Обеспечение микроклимата зданий

Исходные данные для проектирования.
Объект – вариант №2; библиотека;
Место строительства – г. Брянск;
Ориентация здания по сторонам света – ЮВ;
Высота этажа – 3,6 м;
Отметка уровня земли - -1,0 м;
Отметка подвала - -2,8 м;
Размеры окон: ширина 1,5 м, высота 1,8 м;
Входные двери – 1,6*2,2 м;
Наименование помещения, в котором воздухообмен определяется расчетом – читальный зал на 30 мест.
     

⦁    Выбор расчетных параметров наружного и внутреннего климата
⦁    Расчетные параметры наружного воздуха
Климатологические данные определены по [1] и приведены в таблице №1.
Таблица 1-  Расчетные параметры наружного воздуха                                                                                                                                                                                                                                                             
                                                                                                                                                                                                                                                            
Наименование пункта    Географическая  широта    Барометрическое давление    Холодный период, 
параметры Б    Тёплый период, 
параметры А    Переходный. период
               Коэффициент обеспеченности, Коб    Наружная тем-ра холод. пятидн., tнБ    Теплосодержание наруж. воздуха,IнБ    Сред. температура отоп. периода, tht    Продолжительн. отопит. периода, Zht    Скорость ветра, v    Тем-ра наружного воздуха, tнА    Теплосодержание наруж. воздуха, IнА
    Тем-ра  наружного
воздуха, tнП    Теплосодержание наруж воздуха, IнП
Брянск    °СШ    гПа    0,92    °C    кДж/кг    °C    сутки    м/с    °C    кДж/кг
    °C    кДж/кг
     53    990         -24    -23    -2    199    3,4    21    50,5    10     26,5 

1.2 Расчетные характеристики микроклимата в помещении
Параметры внутреннего воздуха определены в соответствии с [7] и приведены в таблице №2.
Таблица №2 - Расчетные параметры внутреннего воздуха в помещениях
Номер
по 
плану    Наименование помещения    Классификация помещения    Температура внутреннего воздуха, оС
                   Оптимальная    Расчётная
Подвал
1    Венткамера, ТУ    II б    15-21    15
2    Техподполье    -    -    -
Первый этаж
101    С/у    6 кат.    16-18    16
102    С/у    6 кат.    16-18    16
103    Помещение хранителей    2 кат.    19-21    19
104    Хранилище служебных каталогов    6 кат.    16-18    16
105    Помещение хранителей    2 кат.    19-21    19
106    Рабочий кабинет    2 кат.    19-21    19
107    Вестибюль-холл    6 кат.    16-18    16
108    Зона читательского обслуживания    2 кат.    19-21    19
109    Коридор    6 кат.    16-18    16
Второй этаж
201    С/у    6 кат.    16-18    16
202    С/у    6 кат.    16-18    16
203    Курительная    6 кат.    16-18    16
204    Множительная    2 кат.    19-21    19
205    Рабочий кабинет    2 кат.    19-21    19
206    Читальный зал на 25 мест    3а кат.    20-21    20
207    Читальный зал на 30 мест    3а кат.    20-21    20
208    Коридор    6 кат.    16-18    16
Лестничная клетка
ЛК    Лестничная клетка    6 кат.    16-18    16

⦁    Теплотехнический расчет ограждающих конструкций.
Наружные стены.
1 – облицовка природным камнем – известняк ρ = 1400 кг/м3, δ = 0,2 м; λ = 0,56 Вт/м˚С;
2 – плиты минераловатные жесткие ρ = 200 кг/м3; λ = 0,045 Вт/м˚С;
3 – кирпич керамический пустотный ρ = 1200 кг/м3, δ = 0,25 м; λ = 0,47 Вт/м˚С;
4 – внутренняя штукатурка известково-песчаным раствором ρ = 1600 кг/м3, δ = 0,02 м; λ = 0,7 Вт/м˚С.
По [1] определяем следующие параметры наружного воздуха для г. Брянск:
Температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 tн = -24˚С
Средняя температура наружного воздуха за отопительный период tот = -2˚С
Продолжительность отопительного периода Zот = 199 сут
Зона влажности – нормальная.
По [2] определяем, что влажностный режим помещений – сухой, и следовательно условия эксплуатации ограждающих конструкций – А.
Коэффициенты теплопроводности строительных материалов определены по [2].
По [3] находим, что расчетная температура внутреннего воздуха tв = 19˚С, берем как среднюю по зданию.
Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) определяем по формуле:
ГСОП= = (19+2)·199 = 4179 (ºС·сут);
По [2] находим требуемое приведенное сопротивление теплопередаче:
Rотр = а ГСОП + в = 0,0003*4179 + 1,2 = 2,454 (м2·ºС)/Вт.  
Определяем требуемую толщину утеплителя из условия   .
 
αв = 8,7 Вт/(м2°С) - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, определяется по [2] ;
αн = 23 Вт/(м2°С) - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, определяется по [2].
r - коэффициент теплотехнической однородности конструкций, учитывающий влияние гибких связей ; r =0,75.
δу  = (
Принимаем к установке утеплитель толщиной 100 мм.
Определяем фактическое сопротивления теплопередаче:
Rоф =  (м2·°С)/Вт.
Должно соблюдаться условие:
 ;
2,474 > 2,454 (м2·°С)/Вт – условие выполнено.
По фактическому сопротивлению теплопередачи ограждающей конструкции  , находим коэффициент теплопередачи    наружной стены
k = 1/ Rоф = 1/2,474 = 0,404 Вт/(м2·°С).
Толщина стены:
δст = 200 + 250 + 20 + 100 = 570 мм
Чердачное перекрытие.
Rотр = а ГСОП + в = 0,00035*4179 + 1,3 = 2,763 (м2·ºС)/Вт.  
Rотр = Rоф
k = 1/ Rоф = 1/2,763 = 0,362 Вт/(м2·°С).
Перекрытие над техподпольем.
Rотр = а ГСОП + в = 0,00035*4179 + 1,3 = 2,763 (м2·ºС)/Вт.  
Rотр = Rоф
k = 1/ Rоф = 1/2,763 = 0,362 Вт/(м2·°С).
Оконные проемы.
По [2] находим требуемое приведенное сопротивление теплопередаче:
Rотр = 0,409 (м2·ºС)/Вт.
Принимаем следующий тип заполнения оконных проемов: двойное остекление в раздельных переплетах с:
Rо = 0,44 м2°С/Вт;
Коэффициент теплопередачи окна (ОК), Вт/(м2°С): k = 1/0,44 = 2,273.
Наружные двери.
Для наружных дверей вне зависимости от их конструкции приведенное сопротивление теплопередаче Rн.д, м2°С/Вт, и общий коэффициент теплопередачи kн.д, Вт/(м2⋅ °С), определяется из условий:
Rнд =    =    = 0,659 (м2°С/Вт)
kнд =  =    = 1,52 (Вт/(м2⋅ °С))
n - коэффициент учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху; согласно [2] для наружной стены n = 1;
Δtн, °С - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции; согласно [2] для наружной стены Δtн = 4,5˚С.

3. Определение мощности системы отопления здания.
Тепловые потери через ограждающие конструкции помещения QТП, Вт, определяются следующим образом:
         
где k – коэффициент теплопередачи отдельной ограждающей конструкции, Вт/(м2°С);
A – расчетная площадь поверхности ограждения, вычисленная по правилам его обмера, м2;
tв – внутренняя температура воздуха в помещении, °С;
tн – расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года, tн50,92 при расчете теплопотерь через наружные ограждения, °С;
n – коэффициент учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху;
β – коэффициент, учитывающий добавочные теплопотери в долях от основных.
Переток тепла через внутренние стены в рамках курсовой работы не учитывается.
Расчет тепловых потерь через ограждающие конструкции сведен в таблицу. 
Расчетные температуры внутреннего воздуха помещений определены по пособиям [4].
При расчете из площади наружных стен не вычитается площадь оконных проемов, но при этом расчетный коэффициент теплопередачи окон уменьшен на величину коэффициента для наружных стен.
Добавочные теплопотери на ориентацию ограждений, обращенных на:
- северо-восток 0,1;
- юго-восток 0,05;
- юго-запад 0;
- северо-запад 0,1.
Прочие добавочные теплопотери:
- добавка на наличие двух и более наружных стен принимается в размере 5%;
- добавка на подогрев холодного воздуха врывающегося через наружные двери в общественных зданиях — 500%;
- добавка на высоту для помещений высотой более 4 м принимается в размере 2% на каждый метр высоты, стен более 4 м, но не более 15%. 
Расчет инфильтрационных теплопотерь.
      1. Определяем требуемое сопротивление воздухопроницанию окон    , предварительно определив высоту здания (от уровня земли до верха вытяжной шахты H , удельные веса наружного   Н    и внутреннего   В   воздуха и разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях окон  p 
                  H = hтм.зо + 2hэт + hч + hвш = 1,000 + 23,6 + 3,5 + 0,5 = 12,2 м
                  = 3463/ 273 + (-24) = 13,9 Н/м3
                  =3463/(273+19)=11,9 Н/м3  
                  = 0,5512,2( 13,9 – 11,9)+
                                     +  0,0313,9 3,42 =  18,2 Па
                  =  = 0,3 (м2чПа)/кг
      2. Определяем расчетную разность между давлениями на наружной и внутренней поверхностях окон на 1-ом (  p1)   , 2-м  (  p2)  этажах  и в лестничной клетке (pЛК), предварительно определив  расчетные высоты  от уровня земли до верха окна на 1-ом  ( h1)   и 2-м  ( h2 )  этажах и в лестничной клетке (hЛК) ; плотность наружного воздуха Н и условно-постоянное давление в здании pint
      а) расчетные высоты от уровня земли до верха окон на разных этажах
            h1=  hотм.з +  hдо подок.  +   h ок = 1,000 + 0,8 + 1,8 = 3,6 м
            h2=  h1 +  hэт  = 3,6 + 3,6 = 7,2 м
            hЛК = h1+ 0,5hэт = 3,6 + 1,8 = 5,4 м
               б)  плотность наружного воздуха 
                     = 353/273 – (-24) = 1,418 кг/м3 
       в) условно-постоянное давление в здании pint  
                     =
              = 0,512,2( 13,9 – 11,9) + 0,251,4183,420,8 – (-0,6)0,4  = 14,5 Па
        г) расчетная разность между давлениями на наружной и внутренней поверхностях окон на разных этажах:
         1-й этаж
                     =
  = (12,2 – 3,6) ( 13,9 – 11,9) + 0,5 1,4183,420,8 – (-0,6)0,4 – 14,5 = 7,3 Па
        2-й этаж
                     =
  = (12,2– 7,2) ( 13,9 – 11,9) + 0,5 1,4183,420,8 – (-0,6)0,4  - 14,5= 0,1 Па
        ЛК
                    =
 = (12,2 – 5,4) (13,9 – 11,9) + 0,5 1,4183,420,8 – (-0,6)0,4 -14,5= 3,7 Па
      3. Определяем расход воздуха, инфильтрующегося в помещения через неплотности оконных переплетов на 1-ом  (G1), 2-ом  (G2 ) этажах и в лестничной клетке    (GЛК ),  приравнивая   :
                     =  = 7,4 кг/ч 
                     =  = 0,4  кг/ч
                      =  = 4,7 кг/ч
      4. Определяем расход теплоты на нагрев воздуха, инфильтрующегося в помещения через неплотности одного оконного переплета на 1-ом  (Qинф1 ),  2-ом (Qинф2)  этажах, и в лестничной клетке   QинфЛК :
 = 0,287,41[16 –(- 24)]1 = 83 Вт – при tв = 16°С
 = 0,287,41[19 –(- 24)]1 = 89 Вт – при tв = 19°С
 = 0,280,41[16 –(- 24)]1 = 4 Вт – при tв = 16°С
 = 0,280,41[19 –(- 24)]1 = 5 Вт – при tв = 19°С
 = 0,280,41[20 –(- 24)]1 = 5 Вт – при tв = 20°С
 = 0,284,71[16 –(- 24)]1 = 53 Вт

Таблица 3. Расчет теплопотерь помещениями здания.
N пом.    Наименов.    tв,    Характеристика ограждения    k,    n    tн,    Δt,    Δt∙n,    Qосн, Вт    Добавки, β    Qогр, Вт    ΣQогр, Вт    ΣQинф, Вт    ΣQпом, Вт
     пом.    °С    Наим.    Ориентация              Площ.    Вт/м2оС         °С    °С    °С         На    Пр.    1+Σβ                    
               огр.         а, м    в, м    A, м2                                  ориент.                              
1    2    3    4    5    6    7    8    9    10    11    12    13    14    15    16    17    18    19    20    21
101    С/у    16    нс    юз    6,3    3,9    24,57    0,404    1,0    -24    40    40    397,05      0,00    0,05    1,05    416,90      1024    83    1107
          16    нс    сз    3,3    3,9    12,87    0,404    1,0    -24    40    40    207,98      0,10    0,05    1,15    239,18                 
          16    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    40    40    201,85      0,10    0,05    1,15    232,13                 
          16    пл         5,73    2,73    15,6429    0,362    0,6    -24    40    24    135,91                1,00    135,91                 
102    С/у    16    нс    сз    3    3,9    11,7    0,404    1,0    -24    40    40    189,07      0,10         1,10    207,98      579    83    662
          16    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    40    40    201,85      0,10         1,10    222,04                 
          16    пл         5,73    3    17,19    0,362    0,6    -24    40    24    149,35                1,00    149,35                 
103    Помещение хранитилей    19    нс    сз    6    3,9    23,4    0,404    1,0    -24    43    43    406,50      0,10         1,10    447,16      1246    178    1424
          19    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,10         1,10    238,69                 
          19    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,10         1,10    238,69                 
          19    пл         6    5,73    34,38    0,362    0,6    -24    43    25,8    321,10                1,00    321,10                 
104    хранилище служебных каталогов    16    нс    сз    9    3,9    35,1    0,404    1,0    -24    40    40    567,22      0,10         1,10    623,94      1738    249    1987
          16    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    40    40    201,85      0,10         1,10    222,04                 
          16    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    40    40    201,85      0,10         1,10    222,04                 
          16    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    40    40    201,85      0,10         1,10    222,04                 
          16    пл         9    5,73    51,57    0,362    0,6    -24    40    24    448,04                1,00    448,04                 
105    Помещение хранитилей    19    нс    сз    9,3    3,9    36,27    0,404    1,0    -24    43    43    630,08      0,10    0,05    1,15    724,59      2431    267    2698
          19    нс    св    6,3    3,9    24,57    0,404    1,0    -24    43    43    426,83      0,10    0,05    1,15    490,85                 
          19    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,10    0,05    1,15    249,54                 
          19    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,10    0,05    1,15    249,54                 
          19    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,10    0,05    1,15    249,54                 
          19    пл         8,73    5,73    50,0229    0,362    0,6    -24    43    25,8    467,19                1,00    467,19                 

Продолжение таблицы 3
1    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16    17
    18
    19
    20
    21

106    Рабочий кабинет    
19    
нс    
юв    
6    
3,9    
23,4    
0,404    
1,0    
-24    
43    
43    
406,50      
0,05        
1,05    
426,83      

1204    

178    

1382
          19    ок    юв    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,05         1,05    227,84                 
          19    ок    юв    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,05         1,05    227,84                 
          19    пл         6    5,73    34,38    0,362    0,6    -24    43    25,8    321,10                1,00    321,10                 
107    Вестибюль-холл    16    нс    юв    6    3,9    19,88    0,404    1,0    -24    40    40    321,26      0,05         1,05    337,32      1749    0    1749
          16    нд    юв    1,6    2,2    3,52    1,52    1,0    -24    40    40    214,02      0,05    4,15    5,20    1 112,88                 
          16    пл         6    5,73    34,38    0,362    0,6    -24    40    24    298,69                1,00    298,69                 
108    Зона читательского обслуживания    19    нс    юв    15,3    3,9    59,67    0,404    1,0    -24    43    43    1 036,59      0,05    0,1    1,15    1 192,08      3698    445    4143
          19    нс    юз    6,3    3,9    24,57    0,404    1,0    -24    43    43    426,83      0,00    0,1    1,10    469,51                 
          19    ок    юв    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,05    0,1    1,15    249,54                 
          19    ок    юв    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,05    0,1    1,15    249,54                 
          19    ок    юв    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,05    0,1    1,15    249,54                 
          19    ок    юв    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,05    0,1    1,15    249,54                 
          19    ок    юв    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,05    0,1    1,15    249,54                 
          19    пл         14,73    5,73    84,4029    0,362    0,6    -24    43    25,8    788,29                1,00    788,29                 
109    Коридор    16    нс    юз    3    3,9    11,7    0,404    1,0    -24    40    40    189,07      0,00    0,05    1,05    198,53      1628    84    1712
          16    нс    св    3    3,9    11,7    0,404    1,0    -24    40    40    189,07      0,10    0,05    1,15    217,43                 
          16    ок    юз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    40    40    201,85      0,00    0,05    1,05    211,94                 
          16    ок    св    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    40    40    201,85      0,10    0,05    1,15    232,13                 
          16    пл         3    29,46    88,38    0,362    0,6    -24    40    24    767,85                1,00    767,85                 
201    С/у    16    нс    юз    6,3    3,6    22,68    0,404    1,0    -24    40    40    366,51      0,00    0,05    1,05    384,83      1042    4    1046
          16    нс    сз    3,3    3,6    11,88    0,404    1,0    -24    40    40    191,98      0,10    0,05    1,15    220,78                 
          16    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    40    40    201,85      0,10    0,05    1,15    232,13                 
          16    пт         5,73    2,73    15,6429    0,362    0,9    -24    40    36    203,86                1,00    203,86                 
202    С/у    16    нс    сз    3    3,6    10,8    0,404    1,0    -24    40    40    174,53      0,10         1,10    191,98      638    4    642
          16    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    40    40    201,85      0,10         1,10    222,04                 
          16    пт         5,73    3    17,19    0,362    0,9    -24    40    36    224,02                1,00    224,02                 
Продолжение таблицы 3
1    2    3    4    5    6    7    8    9    10    11    12    13    14    15    16    17    18    19    20    21
203    Курительная    16    нс    сз    6    3,6    21,6    0,404    1,0    -24    40    40    349,06      0,10         1,10    383,96      1276    8    1284
          16    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    40    40    201,85      0,10         1,10    222,04                 
          16    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    40    40    201,85      0,10         1,10    222,04                 
          16    пт         6    5,73    34,38    0,362    0,9    -24    40    36    448,04                1,00    448,04                 
204    Множительная    19    нс    сз    9    3,6    32,4    0,404    1,0    -24    43    43    562,85      0,10         1,10    619,14      2058    15    2073
          19    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,10         1,10    238,69                 
          19    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,10         1,10    238,69                 
          19    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,10         1,10    238,69                 
          19    пт         9    5,73    51,57    0,362    0,9    -24    43    38,7    722,46                1,00    722,46                 
205    Рабочий кабинет    19    нс    сз    9,3    3,6    33,48    0,404    1,0    -24    43    43    581,61      0,10    0,05    1,15    668,86      2571    15    2586
          19    нс    св    6,3    3,6    22,68    0,404    1,0    -24    43    43    394,00      0,10    0,05    1,15    453,10                 
          19    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,10    0,05    1,15    249,54                 
          19    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,10    0,05    1,15    249,54                 
          19    ок    сз    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    43    43    216,99      0,10    0,05    1,15    249,54                 
          19    пт         8,73    5,73    50,0229    0,362    0,9    -24    43    38,7    700,79                1,00    700,79                 
206    Читальный зал на 25 мест    20    нс    юв    12    3,6    43,2    0,404    1,0    -24    44    44    767,92      0,05         1,05    806,32      2725    20    2745
          20    ок    юв    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    44    44    222,04      0,05         1,05    233,14                 
          20    ок    юв    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    44    44    222,04      0,05         1,05    233,14                 
          20    ок    юв    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    44    44    222,04      0,05         1,05    233,14                 
          20    ок    юв    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    44    44    222,04      0,05         1,05    233,14                 
          20    пт         12    5,73    68,76    0,362    0,9    -24    44    39,6    985,69                1,00    985,69                 

207    Читальный зал на 30 мест    20    нс    юв    15,3    3,6    55,08    0,404    1,0    -24    44    44    979,10      0,05    0,1    1,15    1 125,97      4056    25    3956
          20    нс    юз    6,3    3,6    22,68    0,404    1,0    -24    44    44    403,16      0,00    0,1    1,10    443,48                 
          20    ок    юв    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    44    44    222,04      0,05    0,1    1,15    255,34                 
          20    ок    юв    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    44    44    222,04      0,05    0,1    1,15    255,34                 
          20    ок    юв    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    44    44    222,04      0,05    0,1    1,15    255,34                 
          20    ок    юв    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    44    44    222,04      0,05    0,1    1,15    255,34                 
          20    ок    юв    1,5    1,8    2,7    1,869    1,0    -24    44    44    222,04      0,05    0,1    1,15    255,34                 
Окончание таблицы 3
1    2    3    4    5    6    7    8    9    10    11    12    13    14    15    16    17    18    19    20    21
        20    пт         14,73    5,73    84,4029    0,362    0,9    -24    44    39,6    1 209,93                1,00    1 209,93              
208    Коридор    16    нс    юз    3    3,6    10,8    0,404    1,0    -24    40    40    174,53      0,00    0,05    1,05    183,25      1980    8&