96090

ТЕПЛОТЕХНИКА И ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Курсовая

Энергетика

Расчет сопротивления теплопередаче вертикальных и горизонтальных ограждающих конструкций. Расчет температурного поля в многослойной конструкции. Определение сопротивления паропроницанию вертикальных ограждающих конструкций. Расчет сопротивления воздухопроницанию.

Русский

2015-10-02

1.38 MB

0 чел.

Министерство Образования Республики Беларусь

УО «Белорусский Государственный Университет Транспорта»

Кафедра «Экология и РИВР»

Курсовая работа

по дисциплине:

 «ТЕПЛОТЕХНИКА И ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ»

  Выполнил:                                                              Проверил:

  студент гр. ПК-31                                                  преподаватель

  Гребнев В. Л.                                                          Колдаева С.Н.

Гомель 2015

Содержание:

1. Расчет сопротивления теплопередаче вертикальных и горизонтальных ограждающих конструкций…………………………………………………..3

2. Расчет температурного поля в многослойной конструкции……………14

3. Определение сопротивления паропроницанию вертикальных ограждающих конструкций…………………………………………………………………..20

4. Расчет сопротивления воздухопроницанию………………………..……23

5. Список используемой литературы………………………………………..25

1 Расчет сопротивления теплопередаче вертикальных и горизонтальных ограждающих конструкций

1.1 Расчет термического сопротивления наружной стены из штучных материалов

     Исходные данные:

  1.  Влажностной режим помещения – нормальный.
  2.  г. Гродно
  3.  Температура внутреннего воздуха - tв = 21 °С.

           

Рисунок 1.1 - Конструкция наружной стены здания

Влажностной режим нормальный, условия эксплуатации ограждающих конструкций «Б» по таблице 4.2[1].

Расчетные значения коэффициентов теплопроводности λ и теплоусвоения S материалов принимаем по таблице 4.1[1] для условий эксплуатации ограждений «Б»:

- железобетон  (В)

λ 1 = 2,04 Вт/( м ∙°С); S1 = 19,70 Вт/(м2 ∙°С);

- плиты торфяные теплоизоляционные (А)

λ 2 = 0,08 Вт/( м ∙°С); S2 = 2,34Вт/(м2 ∙°С);

   - цементно-песчаный раствор (Е)

λ 3 = 0,93Вт/( м ∙°С); S3 = 11,09 Вт/(м2 ∙°С);

Нормативное сопротивление теплопередаче для наружных стен из штучных материалов согласно таблице 5.1 [1] Rнорм =3,2 (м2∙°С)/Вт.

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

,

где  δ  – толщина рассматриваемого слоя, м ;

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

Вычислим термическое сопротивление отдельных слоев:

- цементно-песчаный раствор

2 ∙ ºС)/Вт;

- железобетон

( м2 ∙ ºС)/Вт; 

Термическое сопротивление плит торфяных R3 находим из формулы:

 

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

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

      – термическое сопротивление ограждающей конструкции

2∙°С)/Вт.

Отсюда следует что, термическое сопротивление слоя торфяных теплоизоляционных плит находится по формуле:

.

Подставив значения в эту формулу, получим:

2∙°С)/Вт.

Вычисляем тепловую инерцию по формуле:

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

D=R1S1+ R2S2+R3S3;

D=0,147∙19,70+2,863∙2,34+0,032∙11,09=2,896+6,699+0,355=9,95

По таблице 5.2 [1] для ограждающей конструкции с тепловой инерцией свыше 7,0 (стены средней инерционности) за расчетную зимнюю температуру наружного воздуха следует принять среднюю температуру наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 , которая для гродненской области составляет:  -26 ° С (таблица 4.3[1]).

Рассчитаем требуемую толщину теплоизоляционного слоя:

м.

Рассчитаем общую толщину стены:

м.

Вывод: Определили расчетную температуру наружного воздуха   tн= -26 °С. Рассчитали сопротивление теплопередаче слоя торфяных плит R2=2,863 2 ∙ ºС)/Вт, тепловую инерцию наружной стены из штучных материалов D=9,95 (стена высокой инерционности). Определили толщину слоя торфяных плит м и общую толщину стены  м.

Определяем требуемое сопротивление теплопередачи стены по формуле:

=(м2 0С)/Вт.

Находим экономически целесообразное сопротивление теплопередачи.

2 0С)/Вт.

- стоимость тепловой энергии, руб/ГДж

- продолжительность отопительного периода согласно таблице 4.4 ТКП 45-2.04-43-2006 (02250), сут

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

- коэффициент теплопроводности материала однослойной или теплоизоляционного слоя многослойной ограждающей конструкции в условия эксплуатации, в зависимости от расчетной температуры и относительной влажности внутреннего воздух,

Стоимость тепловой энергии:

=22686 руб/Гдж.

 Стоимость материала берем у производителя:

Вывод: Сравниваем полученные результаты Rт.тр=0,7722 0С)/Вт; Rт.норм=3,22 0С)/Вт; Rт.эк=2,3662 0С)/Вт; и выбираем значение наибольшего термического сопротивления, в нашем случае:

Rт.норм=3,22 0С)/Вт.

1.2 Расчет термического сопротивления совмещенного

покрытия здания

           

Рисунок 1.2.(а). Перекрытие здания.

Рисонок 1.2.(б). Перекрытие здания с рассматриваемыми сечениями

- Битум нефтяной строительный (Ж), λ 1 =0,27;

- Сосна и ель поперек волокон (Д), λ 2 =0,18;

- Гравий керамзитовый (Г), λ 3 =0,23.

- Железобетон (В), λ 4 =2,04.

Конструктивное решение представлено на рисунке 1.2. Предварительно, для нахождения термического сопротивления перекрытия определили толщину искомого слоя Х. Для этого по таблице 5.1.[1] выбираем нормативное сопротивление теплопередаче Rнорм = 6,0(м2∙°С)/Вт.

Сопротивление искомого слоя находим по формуле:

 

Где, в - коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждающей конструкции, [1, таблица5.4.];

       н - коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, применяемый по таблице 5.7 [1].

Определяем толщину искомого слоя:

м.

Разделим конструкцию на повторяющиеся элементы, приняв, что данные элементы имеют правильную геометрическую форму прямоугольника со сторонами 0,1х0,1.

Определим термическое сопротивление элементов при условии деления их плоскостями, параллельными тепловому потоку. Конструктивное решение представлено на рисунке 1.2.1.

Рисунок1.2.1(1) Элемент перекрытия

Рисунок1.2.1(2) Элемент перекрытия

Рисунок1.2.1(3) Элемент перекрытия

Рисунок1.2.1(4) Элемент перекрытия

Где Ri – термическое сопротивление каждого слоя конструкции, (м2∙°С)/Вт.

 Железобетонную плиту разбиваем на три слоя: два слоя железобетона и слой воздушной прослойки.

2∙°С)/Вт.

2∙°С)/Вт.

2∙°С)/Вт.

2∙°С)/Вт.

Коэффициент теплопроводности замкнутой воздушной прослойки при толщине 0,089 (м), что примерно равно 0,1 (м) примем  λ = 0,672∙°С)/Вт.

Определяем площади элементов:

    

  

Термическое сопротивление элемента при условии деления его плоскостями параллельными тепловому потоку:

2∙°С)/Вт.

   Находим термическое сопротивление элемента при условном делении его плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку.  Конструктивное решение представлено на рисунке 1.2.2.

Рисунок 1.2.2 Конструкция перекрытия при условии деления его плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку

2· 0С)/Вт;

2· 0С)/Вт;

2· 0С)/Вт;

2· 0С)/Вт;

2· 0С)/Вт;

Тогда,

Итак, получили: 2∙°С)/Вт.   2∙°С)/Вт.

Так как термическое сопротивление не превышает величину более чем на 25%, то термический расчет конструкции выполняют согласно формуле:

2∙°С)/Вт.

Вывод: данная конструкция перекрытия удовлетворяет требованиям [1] по теплопроводности, так как нормативное сопротивление конструкции

Rнорм = 6,0(м2∙°С)/Вт., что меньше расчетного сопротивления R=6.41(м2∙°С)/Вт.

2 Расчет температурного поля в многослойной                       

                           конструкции

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

                                  

Рисунок 2.1 – Наружная стена здания

- железобетон  

λ 1 = 2,04 Вт/( м ∙°С); S1 = 19,70 Вт/(м2 ∙°С);

- плиты торфяные теплоизоляционные

λ 2 = 0,08 Вт/( м ∙°С); S2 = 2,34Вт/(м2 ∙°С);

   - цементно-песчаный раствор

λ 3 = 0,93Вт/( м ∙°С); S3 = 11,09 Вт/(м2 ∙°С);


                                 

Рисунок 2.2 – Изменение температуры в наружной стене

Определяем термическое сопротивление каждого слоя материала:

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

,

где  δ  – толщина рассматриваемого слоя, м ;

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

Вычислим термическое сопротивление отдельных слоев:

- железобетон  

2 ∙ ºС)/Вт;

- плиты торфяные теплоизоляционные

2 ∙ ºС)/Вт;

   - цементно-песчаный раствор

2 ∙ ºС)/Вт;

=0,147+2,863+0,032=3,042 2 ∙ ºС)/Вт.

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

Вт/м2,

где  tв - температура внутреннего воздуха, °С;

  tн - температура наружного воздуха, °С .

Определяем температуры на границах слоев конструкции по формуле:

,

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

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

ºС;

ºС;

ºС;

ºС;

Граница промерзания находится в слое торфяных плит.

Определяем глубину промерзания в теплоизоляционном слое и составляем пропорцию:

;

Отсюда х=0,09 м;

Общая глубина промерзания в этом случае составит:

δпр = х+0,03=0,12м.

Рисунок 2.3 – Глубина промерзания в теплоизоляционном слое

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

       

Рисунок 2.4 - Изменение температуры в наружной стене

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

0,147+2,863+0,032=3,042 2 ∙ ºС)/Вт.

Вт/м2.

Определяем температуры на границах слоев конструкции по формуле:

,

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

Rx - часть термического сопротивления, находящегося между плоскостями c температурами t1 и tx,2 ∙ ºС)/Вт.

ºС;

ºС;

ºС;

ºС;

Граница промерзания находится в слое торфяных плит.

Определяем глубину промерзания в теплоизоляционном слое и составляем пропорцию:

;

Отсюда х=0,1 м

Общая глубина промерзания в этом случае составит:

δпр =0,3+х =0,4м.

                    

Рисунок 2.5 – Глубина промерзания в теплоизоляционном слое

    Вывод: Глубина промерзания, в первом случае составляет 120 мм, во втором случае 400 мм. Экономически целесообразнее делать теплоизоляция как представлено в первом случае, при этом точка росы переносится в теплоизоляционный слой и стена незначительно промерзает в отличие от теплоизоляция, которая представлена во втором случае. При наружной теплоизоляции ограждающая конструкция аккумулирует тепло, потери тепла минимальны.

         3. Определение сопротивления паропроницанию                                  

              вертикальных ограждающих конструкций

      Расчет сопротивления паропроницанию наружной стены

Исходные данные:

  1.  Температура внутреннего воздуха -  tB =21 °С.
  2.  Относительная влажность - φотн = 60 %.
  3.  Влажностной режим - нормальный,
  4.  г. Гродно

Рисунок 3.1 - Конструкция наружной стены здания

Влажностной режим нормальный, условия эксплуатации ограждающих конструкций «Б» по таблице 4.2[1].

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

- железобетон  (В)

λ 1 = 2,04 Вт/( м ∙°С); S1 = 19,70 Вт/(м2 ∙°С); μ 1=0,03 мг/(м ∙ ч ∙ Па);

- плиты торфяные теплоизоляционные (А)

λ 2 = 0,08 Вт/( м ∙°С); S2 = 2,34Вт/(м2 ∙°С); μ 1=0,19 мг/(м ∙ ч ∙ Па);

  - цементно-песчаный раствор (Е)

λ 3 = 0,93Вт/( м ∙°С); S3 = 11,09 Вт/(м2 ∙°С);μ2 =0,09 мг/(м ∙ ч ∙ Па);

Расчетные параметры наружного воздуха для расчета сопротивления паропроницанию – среднее значение температуры и относительная влажность за отопительный период:

Для Гродненской области средняя температура наружного воздуха за отопительный период tнот = -0,5 °С ,таблица 4,4 [1]; средняя относительная влажность наружного воздуха за отопительный период φнот = 85% .

Парциальные давления водяного пара внутреннего и наружного воздуха при расчетных значениях температуры и относительной влажности составляют:

ен=499Па,

ев = 0,01 φв ∙Ев,

где   φв – расчетная относительная влажность внутреннего воздуха,  %;

Ев  - максимальное парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, [Па]; при расчетной температуре воздуха tв = 21 °С ,

Ев = 2488 Па.

Тогда:  ев= 0,01∙60∙2488 =1492,8=1493 Па.

Положение плоскости возможной конденсации в данной конструкции находится на границах слоя цементно-песчаного раствора и торфяных теплоизоляционных плит.

Определяем температуру в плоскости возможной конденсации по формуле:

где   RT - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, (м ∙°С)/Вт

RTi - термические сопротивления слоев многослойной конструкции или части однослойной конструкции, расположенных в пределах внутренней поверхности конструкции до плоскости возможной конденсации, (м∙°С)/Вт.

°С.

Максимальное парциальное давление водяного пара в плоскости возможной конденсации при tK = 0°С составляет:   Ек = 611 Па.

Сопротивление паропроницанию до плоскости возможной конденсации до наружной поверхности стены составляет:

2 ∙ ч ∙ Па) /мг.

Определяем требуемое сопротивление паропроницанию стены от её внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации:

 2 ∙ ч ∙ Па) /мг.

Сопротивление паропроницанию рассчитываемой конструкции стены в пределах от её внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации составляет:

 2 ∙ ч ∙ Па) /мг.

 

  Вывод: Данная конструкция наружной стены  отвечает требованиям СНБ 2.04.01-97 по сопротивлению паропроницанию, так как

    Rпв=11,21>Rnн.тр=2,6(м2 ∙ ч ∙ Па) /мг

         4. Определение сопротивления воздухопроницания

Исходные данные

tB=21°C,tH=-26°C;

Н=21м;

физические свойства материалов слоев:

 1 - δ1 = 0,3 м;

 2 - δ2=x = 0,229 м;

 3 – δ3 = 0,03 м;

Конструктивное решение рассчитываемой схемы приведём на рисунке 4.1

           

Рисунок 4.1 - Наружная стена здания

Определяем требуемое сопротивление воздухопроницанию RTp , (м2 ∙ ч ∙ Па) /мг  

RТp= ∆Р / Gнорм,

где ∆Р - расчетная разность давлений на наружной и внутренней поверхности здания , определяемая по формуле :

∆Р = 0,55∙Н∙(γн - γв) + 0,03 ∙ γнvср2;

       Н - высота здания , м ;

 γп , γв - удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха, Н/м3,

            определенный по формуле: γн(в) = 3463/(273 +t);

        t - температура воздуха, °С ;

     vcp - максимальная из средних скоростей ветра за январь, постоянность которых составляет 16% и более , принимаем по таблице 4.5[1], м/с;

  Gнорм - нормальная воздухопроницаемость ограждающих конструкций , выбираем по таблице 8.1[1], кг/(м2 ∙ ч)

        γн = 3463/(273+( - 26)) = 14,02 Н/м2

              γв = 3463/(273+21) = 11,78 Н/м2

          

 ∆Р = 0,55 ∙ 21 ∙ (14,02 - 11,78) + 0,03 ∙ 14,02 ∙ 5,22 = 37,25 Па

            2 ∙ ч ∙ Па) /кг   

Вывод: согласно расчету сопротивление воздухопроницанию наружной стены составляет RТр = 74,5 (м2 ∙ ч ∙ Па) /кг

       5  Список используемой литературы

1 TKП 45-2.04-43-2006 Строительная теплотехника. Минск, 1994.

2 СНиП 2.04.05-91 Отопление, вентиляция и кондиционирование. Госстрой СССР. – М., 1992.

3 Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергоиздат, 1981.

4 ГОСТ 2.105-95 Общие требования к текстовым документам. Изд. Стандартов, 1996.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2423. Научные основы современных сталеплавильных процессов 12.12 MB
  Книга посвящена изучению физико-химической природы процессов, протекающих в сталеплавильных агрегатах. Приведены результаты собственных лабораторных и полупромышленных исследований авторов, обобщены многочисленные данные, приводимые в периодической литературе и посвященные проблеме совершенствования рафинирования стали в процессах плавки и внеагрегатной обработки.
2424. Анализ особенностей конструкции, эксплуатации и испытаний двигателя РД-600В 4.86 MB
  В дипломном проекте рассмотрены особенности конструкции вертолётного двигателя Сатурн РД-600В. Выполнена оценка его надёжности и технологичности. Выявлены причины разрушения ведущей шестерни редуктора. Произведен анализ технологического процесса испытания двигателя Сатурн РД-600В. Даны рекомендации по совершенствованию технологического процесса испытания, путём внедрения оборудования позволяющего сократить трудоёмкость проведения специальных испытаний.
2425. Проектирование систем автоматизации 4.46 MB
  Жизненный цикл СА. Последовательность проектирования АСУ ТП, состав и содержание проектной документации. Разработка и выполнение схемы автоматизации. Выбор технических средств. Общие сведения о функциональных схемах автоматизации и принципах их выполнения. Пример обоснования выбора технических средств автоматизации для реализации АСР. Электропитание средств измерения и автоматизации. Разработка документации для выполнения внутрищитовой коммутации.
2426. Підйомно-транспортні машини 1.05 MB
  До підйомно-транспортних машин відносяться машини і механізми призначенням яких є підйом і переміщення вантажів на порівняно невеликі відстані, на відміну від так званого дальнього транспорту - залізничного, автомобільного, водного і повітряного,який служить для переміщення вантажів на великі відстані.
2427. Динамічні пружні навантаження при підйомі вантажу 223.91 KB
  У разі підйому вантажу з ваги всі зазори в механізмі і канатах вибрані, а пружна система відповідно деформувалася тобто всі пружні елементи механізму вже піддані дії ваги вантажу і всі маси пружної системи починають рух одночасно.
2428. Економіка і організація виробництва 165.38 KB
  Методологія вивчення дисципліни Економіка і організація виробництва. Основні фонди підприємств авіаційної промисловості і їх використання. Оборотні кошти і матеріально-технічне забезпечення підприємств в умовах ринкової економіки. Собівартість продукції підприємств. Основи ціноутворення. Комерційний розрахунок і фінанси підприємств. Виробничі процеси і принципи їх раціональної організації. Сутність і функції процесу управління виробництвом.
2429. Лексичні одиниці в програмуванні 121 KB
  Лексичний устрій тексту програм. Напередвизначені позначення. Класифікація напередвизначених типів. Алфавіт будь-якої мови програмування є підмножиною символів (літер), представлених у спеціальній таблиці ASCII.
2430. Аналіз табличних даних 157 KB
  Корпоративна система призначається як правило для оперативного управління. Тому для менеджерів-аналітиків, яким необхідно шукати оптимальні рішення, дуже актуальним є застосування підручних програмних засобів. Одним з таких засобів є табличний процесор Excel, що входить у загальнодоступний пакет Microsoft Office.
2431. Способи вираження кількісного складу розчинів 40.22 KB
  Розчинами є плазма крові, слина, шлунковий сік, сеча та інші рідини людського організму. З утворенням розчинів пов’язані процеси засвоєння їжі та виведення із організму продуктів життєдіяльності. У формі розчинів у організм вводиться багато лікарських препаратів. Тому лікареві необхідні знання про величини, що характеризують кількісний склад розчинів.