2. Расчет температуры по толщине ограждения

В условиях стационарного теплового потока количество тепла Q, проходящего через 1 м² ограждения, и количество тепла, воспринимаемого 1 м² внутренней поверхности ограждения за 1 час, равны, что выражается как

(7)

отсюда температура внутренней поверхности ограждающей конструкции

. (8)

На основании рассуждений, аналогичных предыдущему, получаем формулу для определения температуры любого слоя наружного ограждения:

, (9)

где _n – температура на внутренней поверхности n–го слоя ограждения, считая нумерацию слоев от внутренней поверхности ограждения;

– сумма термических сопротивлений слоев, расположенных между внутренней поверхностью и поверхностью n , на которой определяется температура _n.

Пользуясь формулой (9), можно вычислить температуру на границе всех слоев ограждения. Внутри слоя, состоящего из одного материала, изменение температуры изображается прямой линией.

В слоистом ограждении температурная линия на границах слоев имеет изломы, причем падение температуры будет более интенсивным в слоях материала с меньшим коэффициентом теплопроводности и менее интенсивным в слоях с большим коэффициентом теплопроводности.

При определении температуры в многослойных конструкциях целесообразно воспользоваться графическим способом. Он заключается в следующем.

• По горизонтальной оси (рис. 2), соответствующей нулевой температуре, в некотором масштабе последовательно откладывают все термические сопротивления, начиная с R_в и кончая R_н. Сумма всех отрезков дает в том же масштабе величину общего сопротивления теплопередаче R_о.

• Через полученные точки проводят вертикальные линии и на крайних вертикалях в некотором масштабе откладывают с внутренней стороны отрезок, соответствующий температуре внутреннего воздуха t_в , а с наружной стороны – отрезок, соответствующий наружной температуре t_н .

• Положительные температуры откладывают вверх по горизонтальной оси, а отрицательные – вниз. Полученные точки t_в и t_н соединяют прямой линией.

Точки пересечения этой прямой с вертикальными линиями дают значения температур на границах слоев конструкции.

Пример расчета распределения температуры по толще ограждения

Определим величины температур:

а) на внутренней поверхности по формуле (8) :

б) на поверхности слоев ограждения по формуле (9):

3. Графоаналитический способ расчета ограждающей конструкции на выпадение конденсата

Количество влаги, содержащейся в 1 м³ воздуха, выраженное в граммах, называют абсолютной влажностью f , г/м³. Для расчетов влажностного режима ограждений удобнее пользоваться величиной парциального давления водяного пара, называемой упругостью водяного пара е, Па.

При данной температуре и барометрическом давлении упругость водяного пара имеет предельное значение, сверх которого она не может повышаться. Это предельное давление называется максимальной упругостью водяного пара и обозначается Е, Па. Чем выше температура, тем больше Е (табл. прил. 2).

Степень насыщения воздуха водяным паром определяется относительной влажностью воздуха  , которая выражается в процентах как отношение действительной упругости водяного пара в воздухе е , Па, к максимальной упругости его Е при той же температуре:

, отсюда . (10)

При постоянной упругости водяного пара ( е = const ) понижение температуры вызывает повышение относительной влажности воздуха .

Температура, при которой воздух данной влажности достигает полного влагонасыщения ( = 100% , е = Е ), называется температурой точки росы _р , ^оС.

Выпадение конденсата из воздуха происходит при соприкосновении воздуха с поверхностью конструкции, имеющей температуру _в меньше точки росы, т.е. при _в < _р.

С повышением влажности строительных материалов повышается их теплопроводность, т.е. при прочих равных условиях сырые ограждения будут иметь пониженные теплозащитные качества сравнительно с такими же, но сухими ограждениями.

Влажностный режим оказывает большое влияние на их долговечность. Агрессивные воздействия химических веществ приводят к наибольшим разрушениям материала только в присутствии влаги.

Изменение влажности строительных материалов сопровождается изменением объема, что приводит к расшатыванию их структуры и снижению долговечности в целом. Еще большее влияние не долговечность увлажненных материалов оказывает их морозостойкость. При переходе температуры через 0 ^оС вода увеличивается в порах приблизительно на 9 %.

В зимний период упругость водяного пара с внутренней стороны ограждающей конструкции будет более высокой ( при t_в > t_н ), чем с наружной стороны. Это вызывает проникновение водяного пара через ограждение от внутренней его стороны к наружной. Диффузию водяного пара через слой материала называют паропроницанием материала.

Сопротивление паропроницанию R_п , м²·ч·Па/мг, однослойной или отдельного слоя многослойной ограждающей конструкции следует

определять по формуле м²·ч·Па/мг, (11)

где δ – толщина слоя ограждающей конструкции, м;

μ – расчетный коэффициент паропроницаемости материала ограждающей конструкции, мг/(м·ч·Па), принимаемый по приложению 3 [1].

Сопротивление паропроницанию многослойной ограждающей конструкции (или ее части) равно сумме сопротивлений паропроницанию составляющих ее слоев.

Сопротивление паропроницанию R_п листовых материалов и тонких слоев пароизоляции следует принимать по прил. 3 СНиП [1].

Месторасположение плоскости вероятной конденсации и распределение сорбционной влаги в ограждении при стационарных условиях диффузии водяного пара можно установить графическим способом. Для этого многослойное ограждение из различных материалов приводится к виду однородного по паропроницаемости материала.

Разрез ограждающей конструкции вычерчивается в масштабе сопротивлений паропроницанию его слоев. Для этого по горизонтальной оси, соответствующей нулевой температуре (рис. 3), откладываем в некотором масштабе сопротивления паропроницанию всех слоев ( R_П1 , R_П2 , R_П3 ,…). Сумма всех отрезков дает величину сопротивления паропроницанию R_п.

Через полученные точки проводим вертикальные линии и, откладывая в некотором масштабе рассчитанные аналитически по формулам (8), (9) значения _в , ₂ , ₃ ,…,_н , строим линию распределения температуры в толще ограждения.

По температуре находим значения максимальной упругости водяного пара Е на границах слоев и в их толще (прил. 2).

В произвольном масштабе создаем вертикальную шкалу упругости водяного пара (Па), несколько смещенную вниз относительно шкалы t , и наносим на нее значения Е.

Соединяя полученные точки Е плавной кривой, получим линию падения максимальной упругости водяного пара, соответствующую распределению температур в толще ограждения.

Значение упругости водяного пара е в характерных сечениях конструкции можно вычислить по формуле:

, Па, (12)

где е_n упругость водяного пара на внутренней поверхности любого n–го слоя ограждения , Па;

е_в , е_н – упругость водяного пара внутреннего и наружного воздуха, Па;

R_п.о – общее сопротивление паропроницанию ограждения, м²·ч·Па/мг,

для многослойной конструкции равно сумме сопротивлений паропроницанию всех составляющих ее слоев;

– сумма сопротивлений паропроницанию слоев конструкции,

расположенных между внутренней поверхностью ограждения и расчетным слоем, м²·ч·Па/мг.

На схематический разрез ограждения наносим полученные значения е_в и е_н в том же масштабе, в каком построена линия падения максимальной упругости водяного пара Е. Соединяем полученные точки прямой линией и получаем линию падения упругости водяного пара е в толще ограждения.

Если линии Е и е не пересекаются, то в ограждении отсутствует конденсация водяного пара. При этом в любой плоскости ограждения действительная упругость водяного пара е оказывается ниже максимальной упругости Е, что исключает возможность конденсации водяного пара.

Если же линии Е и е пересекаются, то это значит, что в ограждении при определенных условиях возможна конденсация водяного пара.

Рис.3. Определение границ зон конденсации

Для построения линии действительного изменения упругости водяного пара в ограждении из точек на поверхностях ограждения, соответствующих е_в и е_н, проводятся касательные к линии максимальной упругости водяного пара Е. Между точками касания , будет находиться зона конденсации, т.е. та часть ограждения, в которой, возможно, будет конденсироваться водяной пар.

При отсутствии конденсации количество водяного пара Р, мг, диффундирующего через плоскую стену, состоящую из однородного материала, определяется по формуле

мг, (13)

где е_в , е_н – упругость водяного пара внутреннего и наружного воздуха, Па;

F – площадь участка, м²;

z – время диффундирования влаги, час;

 – коэффициент паропроницаемости, мг/(мг·ч·Па);

 – толщина плоской стены, м.

Для определения количества влаги, которое будет конденсироваться в стене, сначала вычисляют количество водяного пара, поступающего к внутренней границе зоны конденсации Р₁ , мг/м² :

мг, (14)

где – максимальная упругость водяного пара на границе зоны конденсации, обращенной к внутренней поверхности ограждения, Па;

Σ₁R_П – сумма сопротивлений паропроницанию части ограждения, расположенной между внутренней поверхностью ограждения и зоной конденсации, м²·ч·Па/мг;

z – продолжительность периода конденсации, час.

Затем определяют количество водяного пара, уходящего из зоны конденсации от наружной границы Р₂ , мг/м²:

мг, (15)

где – максимальная упругость водяного пара на границе зоны конденсации, обращенной к наружной поверхности ограждения, Па;

Σ₂R_П – сумма сопротивлений паропроницанию части ограждения, расположенной между зоной конденсации и наружной поверхностью ограждения, м²·ч·Па/мг.

Количество конденсата, мг/м², образующегося в ограждении, определяют следующим образом: Р_к= Р₁ – Р₂ мг/м². (16)