1.2 Расчёт термического сопротивления горизонтальной ограждающей конструкции.

Рисунок 1.2 - Конструкция покрытия здания

Расчетные значения коэффициентов теплопроводности λ и теплоусвоения S материалов принимаем по таблице А.1[1] для условий эксплуатации ограждений «Б»:

- изделия из выпученного перлита на битумном связующем

λ ₁ = 0,099 Вт/( м ∙°С); S₁ = 1,61Вт/(м² ∙°С);

- гравий керамзитовый

λ ₂ = 0,23 Вт/( м ∙°С); S₂ = 3, 6 Вт/(м² ∙°С);

- маты минераловатные прошивные

λ ₃ = 0,051 Вт/( м ∙°С); S₄ = 0,66 Вт/(м² ∙°С);

- железобетон

λ ₄ = 2,04 Вт/( м ∙°С); S₅ = 19,7Вт/(м² ∙°С).

Конструктивное решение представлено на рисунке 1.2. Предварительно, для нахождения термического сопротивления перекрытия определили толщину искомого слоя Х. Для этого по таблице 5.1[1] выбираем нормативное сопротивление теплопередачи R_т^норм =6 (м²· ⁰С)/Вт. Сопротивление искомого слоя находим по формуле:

R₃= R_т^норм –( ;

где α_в-коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции,(1,таблица 5.4)

α_н-коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, принимаем по таблице 5.7[1].

Определяем толщину искомого слоя:

Разделим конструкцию на повторяющиеся элементы, приняв, что данный элемент имеет правильную геометрическую форму прямоугольника со сторонами 0,1х0,1 м.

Определим термическое сопротивление элементов при условии деления их плоскостями, параллельными тепловому потоку. Конструктивное решение представлено на рисунке 1.2.1.

Рисунок1.2.1(1) Элемент перекрытия

Рисунок1.2.1(2) Элемент перекрытия

Где Ri – термическое сопротивление каждого слоя конструкции, (м²∙°С)/Вт.

Железобетонную плиту разбиваем на три слоя: два слоя железобетона и слой воздушной прослойки.

Коэффициент теплопроводности замкнутой воздушной прослойки при толщине 0,177 (м), примем λ = 0,67(м²∙°С)/Вт.

Определяем площади элементов:

м²;

м²;

Термическое сопротивление элемента при условии деления его плоскостями,

параллельными тепловому потоку.

;

Находим термическое сопротивление при условном делении его плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку. Конструктивное решение представлено на рисунке 1.2.2.

Рисунок 1.2.2 Конструкция перекрытия при условии деления его плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку

(м²· ⁰С)/Вт;

(м²· ⁰С)/Вт;

(м²· ⁰С)/Вт;

(м²· ⁰С)/Вт;

(м²· ⁰С)/Вт;

(м²· ⁰С)/Вт;

Тогда,

Так как величина не превышает величину R_││более чем на 25%, то термический расчет конструкции выполняют согласно формуле:

R_ка= (м²· ⁰С)/Вт ;

Вывод: данная конструкция перекрытия удовлетворяет требованиям [1] по теплопроводности, так как нормативное сопротивление конструкции

R^норм = 6,0(м²∙°С)/Вт., что меньше расчетного сопротивления R=6,45(м²∙°С)/Вт.

2 Расчет температурного поля в многослойной конструкции

Определим температуры на границах слоёв многослойной конструкции наружной стены, тепловой поток и глубина промерзания при следующих данных:

Рисунок 2.1 – Наружная стена здания

- кирпич глиняный обыкновенный

λ ₁ = 0,81 Вт/( м ∙°С); S₁ = 10,12 Вт/(м² ∙°С);

- маты минераловатные прошивные

λ ₂ = 0,051 Вт/( м ∙°С); S₂ = 0,66 Вт/(м² ∙°С);

Рисунок 2.2 – Изменение температуры в наружной стене

Определяем термическое сопротивление каждого слоя материала:

Для определения тепловой инерции стены находим термическое сопротивление отдельных слоев конструкции по формуле:

,

где δ – толщина рассматриваемого слоя, м ;

λ – коэффициент теплопроводности данного слоя, Вт/(м∙°С).

Вычислим термическое сопротивление отдельных слоев:

- кирпич глиняный обыкновенный

(м² ∙ ºС)/Вт;

- маты минераловатные прошивные

(м² ∙ ºС)/Вт;

- кирпич глиняный обыкновенный

(м² ∙ ºС)/Вт;

=0,148+2,51+0,309=2,967 (м² ∙ ºС)/Вт.

Определим тепловой поток через трехслойную конструкцию при разности температур двух сред:

Вт/м²,

где t_в - температура внутреннего воздуха, °С;

t_н - температура наружного воздуха, °С .

Определяем температуры на границах слоев конструкции по формуле:

,

где t_x - температура в любой точке конструкции, °С;

R_x - часть термического сопротивления, находящегося между плоскостями c температурами t₁ и t_x, (м² ∙ ºС)/Вт.

ºС;

ºС;

ºС;

ºС;

Граница промерзания находится в слое кирпича глиняного обыкновенного.

Определяем глубину промерзания в слое и составляем пропорцию:

;

Отсюда х=0,058 м;

Общая глубина промерзания в этом случае составит:

δ_пр = х+ 0,25= 0,308 м.

Рисунок 2.3 – Глубина промерзания в теплоизоляционном слое

Рассмотрим данную задачу в случае, когда температура наружного и внутреннего воздуха заменены друг с другом .

Рисунок 2.4 - Изменение температуры в наружной стене

Значение термического сопротивления всей конструкции и теплового потока в этом случае останется прежним:

0,148+2,51+0,309=2,967 (м² ∙ ºС)/Вт.

Вт/м².

Определяем температуры на границах слоев конструкции по формуле:

,

где t_x - температура в любой точке конструкции, °С;

R_x - часть термического сопротивления, находящегося между плоскостями c температурами t₁ и t_x, (м² ∙ ºС)/Вт.

ºС;

ºС;

ºС;

ºС;

Граница промерзания находится в слое бетона.

Определяем глубину промерзания в слое бетона и составляем пропорцию:

;

Отсюда х=0,061 м

Общая глубина промерзания в этом случае составит:

δ_пр = х+0,12=0,181 м.

Рисунок 2.5 – Глубина промерзания в теплоизоляционном слое

Вывод: Глубина промерзания, в первом случае составляет 308 мм, во втором случае 181 мм. Экономически целесообразнее делать теплоизоляцию как представлено во втором случае, при этом точка росы переносится в наружный слой и стена незначительно промерзает в отличие от теплоизоляции, которая представлена во втором случае. При наружной теплоизоляции ограждающая конструкция аккумулирует тепло, потери тепла минимальны.