что включает в себя теплопередача через ограждающие конструкции

Тема 2.2. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ЧЕРЕЗ ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ

Теплообмен – перенос тепла, обусловленный разностью температур.

Различают три вида (или способа) переноса тепла: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение.

Теплопроводность – это теплоперенос при непосредственном соприкосновении тел или частей одного тела с разной температурой.

Конвекцией называется перенос теплоты при движении жидкости или газа из области с одной температурой в область с другой.

Теплопроводность в чистом виде большей частью имеет место лишь в твердых телах. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью. Частным случаем конвективного теплообмена является теплоотдача – теплообмен между движущейся средой и поверхностью твердого тела. Теплоотдача может сопровождаться тепловым излучением.

Процессы переноса тепла в зданиях и их ограждающих конструкциях связаны со всеми видами теплообмена. Однако в воздушной среде у поверхностей конструкции, а также в воздушных прослойках и пустотах преобладает теплообмен конвекцией и излучением, в твердых же материалах конструкций перенос тепла осуществляется путем теплопроводности.

Включающий все виды теплообмена перенос тепла от нагретой среды к холодной через разделяющую эти среды стенку называется теплопередачей.

, Вт/м 2

q – это вектор, направленный в сторону уменьшения температуры.

В теплотехнических расчетах ограждающих конструкций для холодного периода принимаются следующие допущения. Температуры внутреннего и наружного воздуха t_int и t_ext принимаются постоянными. В этом случае постоянной будет и плотность теплового потока через ограждающую конструкцию.

t_int = const, t_ext = const, q = const

Теплопередача в таких условиях является стационарной. Зимой будем рассматривать стационарную теплопередачу.

Источник

Тепловлагопередача через наружные ограждения. 2.1 Основы теплопередачи в здании.

Здание как единая энергетическая система.

Тепловлагопередача через наружные ограждения. 2.1 Основы теплопередачи в здании.

Перемещение теплоты всегда происходит от более теплой среды к более холодной. Процесс переноса теплоты из одной точки пространства в другую за счет разности температуры называется теплопередачей и является собирательным, так как включает в себя три элементарных вида теплообмена: теплопроводность (кондукцию), конвекцию и излучение. Таким образом, потенциалом переноса теплоты является разность температуры.

2.1.1 Теплопроводность.

, (2.2)

Рис.2. Распределение температуры в плоской однородной стенке.
Следовательно, тепловой поток qТ, Вт/м², через однородную плоскопараллельную стенку толщиной δ, м, из материала с теплопроводностью λ, Вт/м. °С, можно записать в виде

2.1.2 Конвекция.

Рис.3 Конвективный теплообмен стенки с воздухом.

Излучение.

Рис.4. Лучистый теплообмен между двумя поверхностями.

Сопротивление Rл является величиной обратной коэффициенту лучистой теплоотдачи aл:

2.1.4 Термическое сопротивление воздушной прослойки.

Для внесения единообразия сопротивление теплопередаче замкнутых воздушных прослоек, расположенных между слоями ограждающей конструкции, называют термическим сопротивлением Rв.п, м². ºС/Вт.
Схема передачи теплоты через воздушную прослойку представлена на рис.5.

Рис.5. Теплообмен в воздушной прослойке.

Тепловой поток, проходящий через воздушную прослойку qв.п, Вт/м², складывается из потоков, передаваемых теплопроводностью (2)qт, Вт/м², конвекцией (1) qк, Вт/м², и излучением (3) qл, Вт/м².

При этом доля потока, передаваемого излучением самая большая. Рассмотрим замкнутую вертикальную воздушную прослойку, на поверхностях которой разность температуры составляет 5ºС. С увеличением толщины прослойки от 10 мм до 200 мм доля теплового потока за счет излучения возрастает с 60% до 80%. При этом доля теплоты, передаваемой путем теплопроводности, падает от 38% до 2%, а доля конвективного теплового потока возрастает с 2% до 20% [38].
Прямой расчет этих составляющих достаточно громоздок. Поэтому в нормативных документах [32] приводятся данные о термических сопротивлениях замкнутых воздушных прослоек, которые в 50-х годах ХХ века была составлена К.Ф. Фокиным [38] по результатам экспериментов М.А. Михеева [21]. При наличии на одной или обеих поверхностях воздушной прослойки теплоотражающей алюминиевой фольги, затрудняющей лучистый теплообмен между поверхностями, обрамляющими воздушную прослойку, термическое сопротивление следует увеличить в два раза. Для увеличения термического сопротивления замкнутыми воздушными прослойками в [38] рекомендуется иметь в виду следующие выводы из исследований:
1) эффективными в теплотехническом отношении являются прослойки небольшой толщины;
2) рациональнее делать в ограждении несколько прослоек малой толщины, чем одну большой;
3) воздушные прослойки желательно располагать ближе к наружной поверхности ограждения, так как при этом в зимнее время уменьшается тепловой поток излучением;
4) вертикальные прослойки в наружных стенах необходимо перегораживать горизонтальными диафрагмами на уровне междуэтажных перекрытий;
5) для сокращения теплового потока, передаваемого излучением, можно одну из поверхностей прослойки покрывать алюминиевой фольгой, имеющей коэффициент излучения около ε=0,05. Покрытие фольгой обеих поверхностей воздушной прослойки практически не уменьшает передачу теплоты по сравнению с покрытием одной поверхности.
Вопросы для самоконтроля
1. Что является потенциалом переноса теплоты?
2. Перечислите элементарные виды теплообмена.
3. Что такое теплопередача?
4. Что такое теплопроводность?
5. Что такое коэффициент теплопроводности материала?
6. Напишите формулу теплового потока, передаваемого теплопроводностью в многослойной стенке при известных температурах внутренней tв и наружной tн поверхностей.
7. Что такое термическое сопротивление?
8. Что такое конвекция?
9. Напишите формулу теплового потока, передаваемого конвекцией от воздуха к поверхности.
10. Физический смысл коэффициента конвективной теплоотдачи.
11. Что такое излучение?
12. Напишите формулу теплового потока, передаваемого излучением от одной поверхности к другой.
13. Физический смысл коэффициента лучистой теплоотдачи.
14. Как называется сопротивление теплопередаче замкнутой воздушной прослойки в ограждающей конструкции?
15. Из тепловых потоков какой природы состоит общий тепловой поток через воздушную прослойку?
16. Какой природы тепловой поток превалирует в тепловом потоке через воздушную прослойку?
17. Как влияет толщина воздушной прослойки на распределение потоков в ней.
18. Как уменьшить тепловой поток через воздушную прослойку?

Дата добавления: 2016-02-27 ; просмотров: 1864 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Стационарная теплопередача через ограждающие конструкции

4.3.1. Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций

Рассмотрим однородную плоскую стенку с коэффициентом теплопроводности λ и толщиной δ (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 – Теплопередача через однослойную плоскую стенку

Она разделяет две воздушные среды: внутреннюю с температурой t_int и наружную с температурой t_ext. Температуры t_int и t_ext не меняются с течением времени, следовательно, процесс теплопередачи через стенку является стационарным.

При стационарной теплопередаче количество тепла, переданного от теплого воздуха стенке, равно количеству тепла, отданному от стенки наружной среде. Исходя из закона Ньютона, плотность теплового потока от внутреннего воздуха стенке определяется выражением

. (4.20)

Плотность теплового потока, переносимого теплопроводностью сквозь стенку, равна (формула (4.6))

.

Аналогично, тот же самый поток передается от наружной поверхности холодному воздуху

. (4.21)

Из этих уравнений определим температурные перепады и запишем систему

(4.22)

.

Сложив левые и правые части, получим разность температур внутреннего и наружного воздуха

.

. (4.23)

Знаменатель этого выражения называется сопротивлением теплопередачеR_о однослойного ограждения

_. (4.24)

Как видно из приведенной формулы, сопротивление теплопередаче является суммой отдельных термических сопротивлений: 1/α_int – сопротивления теплоотдаче от теплого воздуха внутренней поверхности стенки; δ/λ – термического сопротивления теплопроводности стенки; 1/α_{ext –}сопротивления теплоотдаче от наружной поверхности стенки холодному воздуху.

Для многослойной конструкции нужно учитывать термическое сопротивление каждого слоя. В этом случае сопротивление теплопередаче определяется следующим образом

, (4.25)

где n – число слоев конструкции.

Выражение для плотности теплового потока в соответствии с формулой (4.23) можно записать

. (4.26)

Количество теплоты Q_τ, передаваемое через ограждающую конструкцию площадью F за время τ, равно

.

Величина, обратная сопротивлению теплопередаче, называется коэффициентом теплопередачи

. (4.27)

Он имеет ту ж размерность, что и α, т.е. Вт/(м 2 ·ºС). Коэффициент k определяет интенсивность передачи теплоты от одной среды к другой с учетом разделяющей стенки и равен количеству теплоты, которое передается через 1 м 2 стенки за 1 сек при разности температур между внутренним и наружным воздухом в 1 ºС.

Сопротивление теплопередаче определяет теплозащитные свойства ограждающей конструкции в стационарных условиях. Такие условия характерны для холодного периода года: зимой температура наружного воздуха часто бывает устойчивой, а отопление поддерживает постоянную внутреннюю температуру.

4.3.2. Распределение температур в ограждающей конструкции

В условиях стационарной теплопередачи распределение температур в конструкции подчиняется определенным закономерностям, поэтому можно определить температуру в любом сечении стены.

Установим, как меняется температура по толщине однослойной стенки, на поверхностях которой заданы постоянные температуры t_si и t_se (рисунок 4.1). Подставим в уравнение (4.6) найденное значение константы С и получим зависимость температуры от толщины

. (4.28)

Следовательно, температура однородной стенки меняется по линейному закону. График изменения – прямая линия (рисунок 4.1) с угловым коэффициентом q/λ, равным тангенсу угла наклона температурного графика к оси X

,

то есть tg α обратно пропорционален коэффициенту теплопроводности. Следовательно, чем лучше материал проводит тепло, тем меньше угол наклона температурного графика к оси X(и меньше градиент температур), и наоборот.

В многослойной стене график распределения температур представляет собой ломаную линию, каждый участок которой соответствует одному слою конструкции, а угол наклона участка ломаной зависит от теплопроводности материала данного слоя (рисунок 4.3). В плотном теплопроводном слое стены часть графика является пологой, основное изменение температуры отмечается в теплоизоляционном слое.

Рассмотрим две двухслойные стены, состоящие из слоя кирпичной кладки и слоя утеплителя. Материалы и толщины слоев одинаковы, но их расположение различно (рисунок 4.4). В случае а утеплитель находится с внутренней стороны стены, в варианте б – снаружи. Термические сопротивления этих конструкций равны. Сравним температурные графики. При наружном расположении слоя теплоизоляции температура на поверхности кладки падает незначительно. Это означает, что кладка всегда будет теплой, не будет возникать трещин от температурных деформаций. При внутреннем утеплении стены кирпичная кладка в течение года подвергается воздействию больших колебаний температуры, что приводит к возникновению температурных напряжений в ней; зимой эта стена будет более холодной.

Рисунок 4.3 – График распределения температур в многослойной плоской стенке

График распределения температур в многослойной конструкции из ломаной линии превратится в прямую, соединяющую t_si и t_se, если эту конструкцию вычертить в масштабе термических сопротивлений, то есть по оси абсцисс отложить не толщины слоев δ_i, а значения их термических сопротивлений R_i = δ_i/λ_i. Докажем это (рисунок 4.5).

Рассмотрим для простоты двухслойную стенку, температура на границе слоев – t₁. Построим два треугольника: ABD и ACE.

Из Δ ABD ; Из Δ ACE .

Правые части этих выражений есть плотности тепловых потоков q₁ и q₂,

проходящих через первый слой и всю стенку в целом, соответственно.

На этой закономерности основан графический способ определения температурв любом сечении стены x (рисунок 4.3). Это же значение можно рассчитать аналитически, зная величину термического сопротивления R_x от внутренней поверхности до данного сечения

. (4.29)

Если температуры поверхностей стены t_si и t_se неизвестны, но заданы постоянные температуры воздуха внутри и снаружи помещения t_int и t_ext и коэффициенты теплоотдачи a_int и a_ext, по оси абсцисс откладываются последовательно: сопротивление теплоотдаче у внутренней поверхности 1/a_int, термические сопротивления слоев, начиная от внутреннего, R_i, и наконец, сопротивление теплоотдаче у наружной поверхности 1/a_ext. Температурный график – прямая линия, соединяющая значения t_int и t_ext.

Значение температуры в сечении x можно найти по графику или вычислить по формуле

. (4.30)

Рисунок 4.4 – График распределения температур в двухслойной стенке:

а) – с внутренним утеплителем; б) – с наружным утеплителем

Рисунок 4.5 – График распределения температур в двухслойной стене,

вычерченный в масштабе термических сопротивлений.

4.3.3. Приведенное сопротивление теплопередаче неоднородных ограждающих конструкций

Ранее рассматривались ограждающие конструкции, температурное поле в которых одномерно и изменяется только по оси, перпендикулярной к плоскости ограждения. Одномерная схема достаточно хорошо описывает плоские и протяженные конструкции, с неизменным поперечным сечением, обладающие теплотехнической однородностью по всей своей площади.

Однако даже для однородных конструкций характерны отдельные участки с более сложным распределением температур, поскольку в здании имеются углы, проемы, пересечения стен. Условия теплообмена на притолоках простенков, в наружных углах здания и в местах примыкания к наружным ограждениям внутренних поперечных стен искажают простейшее температурное поле, изотермы в этом случае не параллельны, а поток тепла не одномерен.

В частности, на перенос тепла влияет геометрическая форма наружных углов зданий. Площадь тепловосприятия (принимающая тепло от внутреннего воздуха) становится меньше площади теплоотдачи (отдающей тепло наружному воздуху).

На рисунке 4.6 линиями показаны изотермы двухмерного поля в наружном углу здания. Температура на внутренней поверхности угла ниже температур глади стены на 4 – 6 ºС, что приводит к отсыреванию углов, а в недостаточно отапливаемых зданиях – к появлению инея в наиболее холодный период. Эти негативные явления устраняют путем обогрева наружных углов стояками отопительной системы, что связано с дополнительными потерями теплоты.

Рисунок 4.6 – Двухмерное температурное поле наружного угла

Также рассматриваются геометрически обусловленные «мостики холода». «Мостики холода» – это ограниченные участки строительных конструкций, через которые происходит повышенная теплопередача, следовательно, их главным недостатком является пониженная температура на внутренней поверхности «мостиков», что может привести к появлению конденсационной влаги на внутренней поверхности ограждения.

Не только геометрическая форма, но и конструктивные особенности являются причиной теплотехнической неоднородности наружных ограждающих конструкций.

Отдельные участки ограждения содержат соединительные элементы между слоями (ребра, стержневые связи), сквозные и несквозные теплопроводные включения. На таких участках в поперечном сечении ограждающей конструкции присутствуют более теплопроводные материалы, что уменьшает сопротивление теплопередаче в зоне подобных неоднородностей.

Определение сопротивления теплопередаче таких конструкций по формуле (4.6), применимой в случае теплотехнически однородных ограждений, дает завышенные результаты, иногда существенно отличающиеся от действительных значений.

Теплотехнический расчет неоднородных ограждающих конструкций состоит в определении приведенного сопротивления теплопередаче.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Источник

Процессы теплообмена в ограждающих конструкциях зданий

О строительной теплотехнике и климатологии

Теплозащитные и санитарно-гигиенические качества наружных ограждающих конструкций зданий, а также степень их долговечности зависят в первую очередь от таких факторов, как температура наружного воздуха, его влажность, количество и характер выпадающих осадков, скорость и направление ветра, а также от взаимного сочетания суточных и сезонных изменений этих факторов. Например, в некоторых районах нашей страны возможно сочетание сильного мороза с сильным ветром, большого числа оттепелей в течение холодного периода года с колебаниями температуры наружного воздуха, переходящими через нуль, и др.

Все эти вопросы рассматривает строительная теплотехника, развитие которой в значительной степени зависит от развития знаний в области строительной климатологии. Климатологией называется наука, изучающая условия формирования климата и климатический режим различных стран и района. Отрасль климатологии, изучающая климатические факторы, учитываемые при проектировании зданий и населенных пунктов, называется строительной климатологией.

Особое значение строительная теплотехника в климатология имеют в настоящее время а связи с развитием строительства в Сибири, на Крайнем Севере, на Дальнем Востоке и в республиках Средней Азии, с их климатическими условиями, сильно отличающимися от средних климатических условий европейской части СССР. При проектировании зданий в северных и восточных районах необходимо учитывать влияние на наружные ограждения очень низких температур наружного воздуха, сальных ветров, а на юге — влияние солнечной радиации или повышенной атмосферной важности.

Виды теплообмена

Теплообмен представляет собой совокупность явлений, связанных с распространением тепловой энергии от более нагретых тел к другим. Различают три вида теплообмена: теплопроводность (кондукцию), конвекцию и излучение (радиацию).

Теплопроводностью называют теплообмен между частицами тела, находящимися в соприкосновении Друг с другом. Передача энергии в этом случае происходит в газах в результате столкновения молекул, в твердых диэлектриках — при колебаниях соседних молекул, а в металлах — благодаря тепловому движению электронов.

Конвекция представляет собой процесс распространения тепла в результате механического перемещения частицы вещества газообразной или жидкой среды из одной части пространства в другую.

Передача тепла излучением (радиацией) происходит между телами через пространство. Сущность лучистого теплообмена состоит в том, что часть внутренней энергии тела преобразуется в энергию излучения, которая передается в форме электромагнитных волн. Встречая на своем пути другие тела, лучистая энергия поглощается ими в той или иной степени и превращается снова’ в тепловую энергию.

На практике обычно один из перечисленных видов теплообмена хотя и_ сопровождается другими, однако настолько преобладает над остальными, что практически рассматривают только этот вид. Так, при передаче тепла через сплошные ограждающие конструкции теплообмен осуществляется главным образом путем теплопроводности. Теплообмен конвекцией и излучением происходит через воздушные прослойки ограждений, а также у их внутренних и наружных поверхностей.

Включающий все виды теплообмена перенос тепла от одной нагретой газообразной среды к другой через разделяющую их стенку (обычно твердую) называется теплопередачей.

Процесс теплообмена между твердой стенкой и обтекающей его газообразной или жидкой средой иногда называют теплоотдачей.

Показатели теплотехнических свойств ограждения

где t_в — температура воздуха с внутренней стороны ограждения; t_н — то же, с наружной стороны; F — площадь ограждения, м 2 ; Z — время передачи тепла, ч, k — коэффициент, зависящий от теплотехнических свойств ограждения и называемый коэффициентом теплопередачи.

Размерность коэффициента теплопередачи к выражается в ккал/м 2 ·ч·град, что видно из выражения

Если в формуле (1) принять F = 1 м 2 и Z = 1 ч, то получим тепловой поток q в ккал/м 2 ·ч:

В случае когда вместо температуры воздуха с одной и другой сторон ограждения будет известна температура на поверхности ограждения, формула (1) примет вид

где τ_в — температура внутренней поверхности ограждения; τ_н — то же, наружной; F — площадь ограждения, м 2 : Z — время передачи тепла, ч; λ — коэффициент теплопроводности материала ограгкдения; δ — толщина ограждения, м.

Когда тепловой поток, проходящий через ограждение, не изменяется во времени (по величине и направлению), то в этом случае тепловой режим называют стационарным.

Коэффициент теплопроводности λ характеризует способность ограждения проводить тепло в условиях стационарного теплового режима. Если из формулы (3) определить λ, то получим

Из формулы (4) видно, что размерность коэффициента теплопроводности λ ккал/град·м·ч.

Величина коэффициента теплопроводности в основном зависит от объемного веса, влажности и природы материала. Чем меньше объемная масса материала и, следовательно, чем больше в нем пор, заполненных воздухом, являющимся плохим проводником тепла, тем меньше и его коэффициент теплопроводности. Однако прямой пропорциональности между объемной массой и теплопроводностью нет, так как на теплопроводность существенно влияют природа материала и характер его структуры.

Заметно влияет на величину коэффициента теплопроводности влажность материала ограждения: с повышением ее резко увеличивается коэффициент теплопроводности. Это объясняется тем, что вода, заполняющая поры материала, имеет коэффициент теплопроводности в 25 раз больший, чем неподвижный воздух.

Влияние температуры материала на изменение коэффициента теплопроводности при ограниченных перепадах температуры (порядка 50—60°) невелико и поэтому в строительной практике обычно не учитывается.

Значения коэффициентов теплопроводности приведены в СНиП II-A. 7—71 для сухих и нормальных условий эксплуатации в зависимости от влажности помещений, а также влажностной характеристики района строительства. Режим помещений в холодное время года может быть сухой, нормальный, влажный или мокрый (см. ниже табл. 10 § 27 гл. 8). Климат района строительства по влажностной характеристике бывает сухой, нормальный или влажный (см. карту гл. СНиП II-A. 7-71).

Условии эксплуатации считаются сухими, если влажностный режим помещения сухой, а климат тоже сухой или даже нормальный, или когда режим помещения нормальный, но климат сухой. В остальных случаях условия эксплуатации считаются нормальными.

Расчетные величины коэффициента теплопроводности следует повышать на 10% для наружных ограждений конструкций, выполняемых из медленно высыхающих материалов (например, стены из золобетона, газозолобетона, бетона с перлитом и т. п.).

При расчетах теплозащитных свойств ограждений удобно пользоваться величиной термического сопротивления, выражаемого через разность температур на одной и из другой поверхностях ограждения, при которой тепловой поток 1 м 2 ограждения равен 1 ккал/ч.

Термическое сопротивление R однородного ограждения или отдельного слоя многослойного ограждения определяют в град·м 2 ·ч/ккал по формуле

Чем больше величина термического сопротивления, тем лучше теплозащитные свойства ограждения. Из формулы (5) видно, что для увеличения термического сопротивления R необходимо или увеличить толщину ограждения δ, или уменьшить коэффициент теплопроводности К. В целях экономии материалов выгоднее применять такие из них, которые имеют малые коэффициенты теплопроводности. При этом, разумеется, должны быть соблюдены условии необходимой прочности ограждения и необходимые его эксплуатационные качества.

Величину, обратную коэффициенту теплопередачи к, называют сопротивлением теплопередаче R₀ и выражают в град·м·ч/ккал:

При переходе теплового потока через ограждение от внутренней его поверхности к наружной происходит падение температуры, которое вызывается термическим сопротивлением ограждения. При переходе тепла через ограждение температура понижается не только в материале, но и около его поверхностей. Это свидетельствует о наличии сопротивления потоку тепла при переходе от внутреннего воздуха на внутреннюю поверхность ограждения, а также при отдаче тепла от наружной поверхности наружному воздуху.

Первое сопротивление называется сопротивлением тепловосприятию и обозначается буквой R_в, второе — сопротивлением теплоотдаче и обозначается буквой R_н. Сопротивления R_в и Rн иногда объединяют общим названием — сопротивления теплопереходу.

Величину, обратную сопротивлению тепловосприятию R_в, называют коэффициентом тепловосприятия и обозначают буквой α_в:

Величина, обратная сопротивлению теплоотдаче R_н, называется коэффициентом теплоотдачи и обозначается буквой α_н:

Размерность α_в и α_н — ккал/м 2 ·ч·град.

Величины тепловосприятия и теплоотдачи зависит от излучения, конвекции и геометрической формы поверхностей конструкций. Коэффициенты α_в и α_н вычисляют по особым формулам. После определения коэффициентов α_в и α_н находят значения R_в и R_н.

Наибольшее влияние на величину коэффициента теплоотдачи оказывает скорость ветра, а на величину коэффициента тепловосприятия — температуры внутреннего воздуха и внутренней поверхности ограждения, а также интенсивность излучения поверхностей.

Для практических теплотехнических расчетов принимают значения сопротивлений и коэффициентов теплоперехода, приведенные в табл. 2.

Определение сопротивления ограждения теплопередаче

При изучении процесса перехода тепла через ограждение от внутреннего воздуха к наружному следует различать три этапа: тепловосприятие, теплопроницание через ограждение и теплоотдачу. На каждом этапе возникают термические сопротивления, складывая которые, получим сопротивление теплопередаче однородного ограждения:

Для многослойных ограждений формула (9) имеет вид

где R₁, R₂, R₃. R_n — термические сопротивления первого, второго, третьего. n-го слоев, ограждения (нумерацию слоев принимают последовательно от внутренней поверхности ограждения к наружной).

При пользовании формулами (9) и (10) необходимо иметь в виду, что толщина слоев 6 должна измеряться в метрах.

По табл. прим. 2, приведенной в СНиПII-А. 7—71 (графа Б), или по приложению 1 учебника находим: λ₁=0,8, λ₂=0,3, λ₃=0,8.

Подставляя эти значения в формулу (10), находим

Если внутри ограждения имеются воздушные прослойки, то в этом случае сопротивление теплопередаче ограждения определяют по следующей формуле:

где R_в.п1, R_в.п2 — термические сопротивления отдельных воздушных прослоек.

Величины термического сопротивления воздушных прослоек различной толщины приведены в табл. 3. Данные этой таблицы показывают, что с увеличением толщины прослойки термическое сопротивление возрастает незначительно; поэтому выгоднее делать несколько узких прослоек, чем одну широкую.

Значения величин термического сопротивления воздушных прослоек R_в.п, приведенные в табл. 3, применимы лишь для тех случаев, когда эти прослойки замкнуты и предохранены от проникновения в них наружного воздуха. Когда же ограждения воздухопроницаемы, в воздушных прослойках происходит значительное движение воздуха, которое увеличивает их теплопроводность. В связи с этим термическое сопротивление вертикальных прослоек, расположенных близ наружной поверхности неоштукатуренных кирпичных стен, выполненных с расшивкой швов, рекомендуется уменьшить вдвое по сравнению с данными табл. 3.

Если расшивка швов в кирпичных стенах не произведена, термические сопротивления воздушных прослоек по сравнению с величинами, указанными в табл. 3, иногда снижаются в 5—10 раз вследствие понижения температуры воздуха в прослойке до величин, близких к температуре наружного воздуха, и почти полной утраты теплозащитных свойств наружным слоем ограждения. Поэтому неоштукатуренные кирпичные стены с воздушными прослойками можно возводить только при тщательной расшивке швов наружной поверхности стены, а в районах с сильными ветрами стены необходимо обязательно штукатурить снаружи.

Для ограждений, в которых материал неоднороден как в параллельном, так и в перпендикулярном направлении к тепловому потоку (например, в облегченных кирпично-бетонных стенах, в стенах из пустотелых камней и др.), термическое сопротивление определяют приближенно как среднее значение. Для этого ограждение разрезают сначала плоскостями, параллельными направлению теплового потока, на отличающиеся один от другого в теплотехническом отношении участки, состоящие из одного или нескольких слоев.

Среднее термическое сопротивление ограждения при разрезке ограждения параллельными плоскостями R_II определяют по формуле

где R_I, R_II, R_III — термические сопротивления отдельных слоев (без сопротивлений теплопереходу R_в и R_н); F_I, F_II, F_III — площади отдельных участков по поверхности ограждения.

Затем плоскостями, перпендикулярными к направлению теплового потока, ограждение разрезают на характерные слои, которые могут состоять или из одного или из различных материалов.

Термическое сопротивление однородных слоев вычисляют по формуле (10), а термическое сопротивление слоев неоднородных — по формуле (12). Термическое сопротивление ограждения при разрезке его перпендикулярными плоскостями R_I получается как сумма термических сопротивлений отдельных слоев.

После получения величин R_II и R_⊥ действительное термическое сопротивление ограждения вычисляют по приближенной формуле

Формула (13) годна лишь для случаев, когда R_II и R_⊥ отличаются друг от друга не более чем на 25%. В остальных случаях для определения термического сопротивления делают расчет температурного поля (см. Фокин К. Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей здания. Стройиздат, 1953, с. 82—91).

В данной стене материал неоднороден как в направлении параллельном, так и в направлении, перпендикулярном тепловому потоку, поэтому расчет необходимо производить указанным выше образом.
Коэффициенты теплопроводности материалов стены но таблице СНпП принимаем: для кирпичной кладки из обыкновенного глиняного обожженого кирпича на тяжелом растворе λ=0,70, для шлакобетона с объемным весом 1400 кг/м 3 λ=0,55.

Плоскостями, параллельными тепловому потоку, разрезаем стену на 3 участка (см. римские цифры на рис. 11). Расчет ведем на полосу стены шириной 1 л в плане и 0,45 м по высоте.

Термическое сопротивление (град·м 2 ·г/ккал) на этих участках составит

Термическое сопротивление на II участке будет равно

Плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, разрезаем стену на четыре слоя (см. арабские цифры на рис. 11). Определим по формуле (5) термическое сопротивление слоев 1 и 4:

Термическое сопротивление стены по формуле (13) будет равно

Общее сопротивление теплопередаче в град·м 2 ·ч/ккал составит

Расчет температуры в ограждениях

Для выполнения расчетов влажностного режима ограждений, а также для определения возможности образования конденсата на внутренней их поверхности необходимо знать значения температуры как на внутренней поверхности, так и в вертикальной плоскости любого слоя толщины ограждения.

Расчет температуры в ограждении ведут следующим образом. Согласно формуле (2) количество тепла, проходящего в 1 ч через 1 м2 ограждения, равно

По той же формуле количество тепла, проходящего в 1 ч через 1 м 2 внутренней поверхности, выражают так:

где τ_в — температура внутренней поверхности ограждения.

В стационарных условиях теплопередачи, характеризующихся постоянством во времени величины теплового потока, q=9_в. Следовательно,

Количество тепла, проходящего в 1 ч через 1 м 2 первого слоя ограждения, если температура на внутренней поверхности второго слоя τ₂, будет равно

Поскольку тепловой поток постоянен, имеем q₁=q_⊥. Следовательно,

Подставив значение τ_в в формулу (14), будем иметь

По аналогии температура на внутренней поверхности любого n-го слоя будет равна

Последнюю формулу можно выразить следующим образом:

где ∑R — сумма термических сопротивлений всех предыдущих слоев (считая от внутренней поверхности).

При расчете температуры в многослойных ограждениях задачу проще решить графически. Для этого (рис. 12) задаются масштабом температур, размещая его по вертикали. На горизонтальной оси откладывают последовательно в масштабе все термические сопротивления ограждения, начиная с R_в и кончая R_н, так, чтобы сумма всех отрезков изображала в том же масштабе величину сопротивления теплопередаче R₀.

Через полученные на горизонтальной оси точки проводят вертикальные линии. На крайних вертикалях откладывают в принятом масштабе слева t_в вверх и справа t_н вниз от горизонтальной оси, проходящей через 0°, и получают точки А а В, которые соединяют прямой.

Точки пересечения этой прямой с соответствующими вертикальными линиями определяют отрезки, выражающие величины температур на границах слоев ограждения. Определенные графическим способом величины температур переносят на чертеж конструкции ограждения, выполненный в линейном масштабе. и соединяют прямыми точки, соответствующие температурам на границах слоев. В результате получают ломаную линию перепада температур в самой конструкции ограждения. Наклон этой линии будет больший в слоях из малотеплопроводного материала, и наоборот. Такой график наглядно характеризует теплоизоляционные свойства того или иного слоя ограждения.

Теплоустойчивость ограждений

При рассмотрении вопроса о теплопередаче предполагалось, что тепловой поток, проходящий через ограждение, является стационарным, т. е. что величина его не изменяется во времени. Но такой тепловой поток может быть лишь в том случае, если температуры наружного и внутреннего воздуха также не изменяются во времени.

В действительности как наружная, так и внутренняя температура испытывают колебания в течение суток, не говоря уже о более длительных периодах.

Вследствие периодических изменений температуры воздуха к ограждениям необходимо предъявлять дополнительные теплотехнические требования помимо установленных для условий стационарного теплового потока. Эти требования сводятся к тому, чтобы обеспечить минимальные колебания температуры на внутренней поверхности ограждений в целях поддержания комфортных условий в помещениях, а также во избежание образования конденсата водяных паров на поверхности конструкций.

Колебания температуры на внутренней поверхности ограждения зависят не только от колебаний температуры внутреннего и наружного воздуха, но и от теплотехнических свойств самого ограждении. Те ограждения, которые обеспечивают меньшие колебания температуры на внутренней поверхности, называют более теплоустойчивыми.

Таким образом, под теплоустойчивостью ограждения понимают его свойство обеспечивать относительное постоянство температуры на внутренней поверхности при колебании величины теплового потока, проходящего через ограждение.

Одним из важнейших факторов, влияющих на теплоустойчивость ограждения, является теплоусвоение его поверхности. Если ограждение состоит из однородного материала, то теплоусвоение его поверхности, воспринимающей тепловой поток, измеряют коэффициентом теплоусвоения материала, который обозначается буквой s, и измеряют в ккал·м 2 ·ч·град.

Коэффициент теплоусвоения представляет собой максимальное изменение амплитуды колебаний потока тепла (в ккал), отнесенное к единице поверхности (м 2 ) ограждения и единице времени (ч), которое вызвано нагреванием или остыванием слоев конструкции при периодических колебаниях температуры ее поверхности с амплитудой 1°.

Коэффициент теплоусвоения связан с изменениями температуры поверхности конструкции, а отнюдь не количеством тепла, аккумулируемым последней.

Значения коэффициентов теплоусвоения материала s согласно СНиП II-A. 7—71 определяют в ккал/м 2 ·ч·град для периода колебаний 24 ч по формуле

где λ — коэффициент теплопроводности материала; с — удельная теплоемкость материала в состоянии естественной влажности, определяемая в ккал/кг·град по формуле

где с_о — теплоемкость сухого материала; W — весовая влажность, %. (В СНиПе весовая влажность обозначена буквой w).

Величины с_о и W (W_A a W_Б) следует принимать по табл. приложения 1 книги; λ — объемная масса материала (кг/м 3 ), определяемая по формуле

где γ_о — объемная масса материала в сухом состоянии.

Колебания температуры на одной из поверхностей ограждения (например на наружной, воспринимающей колебания температуры наружного воздуха) вызывают колебания температуры внутри ограждения. По мере удаления от наружной поверхности амплитуда колебаний температуры в толще ограждении будет постепенно уменьшаться, т. е. затухать. Амплитудой колебании температуры А_τ называют величины максимального повышения или понижения температуры от ее среднего значения при колебаниях теплового потока.

Схематически график затухающих колебаний температуры в ограждении изображен на рис. 13, а.

Сплошная прямая линия τ_н τ_в показывает изменение температуры в ограждении. Пунктирные линии выше и ниже этой прямой обозначают границы колебаний температуры.

Расстояния по вертикали от любой точки пунктирной линии до средней сплошной линии выражают амплитуды колебаний температуры, которые по мере удаления от наружной поверхности все время уменьшаются.

Каждому моменту времени будет соответствовать своя волнообразная кривая распределения температуры в слоях ограждения, сдвинутая по отношению к предыдущей кривой.

Расстояние между двумя соседними максимумами или минимумами называют длиной температурной волны l.

Теоретически определено, что число температурных волн d, укладывающихся по толщине однородного ограждения, составляет

Мерой интенсивности затухания температурных колебаний, выражаемой числом температурных волн, располагающихся в ограждении, принята так называемая характеристика тепловой инерции, обозначаемая буквой D, причем тепловой инерцией ограждения называют его свойство сохранять или медленно изменять распределение температуры внутри конструкции.

Характеристика тепловой инерции выражает число условных температурных волн, длина которых составляет 1/8,85 от длины натуральных температурных волн. Поэтому число условных волн в 8,85 раза больше, чем натуральных (рис. 13,6), и для однородного ограждения оно равно

Для многослойных ограждений характеристику тепловой инерции вычисляют как сумму характеристик тепловой инерции отдельных слоев, т. е.

Так как R имеет размерность м 2 ·ч·град/ккал, а s измеряется в ккал/м 2 ·ч·град, то характеристика тепловой инерции является величиной безразмерной.

Чем больше условных температурных волн размещается в пределах толщины ограждения, тем меньшие температурные колебания будут на внутренней поверхности ограждения, поскольку амплитуда колебаний с каждой последующей волной уменьшается. Поэтому количество условных температурных волн, размещающихся в толще ограждения, может служить критерием для оценки степени затухания температурных колебаний и, следовательно, в известной мере для оценки теплоустойчивости ограждения.

Определение требуемой величины сопротивления теплопередаче

Для определения требуемой величины R_о тр преобразуем формулу (14):

Разность t_в—τ_н называют внутренним температурным перепадом и обозначают Δt; разность t_в—t_н называют общим температурным перепадом и обозначают ΔТ. Если в выражение (23) подставить эти обозначения, то получим

Сопротивление теплопередаче R_о выбирают с учетом того требования, чтобы количество тепла, теряемое зданием через ограждения в отопительный сезон года, было ограничено и чтобы температура на внутренней поверхности ограждения не вызывала конденсации паров на этой поверхности и, следовательно, излишнего охлаждения тела человека.

Указанные требования удовлетворяются, если будет ограничен температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения. Такое ограничение температурного перепада и положено в основу нормирования R_о.

Значения максимально допустимых величин температурного перепада для помещений различного назначения приведены в табл. 4.

При определении требуемой величины сопротивления теплопередаче ограждения необходимо учитывать его тепловую инерцию. Установлено, что ограждения, имеющие малую тепловую инерцию в суровые периоды зимы, промерзают, тогда как ограждения, имеющие одинаковое с ним сопротивление теплопередаче R_о, но более массивные, не промерзают. В связи с этим ограждения, имеющие малую тепловую инерцию, необходимо рассчитывать на более низкую наружную температуру, чтобы повысить их теплозащитные качества, а ограждения с большой тепловой инерцией экономичнее рассчитывать на более высокую наружную температуру.

Таким образом, расчетную температуру наружного воздуха нужно выбирать с учетом тепловой инерции конкретного ограждения.

По величине характеристики тепловой инерции ограждения подразделяют на массивные при ∑D

В формуле (25) тепловая инерция ограждения учитывается тем, что расчетную зимнюю температуру наружного воздуха t н 2 принимают для ограждений массивных равной температуре наиболее холодной пятидневки (для Москвы — 25°), а для легких ограждений — равной температуре наиболее холодных суток (для Москвы — 32°). Для ограждений средней массивности t_н принимают равной средней из указанных двух температур (для Москвы — 28,5°).

Имея в виду, что сопротивление теплопередаче различно для стен и перекрытий, в формулу (25) нужно ввести коэффициент n, который отражает зависимость положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху.

В связи с изложенным эта формула получит следующий вид:

где t_в — расчетная температура внутреннего воздуха; t_н — то же, наружного воздуха, принимаемая в зависимости от тепловой инерции равной температуре наиболее холодной пятидневки или однодневки или средней из них; R_в — сопротивление тепловосприятию; Δt н — нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения; п — коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху.

Пример 3. Найти R_о тр наружной стены жилого дома в Москве по данным примера 1.

Следовательно, ограждение требуется средней массивности. Расчетная температура наружного воздуха t_н должна быть равна температуре наиболее холодной трехдневки, т. е. для Москвы

Коэффициент n для наружных стен равен 1. По формуле (26) требуемое сопротивление стены теплопередаче

Теплотехнические особенности отдельных частей наружных ограждений

Теплопроводные включения. Местные понижения температуры на внутренней поверхности ограждения, в конструкции которого имеются включения из материалов с большей теплопроводностью, чем основной массив, могут привести к образованию конденсата на внутренней поверхности стены над местами их нахождения.

Такими теплопроводными включениями, которые иногда неправильно называют мостиками холода, являются, например, железобетонные ребра в крупнопанельных стенах. Для этих мест необходимо делать дополнительный расчет температуры внутренней поверхности по формуле

где τ_в‘ — температура внутренней поверхности ограждения в местах более теплопроводных включений, имеющих прямоугольное сечение; t_в — расчетная температура внутреннего воздуха; t_н — то же, наружного; R_о‘ — сопротивление теплопередаче ограждения в месте более теплопроводного включения, определяемое по (формуле (10); R_о — сопротивление ограждения теплопередаче при отсутствии в нем более теплопроводного включения, определяемое по формуле (10); R_в — сопротивление тепловосприятию; η — коэффициент, зависящий от отношения размера а поперечного сечения включения, измеренного параллельно поверхности ограждения, к полной толщине ограждения δ (рис. 14) и принимаемый по табл. 5.

Вычисленная по формуле (27) температура τ_в‘ должна быть выше точки росы внутреннего воздуха (о точке росы см. в § 27).

Утепление наружных углов. На внутренней поверхности стен около наружных углов температура обычно ниже, чем на внутренней поверхности глади стены (примерно на 3—4°, а в облегченных стенах и еще более). Это понижение температуры объясняется тем, что в наружном углу площадь теплоотдачи всегда больше площади тепловосприятия, тогда как на гладкой поверхности стены эти площади одинаковы. Кроме того, коэффициент тепловоспрпятия α_в в наружном углу уменьшается вследствие меньшей интенсивности в нем конвекции и уменьшения количества тепла, получаемого углом излучения. В связи с уменьшением α_в увеличивается R_в, что в свою очередь понижает температуру внутренней поверхности угла τ_у [см. формулу (14)].

Понижение температуры в наружных углах может вызвать промерзание их. Поэтому в тонких стенах наружные углы рекомендуется утеплять, утолщая их с внутренней стороны. Ширина скашивающей плоскости должна быть 250—400 мм. Более эффективным мероприятием для повышения температуры па внутренней поверхности наружного угла является обогрев его путем установки в углу разводящего стояка центрального отопления.

Расчет ограждающих конструкций при их периодическом прогреве в летних условиях

При проектировании наружных ограждающих конструкций зданий, возводимых в южных районах, необходимо делать теплотехнический расчет для летних условий с целью защиты помещений зданий от перегрева. К южным районам относятся территории с июльской среднемесячной температурой дня 20° и выше. При недостаточной защите от перегрева температура воздуха в помещениях здания может повыситься настолько, что создаются тяжелые условия для пребывания в. них людей. Особенно неблагополучными в этом отношении являются здания с легкими ограждающими конструкциями, обладающими малой теплоустойчивостью.

Причиной чрезмерного перегрева зданий в летнее время является воздействие на них высокой температуры наружного воздуха и солнечного облучения (инсоляции).

Лучистая энергия Солнца, которую воспринимает облучаемая поверхность, называется солнечной радиацией. В строительной теплотехнике интенсивность солнечной радиации измеряют количеством килокалорий тепла, приходящимся на 1 м 2 поверхности в 1 ч. (В физике и метеорологии солнечную радиацию измеряют в грамм-калориях на 1 см 2 в 1 мин.)

Поверхности ограждения могут подвергаться воздействию прямой и рассеянной солнечной радиации. Прямой солнечной радиацией называется лучистая энергия, поступающая на ограждение непосредственно от Солнца в виде параллельных лучей. Рассеянной называется поступающая на ограждение часть солнечной радиации, рассеянной земной атмосферой и облаками.

Максимум солнечной радиации зависит от ориентации ограждения по отношению к сторонам света, причем максимум летней температуры наружного воздуха наблюдается около 15 ч. В общем, оба эти максимума могут не совпадать во времени.

Воздействие солнечной радиации на наружную поверхность ограждения является периодическим с периодом времени Z=24 ч. Солнечная радиация вызывает периодические колебания температуры на наружной поверхности ограждения, которые в свою очередь порождают колебания температуры и на внутренней поверхности ограждения. Суточные изменения температуры наружного воздуха также являются периодическими. Чем меньше колеблется температура на внутренней поверхности ограждения при колебаниях температуры наружного воздуха (которые зависят от колебаний теплового потока), тем медленнее будет повышаться летом температура воздуха в помещении при нагревании солнечными лучами наружной поверхности ограждения.

Установлено, что периодические суточные колебания тепловых потоков и температур близки к гармоническим, протекая по закону синусоиды. Величина максимального повышения или понижения величины теплового потока против его среднего значения A_q называется амплитудой колебания теплового потока.

Величину максимального повышения или понижения температуры на наружной поверхности ограждения против ее среднего значения называют амплитудой колебания температуры поверхности ограждения А_τ.

Величина A_τ зависит от амплитуды колебания теплового потока А_q, периода этих колебаний Z и теплотехнических свойств ограждений конструкции и входящих в ее состав материалов. Наиболее важным из таких свойств является теплоусвоение поверхностью ограждения, подвергающейся воздействию периодически изменяющегося теплового потока.

Отношение величины амплитуды колебания теплового потока А_q к величине амплитуды колебания температуры на наружной поверхности ограждения А_τ называют коэффициентом теплоусвоения наружной поверхности ограждения ккал/м 2 ·ч·град и обозначают буквой У:

Если из выражения (28) определить A_τ, то получим А_τ—А_q:У. Отсюда видно, что чем больше будет коэффициент теплоусвоения наружной поверхности ограждения У при одной и той же величине A_q, тем меньше будет амплитуда колебания температуры А_τ на наружной поверхности.

На величину коэффициента теплоусвоения поверхности ограждения У оказывает влияние только та часть ограждения, в которой размещается первая температурная волна, где амплитуда колебания температуры значительна. Далее, в глубине ограждения амплитуды колебания настолько малы, что практически они почти не влияют на коэффициент теплоусвоения поверхности ограждения.

Ту часть ограждения, в которой располагается первая условная температурная волна, называют слоем резких колебаний. Так как число волн выражается величиной D, то для слоя резких колебаний D—Rs=1.

При определении коэффициента теплоусвоения поверхности ограждения У сначала необходимо определить, где находится граница слоя резких колебаний температуры. Если этот слой заканчивается в пределах первого слоя ограждения, т. е. когда D₁=R_1S1то У₁=s.

В тех случаях, когда слон резких колебаний температуры заканчивается в пределах второго слоя, т. е. D₁=R_1S1

где R₁ — термическое сопротивление первого слоя; s₁ — коэффициент теплоусвоения материала первого слоя; s₂ — то же, второго слоя.

Если первый слой ограждения имеет ∑D

где α_в — коэффициент тепловоснриятия.

Теплотехнический расчет ограждения при периодическом прогреве в летних условиях сводится к определению величины амплитуды колебания температуры на его внутренней поверхности A_τ.

Этот расчет необходим только для наружных стен и покрытий жилых и общественных зданий (детских яслей-садов, поликлиник, больниц), в которых по условиям функционального процесса требуется поддерживать определенную температуру и относительную влажность воздуха, в зданиях, находящихся в районах со среднемесячной температурой за июль 20° и выше. В тех случаях, когда характеристика тепловой инерции наружных стен D>4, а для покрытий D>5, теплотехнический расчет их при перегреве в летних условиях вести не требуется.

Амплитуду колебания температуры на внутренней поверхности ограждающей конструкции при расчете прогрева ее в летних условиях определяют в °С по формуле

где А_tн усл — расчетная амплитуда колебания температуры наружного воздуха с учетом солнечной радиации, определяемая по формуле

где J_макс, J_ср — соответственно максимальное и среднее суточное значения суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной) за июль, падающей на наружную поверхность рассматриваемой ограждающей конструкции, принимаемые по СНиП II-A.6—72; ρ — коэффициент поглощения солнечной радиации наружной поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по приложению 3 настои-щей книги; A_tн — максимальная амплитуда колебания температуры наружного воздуха в июле, принимаемая по главе СНиП II-А.6—72; v — величина затухания колебаний температуры наружного воздуха в ограждающей конструкции, определяемая по формуле (33).

Для стен в расчете следует принимать значения солнечной радиации, указанные в СНиП II-A. 6—72 для вертикальных поверхностей западной ориентации.

Под затуханием температурных колебаний v наружного воздуха в толще ограждения понимают отношение начальной (большей) амплитуды суточного колебания температуры наружного воздуха (с учетом солнечной радиаций) к затухшей (меньшей) амплитуде колебания температуры внутренней поверхности:

При расчете по формуле (33) слои нумеруют от внутренней поверхности к наружной, т. е. против движения тепловой волны.

Последний сомножитель формулы (33) (α_в+У_n)/α_н показывает величину затухания при переходе тепловой волны от наружного воздуха к наружной поверхности ограждения.

В частном случае дли однослойной ограждающей конструкции формула (33) будет иметь вид

Значения коэффициента теплоотдачи α_н определяют для наружных стен но формуле

где v — расчетная летняя скорость ветра, м/сек, равная наименьшей средней скорости из восьми румбов за июль, повторяемость которых составляет 16% и более, но не менее 1 м/сек (см. СНиП II-A.6—72).

Если для какого-либо слоя характеристика тепловой инерции D=Rs>1,0, то У=s.

Для облегчения расчетов по формуле (33) значения величин

приведены в табл. 6.

Амплитуда колебаний температуры в °С на внутренней поверхности ограждающей конструкции Аτ_в, вычисленная по формуле Аτ_в=A_tн усл /v, не должна быть больше допускаемой, определяемой по формуле

где t_н — расчетная дневная среднемесячная температура наружного воздуха за июль, принимаемая по СНиП II-A.6—72.

Пример 4. Рассчитать на воздействие солнечной радиации трехслойную крупнопанельную наружную стену жилого дома, состоящую из двух железобетонных плит толщиной по 0,03 м с утеплителем между ними из минераловатных плит толщиной 0,11 м. Местоположение здания — г. Саратов.

Вычисляем по формуле (5) термические сопротивления конструктивных слоев, по формулам (17), (18) и (19) — величины коэффициентов теплоусвоения материала слоев s, по формуле (22)—значения характеристики тепловой инерции слоев и по формулам (29) и (30) — величины коэффициентов теплоусвоения поверхностей слоев У.

Результаты вычислений сводим в табл. 7.

Затем определяем по формуле (33) величину затухания колебания температуры наружного воздуха v в ограждении:

Величины J_макс и J_ср находим по СНиП 1I-A.6—72 для 51-й географической широты (г. Саратов):

J_макс — J_ср = 735—281 = 454; по табл. приложения 3 имеем ρ = 0,6.

По табл. 2 (стр. 89) СНиП II-A.6—72 определяем величину Аτ_н=20,4°. Таким образом,

Следовательно, фактическая амплитуда колебаний на внутренней поверхности ограждения Аτ_н=1,6° не превышает величину нормируемой амплитуды, равной 2,29°.

Расчет ограждений на воздухопроницаемость

При возникновении у наружной и внутренней поверхностей ограждения некоторой разности давлений воздуха он начинает перемещаться через ограждение в сторону с меньшим давлением. Это явление навивают сквозной фильтрацией, свойство же материалов и ограждений пропускать через себя воздух называют их воздухопроницаемостью.

Сквозную фильтрацию через ограждение называют инфильтрацией, если воздушный поток направлен ив наружного пространства в помещение, и эксфилътрацией, когда поток движется из помещения наружу.

Воздухопроницаемость ограждения из-за наличия в нем щелей и неплотностей далеко не всегда соответствует воздухопроницаемости материалов, из которых оно сделано. Необходимо отметить, что воздухопроницаемость, например, кирпичных стен толщиной в 1½ и 2½ кирпича примерно одинакова, так как сопротивление прониканию воздуха создается в основном наружными слоями кладки с более тщательным заполнением швов раствором, сопротивление же средней части кладки (забутовки) ничтожно.

Наличие штукатурки резко снижает воздухопроницаемость стен. Так, кирпичная стена, оштукатуренная с двух сторон, имеет воздухопроницаемость в 40 раз меньшую, чем неоштукатуренная. Небольшую воздухопроницаемость ограждений с санитарно-гигиенической точки зрения принято рассматривать как положительный фактор, создающий в помещениях естественный воздухообмен. Однако по теплотехническим соображениям чрезмерная воздухопроницаемость ограждения крайне нежелательна, так как в зимнее время она вызывает дополнительные теплопоте-ри и охлаждает помещения.

Для оценки степени воздухопроницаемости ограждения определяют величину его сопротивления воздухопроницанию R_он в м 2 ·ч·мм вод. ст.·ч/кг по формуле

Сопротивление воздухопроницанию наружных ограждающих конструкций R_он должно быть равно или больше требуемого сопротивления воздухопроницанию R тр _он, определяемого по формуле

где ε — коэффициент, принимаемый по табл. 9; Δр — расчетная разность давлений воздуха у наружной и внутренней поверхностей ограждающих конструкций для нижнего этажа, определяемая в мм вод. ст. по формуле

где t — расчетные температуры внутреннего воздуха или наружного, равные температуре наиболее холодной пятидневки; β — коэффициент, учитывающий несовпадение во времени принятых в расчете скорости ветра и температуры наружного воздуха, принимаемый 0,6 для европейской части территории СССР, расположенной севернее 52° с. ш. Для остальных районов СССР величина коэффициента β указана в СНиП II-A.7—71 (п. 4, 2, стр. 13); v — скорость ветра, м/сек, которую принимают по данным СНиП II-A. 6—72.

Для зимних условий v равно максимальной скорости из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16% и более. Для летних условий принимают минимальную из средних скоростей ветра по румбам за июль, повторяемость которых составляет 16% и более, но не менее 1 м/сек.

Скорость ветра v принимают не менее 5 м/сек и не менее 8 м/сек для I подзоны Северной строительно-климатической зоны.

На воздухопроницаемость не требуется рассчитывать также наружные стены, у которых сопротивление воздухопроницанию R_он≥20, либо когда приток воздуха через ограждение q 2 ·ч по формуле

где Δр — расчетная разность давления между наружной и внутренней поверхностями ограждения, определяемая по формуле (40); R_он — сопротивление воздухопроницанию наружных ограждающих конструкций, определяемое по формуле (38).

Сопротивление воздухопроницанию R_он слоев, отделяющих в наружных стенах замкнутую воздушную прослойку от наружного воздуха, должно быть предусмотрено в проекте не менее 0,4.

Воздухопроницаемость ограждений в значительной степени зависит от качества работ, достигаемого при их выполнении. Известны случаи, когда кирпичные стены, конструктивное решение которых теоретически удовлетворяло требованиям в отношении предельной воздухопроницаемости, фактически имели повышенную продуваемость. Объясняется это тем, что поперечные вертикальные швы кладки в этих случаях заполнялись раствором неполностью или же не были заполнены зазоры по периметру сопряжения оконных блоков с кладкой стены.

Примечания

1. Единицы измерения тепла приняты в ккал согласно СНиП II-A. 7—71 издании 1973 г.

2. Расчетные зимние температуры наружного воздуха для различных пунктов СССР приведены в СНиП II-A. 6—72; гл. «Строительная климатология и геофизика».

Источник