Komin żelbetowy obliczenia. Krystyna Wróbel

________________________________________________________________________

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


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


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


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


ΔT2 Uo R2 ΔTL 0.773W

m2

K 0.468

m2

KW

105 Δ°C 37.985 Δ°C

ΔT2 37.985Δ°C


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


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


Tz 25Δ°C temp. w zimie

ΔTZ Tw Tz 140 Δ°C 25 Δ°C 165 Δ°C zima

ΔTZ 165 °C



ΔT1 Uo R1 ΔTZ. 0.773W

m2

K 0.753

m2

KW

165 Δ°C 96.041 Δ°C

ΔT1 96.041Δ°C


ΔT2 Uo R2 ΔTZ. 0.773W

m2

K 0.468

m2

KW

165 Δ°C 59.691 Δ°C

ΔT2 59.691Δ°C


Tw1 Tw

ΔTZ.

RTRsi Tw

165 Δ°C

1.294m

2K

W

0.031m

2K

W 136.047 Δ°C

Tw1 136.047Δ°C


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


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


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



ΔTa1 Uoa Ra1 ΔTa 0.76W

m2

K 0.637

m2

KW

ΔTa 64.388 Δ°C

ΔTa1 64.388Δ°C


ΔTa2 Uoa Ra2 ΔTa 0.76W

m2

K 0.48

m2

KW

133 Δ°C 48.518 Δ°C

ΔTa2 48.518Δ°C


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


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


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


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


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


ΔTa1 Uoa R1 ΔTa 0.76W

m2

K 0.753

m2

KW

ΔTa 110.45 Δ°C

ΔTa1 110.45Δ°C


ΔTa2 Uoa R2 ΔTa 0.76W

m2

K R2 ΔTa 68.646 Δ°C

ΔTa2 68.646Δ°C


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


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


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


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


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)


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



Documents

Komin żelbetowy obliczenia. Krystyna Wróbel