1170
.pdf
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам по строительной теплофизике для студентов специальности 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция»
Солнечная |
Осадки |
радиация |
|
- Температура |
|
- Влажность |
|
- Ветер |
|
|
Звук |
- Температура |
|
- Влажность |
|
Омск • 2009 |
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия»(СибАДИ)
Инженерно-строительный институт
Кафедра «Городское строительство и хозяйство»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам по строительной теплофизике для студентов специальности
270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция»
Составитель Д.А. Харламов
Омск
СибАДИ
2009
3
УДК 53:624 ББК 22.3
Рецензент С.А. Горчуков, директор ООО «Горпроект»
Работа одобрена научно-методическим советом специальностей 270109 и 270105 в качестве методических указаний к лабораторным работам по строительной теплофизике для студентов специальностей ТГВ, ГСХ.
Методические указания к лабораторным работам по строительной теплофизике для студентов специальности 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция» / Сост. Д.А. Харламов. – Омск: СибАДИ, 2009. – 53 с.
Предназначены для использования при выполнении лабораторных работ студентами специальности ТГВ по дисциплине «Строительная теплофизика» и специальности ГСХ по дисциплине «Обследования, испытание и оценка ограждающих конструкций зданий и сооружений». Составлены в соответствии с действующими стандартами, нормами проектирования и учебными программами.
При описании лабораторных работ указаны испытательные стенды и оборудование, которыми оснащены лаборатории ИСИ СибАДИ.
Табл. 17. Ил. 15. Прил. 8. Библиогр.: 7 назв.
© ГОУ «СибАДИ», 2009
4
ВВЕДЕНИЕ
Методические указания предназначены для использования в учебном процессе при выполнении лабораторных работ по дисциплинам «Строительная теплофизика» и «Обследования, испытание и оценка ограждающих конструкций зданий и сооружений». Указания составлены в соответствии с действующими нормативными документами и учебными планами.
Целью описанных лабораторных работ является получение практических навыков по определению теплофизических характеристик строительных материалов и конструкций, освещенности помещений, работоспособности элементов системы вентиляции.
Перед выполнением лабораторной работы студенты обязаны пройти у ведущего преподавателя инструктаж по технике безопасности.
5
Лабораторная работа № 1 (расчетная)
ОЦЕНКА ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ КАЧЕСТВ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
Цель работы: определить соответствие теплозащитных качеств ограждающей конструкции требованиям нормативных документов.
Методика выполнения оценки теплозащитных качеств
1. Определение требуемых значений сопротивления теплопереда-
че.
Определение требуемых теплозащитных качеств наружных ограждающих конструкций выполняется в соответствии с назначением здания (жилое, общественное или производственное).
В соответствии с СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» требуемое приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций зданий Rreq определяется в зависимости от градусо-суток района строительства Dd:
Dd = (tint - tht) zht , |
(1) |
где tint – расчетная средняя температура внутреннего воздуха, ºС, принимаемая для расчета ограждающих конструкций здания; tht, zht – средняя температура наружного воздуха, ºС, и продолжительность, сут., отопительного периода, принимаемые по СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» для периода со средней среднесуточной температурой наружного воздуха не более 8 ºС.
Далее, по [1, табл. 4], производится выбор требуемого значения сопротивления теплопередаче исходя из назначения здания.
Поскольку в [1] предусмотрен санитарно-гигиенический показатель тепловой защиты зданий и нормирование удельного расхода тепловой энергии на отопление, то минимальное требуемое значение сопротивления теплопередаче определяется по формуле
R |
|
n (tint |
text ) |
, |
(2) |
|
|
α |
|||||
req |
|
Δt |
n |
|
|
|
|
|
|
int |
|
|
|
где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наруж-
6
ному воздуху, принимаемый по прил. 1; Δtn – нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха tint и температурой внутренней поверхности τint ограждающей конструкции, ºС, принимаемый по прил. 2; αint – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций Вт/(м2·ºС), принимаемый по прил. 3; text – расчетная температура наружного воздуха, принимаемая по [3, табл. 1].
2. Определение фактического значения сопротивления теплопередаче.
Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции определяется по формулам:
– для однослойной конструкции
Ro = Rsi + Rk + Rse , |
(3) |
– для многослойной конструкции
Ro = Rsi + ΣRk,i + Rse , |
(4) |
где Rk – термическое сопротивление, м2·ºС/Вт; Rsi – сопротивление
тепловосприятию, м2·ºС/Вт; Rse – сопротивление теплоотдаче, м2·ºС/Вт.
Rк Σ |
δi |
, |
(5) |
|
λ
i
где δi - толщина слоя, м; λi – коэффициент теплопроводности слоя, Вт/(м·ºС), принимаемый по [2, табл. Д.1]; αint – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2·ºС); αext – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций для условий холодного периода, Вт/(м2·ºС), принимаемый по прил. 4.
Пример выполнения расчета
Необходимо оценить теплозащитные качества наружной стены жилого здания. Район строительства – г. Владивосток (зона влажности – влажная). Схема конструкции стены с указанием характеристик материалов, представлена на рис. 1.
7
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Условные обозначения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
1 – кирпичная кладка из полнотелого |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
глиняного кирпича на цементно- |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песчаном растворе, λБ = 0,81 Вт/(м·ºС); |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
2 – пенополистирол, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λБ = 0,05 Вт/(м·ºС); |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 – ячеистый бетон γ = 300 кг/м3, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λБ = 0,13 Вт/(м·ºС); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
4 – цементно-песчаный раствор, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λБ = 0,93 Вт/(м·ºС) |
|
|
120 |
50 |
250 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1. Конструктивное решение наружной стены
Градусо-сутки района строительства составляют:
Dd = (20-(-3,9))·196 = 4684.
По [1, табл. 4] для наружных стен жилых зданий определяем –
Rreq = 3,04 м2·ºС/Вт.
Минимально допустимое требуемое значение сопротивления теплопередаче
R 1 (20 (-24)) 1,26 м2·ºС/Вт.
req |
4 8,7 |
|
Фактическое значение сопротивления теплопередаче определяется по формуле (4):
Ro = |
1 |
|
0,12 |
|
0,05 |
|
0,25 |
|
0,02 |
|
1 |
2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,25 м ·ºС/Вт. |
|
8,7 |
0,81 |
0,05 |
0,13 |
0,93 |
23,0 |
|||||||||||
Таким образом, теплозащитные качества рассчитанной конструкции соответствует нормативным требованиям.
8
Лабораторная работа № 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ КАЧЕСТВ НАРУЖНОЙ СТЕНЫ В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ
Цель работы: определить сопротивление теплопередаче и распределение температуры по толщине стены на основе натурных замеров. Выполнить оценку теплозащитных качеств и сравнение замеренных температур с расчетными значениями.
Приборы и принадлежности
1.Хромель-копелевые термопары, установленные в конструкции
стены.
2.Многоканальный переключатель.
3.Измеритель температуры портативный ИТП-2.
4.Измеритель плотности тепловых потоков ИПП-2.
Описание экспериментальной установки
Объектом исследований является наружная стена лаборатории, выполненная из кирпичной кладки (полнотелый глиняный кирпич на цементно-песчаном растворе).
По толщине стены заложена плеть хромель-копелевых термопар с распределением датчиков на заданном расстоянии друг от друга. Для замера температур наружного и внутреннего воздуха две термопары закреплены на наружной и внутренней сторонах стены.
Конструктивное решение стены и схема размещения датчиков представлены на рис. 2.
Через многоканальный переключатель термопары подключены к измерителю температуры ИТП-2.
Порядок выполнения работы
1.Вычертить схему исследуемой стены с указанием толщин слоев и размещения датчиков.
2.Подготовить схему стены для построения графика распределения температур по толщине (рис. 1, б) и таблицу для записи замеренных значений температур (табл. 1).
3.Поверить правильность подключения прибора ИТП-2 и поэтапно, переключая многоканальный переключатель, зафиксировать
9
значения температур. После проведения первых замеров провести замеры в обратном порядке.
4.Вычислить средние значения температур.
5.Подвести датчик для измерения плотности теплового потока к поверхности стены на расстоянии не более 200 мм от зоны расположения плети термопар. Включить прибор и, наблюдая за показаниями, зафиксировать значение плотности теплового потока при установлении его стабильного значения.
а) |
б) |
150 175 175 175 175 150
150 175 175 175 175 150
20
text τext |
τ1 |
τ2 τ3 |
τint tint |
0 |
|
|
Штукатурка |
|
|
Гипсокартон |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кирпичная |
|
|
Воздушная |
|
|
|
кладка |
|
700 |
прослойка |
-20 |
|
|
20 |
|
12 |
20 |
700 |
12 |
|
|
|
|
30 |
|||
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2. Конструктивное решение наружной стены (а) и схема для построения линии распределения температур (б)
|
|
|
Результаты замера температур |
|
Таблица 1 |
||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ заме- |
text |
τext |
|
τ1 |
τ2 |
τ3 |
τint |
|
tint |
ра |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Средние |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
значения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По формуле (6) определить сопротивление теплопередаче наружной стены
10
Ro= |
1 |
|
τint |
τext |
|
1 |
, |
(6) |
αint |
|
q |
|
|||||
|
|
|
|
αext |
|
|||
где τint, τext – температуры на внутренней и наружной поверхности, ºС; q – тепловой поток, Вт/м2; αint – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности, 8,7 Вт/(м2·ºС); αext – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности, 23 Вт/(м2·ºС).
Расчетное (теоретическое) значение сопротивления теплопередаче определяется по формуле (4).
Температура внутренней поверхности, при стационарном тепловом потоке, определяется по формуле
τint = tint – |
tint |
text |
. |
(7) |
Ro |
|
|||
|
αint |
|
||
Температура в любой плоскости Х ограждающей конструкции
|
t |
int |
t |
ext |
|
|
1 |
|
|
|
τх = tint – |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Rx |
, |
(8) |
|
|
|
Ro |
|
αext |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Rx – термическое сопротивление слоев, расположенных между внутренней поверхностью стены и ее плоскостью Х, в которой определяется температура.
11