі стелі менша від допустимої, тому при невигідному розміщенні людини – під центром панелі, голова людини не нагрівається, а віддача менша, ніж 11,6 Вт/м2 тепла приміщенню. З метою впевненості отримання правильного значення температури нагрітої поверхні панелі перевіряю її тепловіддачу Qn, Вт, за формулою (3.3.2.): Qn=21.36×(1.72×(23.68-20)+9.61×(23.68-16.62))=1585Вт
