Глава 2. Тепловой и влажностный расчет строительных ограждений

Тепловой расчет

Задачи на тепловой расчет многослойного вертикального ограждения можно решать обычным путем или с помощью компьютера [12]. Если рассчитанные характеристики ограждения не соответствует требованиям СНиП, то необходимо внести разумные корректировки в характеристики ограждения – такие, чтобы соответствие СНиП выполнялось

В каждой из представленных ниже задач №№ 20.61 – 20.76 требуется [12]:

• записать климатические и нормативные данные рассчитываемого ограждения для указанного города, используя СНиП по климатологии;

• записать в виде таблицы характеристики слоев вертикального ограждения, исходя из условий задачи и характеристик материалов приведенных в СНиП по теплотехнике [14];

• рассчитать:

(1) тепловое сопротивление каждого слоя ограждения;

(2) полное тепловое сопротивление ограждения;

(3) требуемое СНиП полное тепловое сопротивление и сравнить его

с рассчитанным в пункте (2) для проверки выполнения критерия

«теплой стены»;

(4) ГСОП (градусо-сутки отопительного периода) и по таблице найти

требуемое СНиП тепловое сопротивление для проверки выполнения

критерия «энергосбережения»;

(5) удельный поток тепла через ограждение;

(6) значения температур на границах слоев ограждения, а затем построить

график распределения температуры внутри ограждения (проверьте, что в

последней точке графика в сторону понижения температуры достигается значение расчетной температуры наружного воздуха);

• сделать письменный вывод:

– выполняется или нет критерий «теплой стены»;

– выполняется или нет критерий «энергосбережения»;

– достигнуто ли значение расчетной наружной температуры на границе

наружной части ограждения и внешней среды;

• провести корректировку характеристик слоев ограждения, если какой-либо из критериев не выполняется, для получения результатов соответствующих требованиям СНиП и реальности свойств отдельных слоев ограждения.

1. Ограждение выполнено из пористого кирпича (ρ = 1200 кг/м³) толщиной 0,38 м, отделанного изнутри штукатуркой из цементно-песчаного раствора толщиной 0,015 м, снаружи – штукатурка из цементно-перлитового раствора (ρ = 1000 кг/м³) толщиной 0,02 м.

Расчеты произвести для города Санкт-Петербург (t_в = 18 ^оС; φ_в = 60%).

2. Ограждение выполнено из внутреннего и наружного слоев клееной фанеры толщиной по 0,015 м, между ними – слой утеплителя из минераловатных мягких плит на синтетическом связующем (ρ = 300 кг/м³) толщиной 120 мм.

Расчеты произвести для города Оренбург (t_в = 18 ^оС; φ_в = 60%).

3. Стеновая панель состоит из утеплителя – пенобетона (ρ = 1000 кг/м³) толщиной 0,15 м, облицованного снаружи обыкновенным кирпичом на цементно-перлитовом растворе (ρ = 1600 кг/м³) толщиной в один кирпич, изнутри отделанного цементно-песчаной штукатуркой толщиной 0,02 м.

Расчеты произвести для города Москва (t_в = 18 ^оС; φ_в = 60%).

4. Ограждение выполнено из ячеистого бетона (ρ = 300 кг/м³) толщиной 15 см, облицовано снаружи гранитом (ρ = 2800 кг/м³) толщиной 0,04 м, изнутри оштукатурено цементно-песчаным раствором толщиной 0,02 м.

Расчеты произвести для города Казань (t_в = 18 ^оС; φ_в = 66%).

5. Армосиликатная панель утеплена изнутри минераловатными плитами (ρ = 300 кг/м³) толщиной 10 см, облицованными гипсовой штукатуркой толщиной 0,015 м, а снаружи отделана силикатным кирпичом (ρ = 1800 кг/м³) толщиной 15 см.

Расчеты произвести для города Мурманск (t_в = 18 ^оС; φ_в = 65%).

6. Стена состоит из наружного защитно-отделочного слоя – гранита (ρ = 2800 кг/м³) толщиной 4 см, внутреннего отделочного слоя из плотного бетона (ρ = 2400 кг/м³) толщиной 26 мм и слоя утеплителя из ячеистого бетона (газобетон ρ = 800 кг/м³) толщиной 25 см.

Расчеты произвести для города Красноярск (t_в = 18 ^оС; φ_в = 58%).

7. Строительное ограждение состоит из двух деревянных щитов (сосна поперек волокон) толщиной 2 см, засыпанных внутри шлаковой пемзой (ρ = 600 кг/м³) толщиной 0,16 м.

Расчеты произвести для города Сочи (t_в = 18 ^оС; φ_в = 67%).

8. Ограждение выполнено из обыкновенного кирпича на цементно-перлитовом растворе (ρ = 1600 кг/м³) толщиной в два кирпича (0,51 м), отделано изнутри деревом (ель поперек волокон) толщиной 2 см.

Расчеты произвести для города Самара (t_в = 18 ^оС; φ_в = 60%).

9. Строительное ограждение состоит из внутреннего и наружного деревянных щитов (ель поперек волокон) толщиной по 2 см с засыпкой из керамзита (ρ = 600 кг/м³) толщиной 22 см.

Расчеты произвести для города Тольятти (t_в = 18 ^оС; φ_в = 55%).

0. Строительное ограждение выполнено из керамзитобетона (ρ = 1800 кг/м³) толщиной 0,6 м, изнутри покрыто клееной фанерой (ρ = 600 кг/м³) толщиной 2 см, снаружи – цементно-песчаной штукатуркой толщиной 0,016 м.

Расчеты произвести для города Саратов (t_в = 18 ^оС; φ_в = 65%).

0. Стена жилого дома в сельской местности изготовлена из двух деревянных щитов (сосна поперек волокон) толщиной по 3 см, между ними слой утеплителя из пенополистирола (ρ = 40 кг/м³) толщиной 6 см

Расчеты произвести для города Иркутск (t_в = 18 ^оС; φ_в = 60%).

0. Стена частного жилого дома состоит из двух деревянных щитов (ель поперек волокон) толщиной по 2 см, между ними слой утеплителя из перлито-пластбетона толщиной 10 см (ρ = 200 кг/м³).

Расчеты произвести для города Ярославль (t_в = 18 ^оС; φ_в = 60%).

0. Наружная стена жилого здания конструируется из железобетонной плиты (ρ = 2500 кг/м³) толщиной 4 см, утепленной изнутри фибролитом на портландцементе (ρ = 400 кг/м³) толщиной 14 см, заштукатуренной сухой штукатуркой толщиной 1 см.

Расчеты произвести для города Псков (t_в = 18 ^оС; φ_в = 60%).

0. Крупнопанельная стена жилого здания изготовлена из легкого бетона (керамзитобетона) на пористом заполнителе (керамзитовый песок ρ = 800 кг/м³) толщиной 22 см; внутренний отделочный слой – из сухой штукатурки толщиной 1,5 см; наружный отделочный слой – из цементно-шлакового раствора (ρ = 1200 кг/м³) толщиной 0,015 м.

Расчеты произвести для города Новгород (t_в = 18 ^оС; φ_в = 60%).

0. В каркасных общественных зданиях применяются легкие навесные конструкции наружных стен, сделанных из ячеистого бетона – пеносиликата (ρ = 800 кг/м³) толщиной 25 см, отделанного изнутри строительным картоном (ρ = 650 кг/м³) толщиной 5 см.

Расчеты произвести для города Архангельск (t_в = 18 ^оС; φ_в = 65%).

0. Ограждение состоит из двух слоев перлитобетона (ρ = 1000 кг/м³) толщиной 20 см каждый, между которыми располагается утеплитель из минераловатных плит (ρ = 100 кг/м³) толщиной 5 см. Внутренняя отделка выполнена из сухой штукатурки толщиной 2 см (ρ = 800 кг/м³)

Расчеты произвести для города Санкт-Петербург (t_в = 18 ^оС; φ_в = 60%).

Ответ:

1. R₁ = 0,095 м²·К/Вт; R₂ = R₄ = 0,53 м²·К/Вт; R₃ = 0,71 м²·К/Вт;

2. R_полное = 2,03 м²·К/Вт;

3. R_треб = 1,26 м²·К/Вт < R_полное – критерий «теплой стены» выполнен;

4. ГСОП = 4424:

по табл. 1а (здание построено до 01.01.2000 года) СНиП [14]:

R_{треб. отоп.}= 2,0 м²·К/Вт< R_полное – критерий «энергосбережения» выполнен

по табл. 1б (здание построено после 01.01. 2000 года) СНиП [14]:

R_{треб. отоп.}= 2,92 м²·К/Вт> R_полное – критерий «энергосбережения» не выполнен

Так как расчет проекта ограждения выполняется в 2006 году, то критерий «энергосбережения» не выполнен, вследствие чего проводится корректировка материалов строительного ограждения:

– во втором и четвертом слоях заменяем перлитобетон с ρ = 1000 кг/м³ на перлитобетон с ρ = 600 кг/м³; тогда – R₂ = R₄ = 0,87 м²·К/Вт;

- в третьем слое в качестве утеплителя добавляем еще одну минераловатную плиту; тогда – R₃ = 2·0,71 = 1,42 м²·К/Вт;

- для нового ограждения R_{треб. отоп.} < R_полное =3,255 м²·К/Вт – критерий «энергосбережения» выполнен.

(5) Для нового ограждения: q = 13,5 Вт/м²;

(6) t₀ = 16,38 ^oC; ) t₁ = 15,10 ^oC; ) t₂ = 3,36 ^oC; ) t₃ = -15,81 ^oC; ) t₄ = -27,56 ^oC; t₅ = -28,15 ^oC; → t₅ < t_нар = -26 ^оС → расчет температур удовлетворяет

требованиям СНиП;

Влажностный расчет

Задачи на влажностный расчет многослойного вертикального ограждения можно решать обычным путем или с помощью компьютера [12]. Если рассчитанные характеристики ограждения не соответствует требованиям СНиП (наблюдается зона возможной конденсации влаги в зимний период), то необходимо внести разумные корректировки в характеристики ограждения – такие, чтобы соответствие СНиП выполнялось.

В каждой из представленных ниже задач №№ 20.81 – 20.96 требуется [12]:

• записать климатические и нормативные данные рассчитываемого ограждения для указанного города, используя СНиП по климатологии;

• записать в виде таблицы коэффициенты паропроницаемости слоев вертикального ограждения, исходя из характеристик материалов приведенных в СНиП по теплотехнике [14];

• найти:

(1) по таблице давление (упругость) насыщенного водяного пара внутри помещения р_в-н.п. при температуре t_в и на улице р_н-н.п при температуре t_н.

(2) давление (упругость) водяного пара внутри помещения р_в и на улице р_н исходя из значений относительной влажности воздуха внутри помещения φ_в и снаружи φ_н;

(3) сопротивление паропроницаемости каждого слоя ограждения;

(4) полное сопротивление паропроницаемости ограждения;

(5) удельный поток водяного пара через ограждение;

(6) значения давления водяного пара на границах слоев ограждения, а затем построить график распределения давления пара внутри ограждения;

(7) по таблице давления насыщенного водяного пара при температурах соответствующих температурам на границах слоев ограждения и построить на тех же осях, что и в пункте (6) график распределения давления насыщенного пара внутри ограждения;

сделать письменный вывод:

– о наличии или отсутствии зоны возможной конденсации влаги внутри ограждения в зимний период (критерием присутствия зоны является пересечение графиков построенных в пунктах (6) и (7));

– о возможных путях устранения зоны конденсации путем корректировки характеристик слоев ограждения;

Если путем корректировки параметров ограждения удалось ликвидировать зону возможной конденсации водяного пара, не нарушив критериев теплового расчета, то рекомендуется уточнить итоговый результат влажностного расчета следующим образом:

(а) – построить график зависимости давления насыщенного водяного пара от температуры в диапазоне от – 50 ^оС до + 30 ^оС, определяя давление через каждые 5 градусов ^оС, используя табличные данные;

(б) – на тех же осях и в том же масштабе, что и в пункте (а) построить график зависимости давления водяного пара внутри ограждения от температуры, используя данные по распределению температур из теплового расчета;

(в) – если графики построенные в пунктах (а) и (б) не пересекаются, то этот факт служит окончательным подтверждением отсутствия зоны возможной конденсации водяного пара внутри ограждения в зимний период.

1. Использовать данные задачи № 20.61

2. Использовать данные задачи № 20.62

3. Использовать данные задачи № 20.63

4. Использовать данные задачи № 20.64

5. Использовать данные задачи № 20.65

6. Использовать данные задачи № 20.66

7. Использовать данные задачи № 20.67

8. Использовать данные задачи № 20.68

9. Использовать данные задачи № 20.69

0. Использовать данные задачи № 20.70

1. Использовать данные задачи № 20.71

2. Использовать данные задачи № 20.72

3. Использовать данные задачи № 20.73

4. Использовать данные задачи № 20.74

5. Использовать данные задачи № 20.75

6. Использовать данные задачи № 20.76

Ответ:

1. р_в-н.п(18 ^оС) _.=2059 Па; р_н-н.п(-26 ^оС)_.=56 Па;

2. р_в =2059·0,6 = 1235,4 ( Па); р_н = 56·0,85 = 47,6 ( Па);

3. R_п1 = 0,27 м²·час·Па/мг; R₂ = R₄ = 0,67 м²·час·Па/мг;

R₃ =0,18 м²·час·Па/мг;

4. R_{пара полное} = 1,79 м²·час·Па/мг;

5. g = 663.6 мг/м²·час;

6. р₁ = 1056,2 Па; р₂ = 611,6 Па; р₃ = 492,2 Па; р₄ = 47,6 Па;

7. р_в-н.п(18 ^оС) _.=2059 Па; р_0-н.п(16,4 ^оС) _.=1861 Па; р_1-н.п(15,1 ^оС) _.=1712 Па;

р_2-н.п(3,4 ^оС) _.=778 Па; р_3-н.п(-15,8 ^оС) _.=153 Па; р_4-н.п(-27,6 ^оС) _.= 48 Па;

Зона возможной конденсации внутри ограждения отсутствует, так как во всех сходных по температуре точках давление насыщенного водяного пара выше расчетного давления пара внутри ограждения. Следовательно, графики, построенные по данным пунктов (6) и (7) не будут пересекаться.

Требования к оформлению контрольных работ

• Каждая контрольная работа выполняется в отдельной тетради и присылается к заранее указанному сроку для проверки преподавателем.

• Решение каждой задачи приводится на новой странице.

• Запись номера и текста задачи в начале страницы является обязательной.

• При оформлении решения следует строго придерживаться стандартных обозначений и общепринятой формы записи данных.

• Желательно сначала получить ответ в виде общей формулы, а затем сделать подстановку численных данных в системе СИ, определить размерность искомой физической величины и записать ответ задачи отдельной строкой.

• В случае отсутствия записи ответа отдельной строкой, решение данной задачи может быть не зачтено преподавателем.

• Если в работе две и более задач решены не верно, то работа не зачитывается и отправляется обучающемуся на доработку.

• Если к началу экзаменационной сессии необходимые в данном семестре контрольные работы не будут представлены, то обучающийся не допускается к экзамену.

• Перед экзаменом обучающийся должен устно ответить преподавателю на вопросы, касающиеся порядка решения присланных задач контрольных работ. Только после такой беседы производится окончательный зачет каждой контрольной работы и допуск к экзамену или зачету.

• Примеры решения задач по физике по всем разделам и темам приведены в сборниках задач, указанных на стр.4 настоящего пособия под номерами [2] (в конце сборника) и [3], а по строительной физике ­ [12].

• Пример оформления решения конкретной задачи приводится ниже.

Пример оформления записи данных и решения задачи по физике

Задача №4 (20.16)

Уровень силы звука от проезжающего по дороге трактора в сельском доме, расположенном в 100 м от дороги – 30 дБ. Стены дома уменьшают уровень силы звука на 40 дБ. Определить уровень силы звука на рабочем месте тракториста. Принять, что оно находится на расстоянии 1 м от точечного источника шума. Найти интенсивность звука и амплитуду звукового давления на рабочем месте.

Д ано: Решение

R_д = 100 м Уровень силы звука L₁₀₀ на расстоянии 100 м от трактора:

L_д = 30 дБ L₁₀₀ = L_д + L_стены = 30 +40 = 70 (дБ)

L_стены = 40 дБ Определим силу звука I₁₀₀ на расстоянии 100 м от трактора:

R_раб = 1 м так как L₁₀₀ = 10lgI₁₀₀/I_o , то I₁₀₀ = I_o10⁷ = 10^-5 (Вт/м²)

_возд = 1,3 кг/м³ Определим силу звука I_раб на рабочем месте:

v_возд = 330 м/с для точечного источника звука мощностью P имеем

I₀ = 10^-12 Вт/м² I_раб = Р/4(R_раб)² I₁₀₀ = Р/4(R_д)²

разделим первое уравнение на второе и получим

Найти: I_раб = I₁₀₀(R_д)²/(R_раб)² = 10^-5 10⁴/1 =10^-1 (Вт/м²)

L_раб; I_раб; p_{о раб} Уровень силы звука на рабочем месте равен:

L_раб = 10lgI_раб/I_o = 110 (дБ)

Амплитуда звукового давления на рабочем месте равна:

p_{о раб} = (2vI_раб)^1/2 = (21,33300,1)^1/2 = 9,3 (Па)

Ответ: L_раб =110 дБ; I_раб = 10^-1 Вт/м²; p_{о раб} = 9,3 Па

Варианты контрольных работ пятого семестра обучения

Контрольная работа №4

№ варианта	Задача №1	Задача №2	Задача №3	Задача №4	Задача №5	Задача №6	Задача №7	Задача №8
1	11.1	11.21	11.41	11.61	12.1	12.21	12.41	12.61
2	11.2	11.22	11.42	11.62	12.2	12.22	12.42	12.62
3	11.3	11.23	11.43	11.63	12.3	12.23	12.43	12.63
4	11.4	11.24	11.44	11.64	12.4	12.24	12.44	12.64
5	11.5	11.25	11.45	11.65	12.5	12.25	12.45	12.65
6	11.6	11.26	11.46	11.66	12.6	12.26	12.46	12.66
7	11.7	11.27	11.47	11.67	12.7	12.27	12.47	12.67
8	11.8	11.28	11.48	11.68	12.8	12.28	12.48	12.68
9	11.9	11.29	11.49	11.69	12.9	12.29	12.49	12.69
10	11.10	11.30	11.50	11.70	12.10	12.30	12.50	12.70
11	11.11	11.31	11.51	11.71	12.11	12.31	12.51	12.71
12	11.12	11.32	11.52	11.72	12.12	12.32	12.52	12.72
13	11.13	11.33	11.53	11.73	12.13	12.33	12.53	12.73
14	11.14	11.34	11.54	11.74	12.14	12.34	12.54	12.74
15	11.15	11.35	11.55	11.75	12.15	12.35	12.55	12.75

Контрольная работа №5

№ варианта	Задача №1	Задача №2	Задача №3	Задача №4	Задача №5	Задача №6	Задача №7	Задача №8
1	13.1	13.21	13.41	13.61	13.81	14.1	14.21	14.41
2	13.2	13.22	13.42	13.62	13.82	14.2	14.22	14.42
3	13.3	13.23	13.43	13.63	13.83	14.3	14.23	14.43
4	13.4	13.24	13.44	13.64	13.84	14.4	14.24	14.44
5	13.5	13.25	13.45	13.65	13.85	14.5	14.25	14.45
6	13.6	13.26	13.46	13.66	13.86	14.6	14.26	14.46
7	13.7	13.27	13.47	13.67	13.87	14.7	14.27	14.47
8	13.8	13.28	13.48	13.68	13.88	14.8	14.28	14.48
9	13.9	13.29	13.49	13.69	13.89	14.9	14.29	14.49
10	13.10	13.30	13.50	13.70	13.90	14.10	14.30	14.50
11	13.11	13.31	13.51	13.71	13.91	14.11	14.31	14.51
12	13.12	13.32	13.52	13.72	13.92	14.12	14.32	14.52
13	13.13	13.33	13.53	13.73	13.93	14.13	14.33	14.53
14	13.14	13.34	13.54	13.74	13.94	14.14	14.34	14.54
15	13.15	13.35	13.55	13.75	13.95	14.15	14.35	14.55

Варианты контрольных работ шестого семестра обучения

Контрольная работа №6

№ варианта	Задача №1	Задача №2	Задача №3	Задача №4	Задача №5	Задача №6	Задача №7	Задача №8
1	15.1	16.1	18.1	20.1	20.21	20.41	20.61	20.81
2	15.2	16.2	18.2	20.2	20.22	20.42	20.62	20.82
3	15.3	16.3	18.3	20.3	20.23	20.43	20.63	20.83
4	15.4	16.4	18.4	20.4	20.24	20.44	20.64	20.84
5	15.5	16.5	18.5	20.5	20.25	20.45	20.65	20.85
6	15.6	16.6	18.6	20.6	20.26	20.46	20.66	20.86
7	15.7	16.7	18.7	20.7	20.27	20.47	20.67	20.87
8	15.8	16.8	18.8	20.8	20.28	20.48	20.68	20.88
9	15.9	16.9	18.9	20.9	20.29	20.49	20.69	20.89
10	15.10	16.10	18.10	20.10	20.30	20.50	20.70	20.90
11	15.11	16.11	18.11	20.11	20.31	20.51	20.71	20.91
12	15.12	16.12	18.12	20.12	20.32	20.52	20.72	20.92
13	15.13	16.13	18.13	20.13	20.33	20.53	20.73	20.93
14	15.14	16.14	18.14	20.14	20.34	20.54	20.74	20.94
15	15.15	16.15	18.15	20.15	20.35	20.55	20.75	20.95