komin żelbetowy obliczenia. krystyna wróbel
DESCRIPTION
Krystyna Wróbel. Obliczenia termiczne trzony komina żelbetowego. Zestawianie obciążeń termicznychTRANSCRIPT
________________________________________________________________________
Komin żelbetowy
obliczenia statyczno-wytrzymałościowe
OBCIĄŻENIA TERMINCZNE
Opracował:inż. Bartłomiej Durak
Konsultował:dr inż. Krystyna Wróbel________________________________________________________________________
OBCIĄŻENIA TERMICZNE Strona1
3. Obliczenia termiczne
- Współczynnik przenikania ciepła Uo przez warstwę przegrody wg PN-ENISO 6946
Km
W
RU
To 2
1
W
KmRRRR seisiT
2
- Opór cieplny i-tej warstwy przegrody wg PN-EN 13084-1 ze wzroru:
W
Km
D
DD
ih
ih
i
h2
,
)1,(i ln
2R
y - współczynnik kształttu wg PN-EN 13084-1, y = 1,0 dla przekroju okrągłego
- Spadek temperatury ΔTi na i-tej warstwie przegrody oblicza się ze wzoru
ΔTi Uo Ri ΔT
ΔT Tw Tz gdzie Tw - temperatura gazów wewnątrzkominaTz - temperatura powietrza na zewnątrz komina
Temperaturę na krawędzi dowolnej warstwy przegrody oblicza się wg PN-EN ISO 6946 ze wzoru:
Tj TwΔT
RT
1
j
i
Ri
Rsi, R.se – współczynniki napływu i odpływu ciepła, przyjmowane z uwzględnieniempostanowień:
- dla wewnętrznej strony wykładziny
W
Km
vR
sisi
2
8
11
przy braku danych vs=0.1 H
- dla zewnętrznej strony powierzchni trzonu
m
KmR
ase
2
24
11
- przy obliczaniu maksymalnej temperatury materiałów dla zewnętrznej powierzchnitrzonu
W
KmR
aseM
2
6
11
Przy braku danych można przyjąć, że spadek temperatury wewnątrz komina na wysokościjednego metra komina wynosi 0.4K.
3.1 Temperatura w kominie
Temperatura na wlocie do komina wg danych producenta kotła
Tw 140Δ°C
Temperatura zewnętrzna
OBCIĄŻENIA TERMICZNE Strona2
Tz 25Δ°C temp. w zimie
TL 35Δ°C temp latem
3.2 Prędkość spalin w kominie
h 240 m wysokość komina
vsp 0.11
s h 0.1
1
s 240 m 24
m
s
vsp 24m
s średnia prędkość przepływu gazów w kominie
3.3 Opór cieplny poszczególnych warstw ściany komina
Obliczenia przeprowadzono dla segmentu XIII, na wysokości wlotowej czopucha - 5.0 m
Segment XIII
Temperatura gazów spalinowych = 140oC < 500oC
Rsi1
vsp. 81
24 8 0.031
Rsi 0.031m
2K
W współczynnik napływu ciepła
współczynnik odpływu ciepła dla temp awaryjnej (maksymalnej)
Km
WR
aseM 26
11
RseM 0.167m
2K
W
współczynnik odpływu ciepła w warunkach normalnych
Rse 0.042m
2K
W
Dh 13.015 m średnica wewnętrzna trzonu komina netto
warstwa 1 - izolacja termiczna PENNGUARD - 15cm
Dh1 13.015 m średnica wewnętrzna trzonu komina warstwy 1
warstwa 2 - trzon żelbetowy - 65 cm
Dh2 13.165 m średnica wewnętrzna trzonu komina warstwy 2
Dh3 14.75 m średnica wewnętrzna trzonu komina warstwy 3 - zewnętrznej
y 1.0 współczynnik kształtu
λ1 0.099W
m K wsp. przewodności cieplnej dla izolacji termicznie w temperaturze 140oC
λ2 1.58W
m K wsp. przewodności cieplnej dla żelbetu w temperaturze 140oC
OBCIĄŻENIA TERMICZNE Strona3
R1 yDh
2 λ1 ln
Dh2
Dh1
y13.015 m
2 λ1 ln
13.165 m13.015 m
0.753m
2K
W
R2 yDh
2 λ2 ln
Dh3
Dh2
y13.015 m
2 λ2 ln
Dh3
13.165 m
0.468m
2K
W
3.3.1 Opór cieplny ściany komina
Opór dla normalnej wartości temperatury trzonu
RT Rsi R1 R2 Rse 0.031m
2K
W 0.753
m2
KW
0.468m
2K
W 0.042
m2
KW
1.294m
2K
W
RT 1.294m
2K
W
3.3.2 Współczynnik przenikania ciepła
Uo1
RT
1
1.294m
2K
W
0.773W
m2K
3.4 Spadek temperatury ΔTi na i-tej warstwie przegrody - LATO
Temperatura wewnątrz komina
Tw 140 Δ°C
Temperatura zewnętrzna
Tz 25Δ°C temp w zimie
TL 35Δ°C temp latem
ΔTL Tw TL 140 Δ°C 35 Δ°C 105 Δ°C
ΔTL 105Δ°C
Spadek temperatury dla przegrody 1
ΔT1 Uo R1 ΔTL 0.773W
m2
K 0.753
m2
KW
ΔTL 61.117 Δ°C
ΔT1 61.117Δ°C
Spadek temperatury dla przegrody 2
ΔT2 Uo R2 ΔTL 0.773W
m2
K 0.468
m2
KW
105 Δ°C 37.985 Δ°C
ΔT2 37.985Δ°C
OBCIĄŻENIA TERMICZNE Strona4
Temperatura na wewnętrznej stronie izolacji termicznej
Tw1 Tw
ΔTL
RTRsi 140 Δ°C
105 Δ°C
1.294m
2K
W
0.031m
2K
W 137.485 Δ°C
Tw1 137.485Δ°C
Temperatura na wewnętrznej stronie trzonu żelbetowego
T12 Tw
ΔTL
RTRsi R1 140 Δ°C
105 Δ°C
1.294m
2K
W
0.031m
2K
W 0.753
m2
KW
76.383 Δ°C
T12 76.383Δ°C
Temperatura na zewnętrznej stronie stronie trzonu żelbetowego
T2z Tw
ΔTL
RTRsi R1 R2 140 Δ°C
105 Δ°C
1.294m
2K
W
0.031m
2K
W 0.753
m2
KW
0.468m
2K
W
T2z 38.408Δ°C
Temperatura zewnętrzna
RS Rsi R1 R2 Rse 0.031m
2K
W 0.753
m2
KW
0.468m
2K
W 0.042
m2
KW
1.294m
2K
W
RS 1.294m
2K
W
Tz Tw
ΔTL
RTRS 140 Δ°C
105 Δ°C
1.294m
2K
W
1.294m
2K
W 35 Δ°C
Tz 35Δ°C
3.5 Spadek temperatury ΔTi na i-tej warstwie przegrody - ZIMA
Temperatura wewnątrz komina
Tw 140Δ°C
Temperatura zewnętrzna
Tz 25Δ°C temp. w zimie
ΔTZ Tw Tz 140 Δ°C 25 Δ°C 165 Δ°C zima
ΔTZ 165 °C
OBCIĄŻENIA TERMICZNE Strona5
Spadek temperatury dla przegrody 1
ΔT1 Uo R1 ΔTZ. 0.773W
m2
K 0.753
m2
KW
165 Δ°C 96.041 Δ°C
ΔT1 96.041Δ°C
Spadek temperatury dla przegrody 2
ΔT2 Uo R2 ΔTZ. 0.773W
m2
K 0.468
m2
KW
165 Δ°C 59.691 Δ°C
ΔT2 59.691Δ°C
Temperatura na wewnętrznej stronie izolacji termicznej
Tw1 Tw
ΔTZ.
RTRsi Tw
165 Δ°C
1.294m
2K
W
0.031m
2K
W 136.047 Δ°C
Tw1 136.047Δ°C
Temperatura na wewnętrznej stronie trzonu żelbetowego
T12 Tw
ΔTZ.
RTRsi R1 140 Δ°C
165 Δ°C
1.294m
2K
W
0.031m
2K
W 0.753
m2
KW
40.031 Δ°C
T12 40.031Δ°C
Temperatura na zewnętrznej stronie stronie trzonu żelbetowego
T2z Tw
ΔTZ.
RTRsi R1 R2 140 Δ°C
165 Δ°C
1.294m
2K
W
0.031m
2K
W R1 0.468
m2
KW
19.645 Δ°C
T2z 19.645Δ°C
Temperatura na zewnątrz
RS Rsi R1 R2 Rse 0.031m
2K
W 0.753
m2
KW
0.468m
2K
W 0.042
m2
KW
1.294K m
2W
Tz Tw
ΔTZ.
RTRS 140 Δ°C
165 Δ°C
1.294m
2K
W
1.294m
2K
W 25 Δ°C
Tz 25 °C
3.6 Spadek temperatury ΔTi na i-tej warstwie przegrody SYTUACJA AWARYJNA - LATO
OBCIĄŻENIA TERMICZNE Strona6
y 1.0 współczynnik kształtu
wsp. przewodności cieplnej dla izolacji termicznie w temperaturzeawaryjnej 168oC
λa1 0.117W
m K
λa2 1.54W
m K wsp. przewodności cieplnej dla żelbetu w temperaturze awaryjnej 168oC
Ra1 yDh
2 λa1 ln
Dh2
Dh1
y13.015 m
2 0.117W
m K
ln13.165 m13.015 m
0.637m
2K
W
Ra1 0.637m
2K
W
Ra2 yDh
2 λa2 ln
Dh3
Dh2
y13.015 m
2 λa2 ln
Dh3
13.165 m
0.48m
2K
W
Ra2 0.48m
2K
W
3.6.1 Opór cieplny ściany komina
Opór dla maksymalnej wartości temperatury trzonu
RaT Rsi Ra1 Ra2 RseM 0.031m
2K
W 0.637
m2
KW
0.48m
2K
W 0.167
m2
KW
1.315m
2K
W
RaT 1.315m
2K
W
3.6.2 Współczynnik przenikania ciepła
Uoa1
RaT
1
1.315m
2K
W
0.76W
m2K
Uoa 0.76W
m2K
3.7 Sytuacja wyjątkowa - awaryjne podwyższenie temperatury - LATO
Taw Tw 1.2 140 Δ°C 1.2 168 Δ°C
Taw 168Δ°C temperatura gazów wewnątrz komina
TL 35Δ°C temperatura latem
ΔTa Taw TL 168 Δ°C 35 Δ°C 133 Δ°C
ΔTa 133Δ°C
Spadek temperatury dla przegrody 1
OBCIĄŻENIA TERMICZNE Strona7
ΔTa1 Uoa Ra1 ΔTa 0.76W
m2
K 0.637
m2
KW
ΔTa 64.388 Δ°C
ΔTa1 64.388Δ°C
Spadek temperatury dla przegrody 2
ΔTa2 Uoa Ra2 ΔTa 0.76W
m2
K 0.48
m2
KW
133 Δ°C 48.518 Δ°C
ΔTa2 48.518Δ°C
Temperatura na wewnętrznej stronie izolacji termicznej
Taw1 Taw
ΔTa
RaTRsi 168 Δ°C
133 Δ°C
1.315m
2K
W
0.031m
2K
W 164.865 Δ°C
Taw1 164.865 °C
Temperatura na wewnętrznej stronie trzonu żelbetowego
Ta12 Taw
ΔTa
RaTRsi Ra1 168 Δ°C
133 Δ°C
1.315m
2K
W
0.031m
2K
W 0.637
m2
KW
100.438 Δ°C
Ta12 100.438Δ°C
Temperatura na zewnętrznej stronie stronie trzonu żelbetowego
Ta2z Taw
ΔTa
RaTRsi Ra1 Ra2 168 Δ°C
133 Δ°C
1.315m
2K
W
0.031m
2K
W 0.637
m2
KW
0.48m
2K
W
Ta2z 51.89Δ°C
Temperatura na zewnątrz
RS Rsi Ra1 Ra2 RseM 0.031m
2K
W 0.637
m2
KW
0.48m
2K
W 0.167
m2
KW
1.315m
2K
W
RS 1.315m
2K
W
Taz Taw
ΔTa
RaTRS 168 Δ°C
133 Δ°C
1.315m
2K
W
1.315m
2K
W 35 Δ°C
Taz 35 °C
3.8 Sytuacja wyjątkowa - awaryjne podwyższenie temperatury - ZIMA
Taw Tw 1.2 140 Δ°C 1.2 168 Δ°C
OBCIĄŻENIA TERMICZNE Strona8
Taw 168Δ°C temperatura gazów wewnątrz komina
TZ 25 Δ°C temperatura w zimie
ΔTa Taw TZ 168 Δ°C 25 Δ°C 193 Δ°C
ΔTa 193Δ°C
Spadek temperatury dla przegrody 1
ΔTa1 Uoa R1 ΔTa 0.76W
m2
K 0.753
m2
KW
ΔTa 110.45 Δ°C
ΔTa1 110.45Δ°C
Spadek temperatury dla przegrody 2
ΔTa2 Uoa R2 ΔTa 0.76W
m2
K R2 ΔTa 68.646 Δ°C
ΔTa2 68.646Δ°C
Temperatura na wewnętrznej stronie izolacji termicznej
Taw1 Taw
ΔTa
RaTRsi 168 Δ°C
193 Δ°C
1.315m
2K
W
0.031m
2K
W 163.45 Δ°C
Taw1 163.45Δ°C
Temperatura na wewnętrznej stronie trzonu żelbetowego
Ta12 Taw
ΔTa
RaTRsi Ra1 168 Δ°C
193 Δ°C
1.315m
2K
W
0.031m
2K
W 0.637
m2
KW
69.959 Δ°C
Ta12 69.959Δ°C
Temperatura na zewnętrznej stronie stronie trzonu żelbetowego
Ta2z Taw
ΔTa
RaTRsi Ra1 Ra2 168 Δ°C
193 Δ°C
1.315m
2K
W
0.031m
2K
W 0.637
m2
KW
0.48m
2K
W
Ta2z 0.49 Δ°C
Temperatura na zewnątrz
RS Rsi Ra1 Ra2 RseM 0.031m
2K
W 0.637
m2
KW
Ra2 0.167m
2K
W 1.315
m2
KW
RS 1.315m
2K
W
OBCIĄŻENIA TERMICZNE Strona9
Taz Taw
ΔTa
RaTRS 168 Δ°C
193 Δ°C
1.315m
2K
W
1.315m
2K
W 25 Δ°C
Tem
pera
tura
na
zew
nątr
z ko
min
a
Róz
nica
tem
pera
tur
Tem
pera
tura
na
zew
nątr
z ko
min
a
Róz
nica
tem
pera
tur
Dh3 R1 R2 RT U0 TW TZ ΔT Tz ΔT
[m] [m2K/W] [m2K/W] [m2K/W] [m2K/W] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C]
6,75 0,798 0,120 1,01 0,993 96 35 61 -25 1217,45 0,799 0,120 1,01 0,991 100 35 65 -25 1258,15 0,997 0,120 1,21 0,828 104 35 69 -25 1298,85 0,998 0,150 1,24 0,808 108 35 73 -25 1339,55 0,999 0,180 1,27 0,788 112 35 77 -25 137
10,25 0,999 0,209 1,30 0,770 116 35 81 -25 14110,95 1,000 0,239 1,33 0,752 120 35 85 -25 14511,65 1,198 0,267 1,56 0,643 124 35 89 -25 14912,35 1,199 0,297 1,59 0,630 128 35 93 -25 15313,05 1,200 0,326 1,62 0,619 132 35 97 -25 15713,75 1,497 0,354 1,94 0,515 136 35 101 -25 16114,45 1,498 0,383 1,97 0,507 140 35 105 -25 165
y=1 λ1=0,099 λ2=1,58 Rse Rsi1 0,099 1,58 0,042 0,048
Zima
Opó
r ci
epln
y iz
olac
ji
Opó
r ci
epln
y że
lbet
u
Tem
pera
tura
gaz
ów w
kom
inie Lato
Opó
r ci
epln
y pr
zegr
ody
tem
p.
norm
alna
Wsp
ółcz
ynni
k pr
zeni
kani
acie
pła
prze
grod
y te
mp.
nor
mal
na
śred
nica
zew
nętr
zna że
lbet
u (w
artość
uśr
edni
ona)
OBCIĄŻENIA TERMICZNE Strona10
Tem
pera
tura
na
zew
nątr
z ko
min
a
Róz
nica
tem
pera
tur
Tem
pera
tura
na
zew
nątr
z ko
min
a
Róz
nica
tem
pera
tur
Ra1 Ra2 RaT Uao Taw TZ ΔTa Tza ΔTa
[m2K/W] [m2K/W] [m2K/W] [m2K/W] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C]
0,675 0,123 1,013 0,987 124 35 89 -25 1490,676 0,123 1,014 0,986 128 35 93 -25 1530,844 0,123 1,182 0,846 132 35 97 -25 1570,844 0,154 1,213 0,824 136 35 101 -25 1610,845 0,184 1,244 0,804 140 35 105 -25 1650,846 0,215 1,275 0,784 144 35 109 -25 1690,846 0,245 1,306 0,766 148 35 113 -25 1731,014 0,274 1,503 0,665 152 35 117 -25 1771,015 0,305 1,534 0,652 156 35 121 -25 1811,015 0,335 1,565 0,639 160 35 125 -25 1851,267 0,363 1,845 0,542 164 35 129 -25 1891,267 0,393 1,876 0,533 168 35 133 -25 193
yλ1=0,117 λ2=1,54 Rse Rsi1 0,117 1,54 0,167 0,048
Opó
r ci
epln
y pr
zegr
ody
tem
p.
awar
yjna
Opó
r ci
epln
y że
lbet
u
Opó
r ci
epln
y iz
olac
ji
AWARYJNA
Tem
pera
tura
gaz
ów w
kom
inie
-
sytu
acja
aw
aryj
na
Lato Zima
Wsp
ółcz
ynni
k pr
zeni
kani
acie
pła
prze
grod
y te
mp.
aw
aryj
na
Spad
ek te
mp
na I
war
stw
ie
prze
grod
y
Spad
ek te
mp
na I
I w
arst
wie
pr
zegr
ody
Tem
pera
tura
na
wew
nętr
znej
pow
ierz
chni
wykła
dzin
y
Tem
pera
tura
na
wew
nętr
znej
pow
ierz
chni
trzo
nu
Tem
pera
tura
na
Zew
nętr
znej
pow
ierz
chni
trzo
nu
Spad
ek te
mp
na I
war
stw
ie
prze
grod
y
Spad
ek te
mp
na I
I w
arst
wie
pr
zegr
ody
Tem
pera
tura
na
wew
nętr
znej
pow
ierz
chni
wykła
dzin
y
Tem
pera
tura
na
wew
nętr
znej
pow
ierz
chni
trzo
nu
Tem
pera
tura
na
Zew
nętr
znej
pow
ierz
chni
trzo
nu
ΔT1[C] ΔT2[C] Tw1[C] T12[C] T2z[C] ΔT1[C] ΔT2[C] Tw1[C] T12[C] T2z[C]
I 48,3 7,2 93,1 44,8 37,5 59,3 10,8 119,8 60,5 49,7II 51,5 7,8 96,9 45,5 37,7 62,0 11,3 123,6 61,6 50,3III 57,0 6,9 101,3 44,3 37,4 69,2 10,1 128,1 58,8 48,7IV 58,8 8,8 105,2 46,3 37,5 70,3 12,8 132,0 61,7 48,9V 60,6 10,9 109,1 48,5 37,5 71,3 15,6 135,9 64,6 49,1VI 62,3 13,1 113,0 50,7 37,6 72,3 18,4 139,9 67,6 49,3VII 64,0 15,3 116,9 53,0 37,7 73,2 21,2 143,8 70,6 49,4VIII 68,6 15,3 121,3 52,7 37,4 78,9 21,4 148,3 69,3 48,0IX 70,3 17,4 125,2 54,9 37,5 80,0 24,0 152,2 72,2 48,2X 72,0 19,6 129,1 57,1 37,5 81,1 26,7 156,2 75,1 48,3XI 77,9 18,4 133,5 55,6 37,2 88,6 25,4 160,6 72,1 46,7XII 79,8 20,4 137,4 57,7 37,2 89,9 27,9 164,6 74,7 46,8
tab. 3.2 Temperatura materiałów ‐ LATO
Lp
Maksymalna temperatura materiałów latemMaksymalna temperatura materiałów latem przy
awaryjnym podwyższeniu temperatury
Spad
ek te
mp
na I
war
stw
ie
prze
grod
y
Spad
ek te
mp
na I
I w
arst
wie
pr
zegr
ody
Tem
pera
tura
na
wew
nętr
zne j
pow
ierz
chni
wykła
dzin
y
Tem
pera
tura
na
wew
nętr
zne j
pow
ierz
chni
trzo
nu
Tem
pera
tura
na
Zew
nętr
znej
pow
ierz
chni
trzo
nu
Spad
ek te
mp
na I
war
stw
ie
prze
grod
y
Spad
ek te
mp
na I
I w
arst
wie
pr
zegr
ody
Tem
pera
tura
na
wew
nętr
znej
pow
ierz
chni
wykła
dzin
y
Tem
pera
tura
na
wew
nętr
zne j
pow
ierz
chni
trzo
nu
Tem
pera
tura
na
Zew
nętr
znej
pow
ierz
chni
trzo
nu
ΔT1[C] ΔT2[C] Tw1[C] T12[C] T2z[C] ΔT1[C] ΔT2[C] Tw1[C] T12[C] T2z[C]
I 95,8 14,4 90,2 -5,6 -20,0 99,3 18,1 116,9 17,6 -0,4II 98,9 14,9 94,1 -4,9 -19,8 102,0 18,6 120,8 18,8 0,2III 106,5 12,8 98,9 -7,7 -20,5 112,1 16,4 125,6 13,6 -2,8IV 107,2 16,1 102,8 -4,4 -20,5 112,0 20,4 129,6 17,6 -2,8V 107,9 19,4 106,8 -1,1 -20,5 112,1 24,4 133,6 21,6 -2,9VI 108,5 22,7 110,8 2,3 -20,4 112,1 28,5 137,6 25,6 -2,9VII 109,1 26,1 114,8 5,6 -20,4 112,1 32,5 141,6 29,6 -2,9VIII 114,8 25,6 119,4 4,6 -21,0 119,4 32,3 146,3 27,0 -5,3IX 115,7 28,6 123,4 7,7 -20,9 119,7 35,9 150,3 30,6 -5,3X 116,6 31,7 127,3 10,8 -20,9 120,0 39,6 154,3 34,3 -5,3XI 124,2 29,4 132,0 7,8 -21,5 129,8 37,2 159,1 29,3 -7,9XII 125,4 32,1 136,0 10,6 -21,5 130,4 40,5 163,1 32,7 -7,8
Maksymalna temperatura materiałów zimą przy awaryjnym podwyższeniu temperatury
tab. 3.3 Temperatura materiałów ‐ ZIMA
Lp
Maksymalna temperatura materiałów zimą
OBCIĄŻENIA TERMICZNE Strona12
OBCIĄŻENIA TERMICZNE Strona13