СибАДИРабота утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве методическ х указан й.

И88 Исследован е температурного поля выступающего угла наружных стен здания в натурных условиях [Электронный ресурс] : методические указания к лабораторной ра оте / сост. : С.Ф. Донченко, Г.А. Пахотин. – (Серия внутривузовск х метод ческих указаний СибАДИ). – Электр. дан. – Омск :

ибАДИ, 2018. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-bin/irbis64r plus/cgiirbis 64 ft.exe. -

Режим доступа: для автор зованных пользователей.

Предназначены для выполнения лабораторной работы по определению особенностей распределен я температурных полей в толще и на поверхности выступающ х углов наружных стен по сравнению с гладями стен ограниченными параллельными поверхностями и достаточно удаленными от неоднородностей.

Имеют интерактивное оглавление в виде закладок.

Рекомендованы о учающимся всех форм обучения направления подготовки бакалавриата «Строительство» для всех инженерно-строительных профилей.

Подготовлены на кафедре «Городское строительство, хозяйство и экспертиза объектов недвижимости».

Текстовое (символьное) издание (355 КБ)

Системные требования: Intel, 3,4 GHz ; 150 MБ ; Windows XP/Vista/7 ; DVD-ROM; 1ГБ свободного места на жестком диске ; программа для чтения

pdf-файлов: Adobe Acrobat Reader ; Foxit Reader

Техническая подготовка В.С. Черкашина Издание первое. Дата подписания к использованию 17.12.2018

Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ, 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК , 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2018

ВВЕДЕНИЕ

Вопросы теплопередачи, рассмотренные в лекциях по строительной теплофизике, применимы в основном к ограждениям, ограниченным двумя параллельными плоскостями. Для наружных ограждений зданий это будут лишь участки, достаточно удаленные от

наружных углов, проемов, мест соединения с другими ограждениями СибАДИи т. д. Эти участки с последовательным расположением однородных

слоев, достаточно удаленные от неоднородностей, называют гладью стены. Для глади стены характерно расположение изотерм параллельно поверхностям. Для случаев, когда нарушается условие плоской стенки (выступы, искривления, углы), и для узлов сопряжений отдельных элементов рассмотренные зависимости нельзя применять, так как характер передачи тепла и распределение температуры в этих местах огражден й резко меняются по сравнению с плоской стенкой. Теплотехн ческ й расчет таких участков ограждения состоит в

построен температурного поля, что в большинстве случаев

представляет трудоемкую задачу.

В теплотехн ческом расчете ограждающих конструкций должны учитываться все явления, происходящие в отдельных частях ограждения. Например, если не удет учитываться понижение температуры внутренней поверхности стен в их наружных углах, то в этих местах может о разоваться сырость, в то время как на поверхности стены вдали от угла этих явлений не будет. То же самое может наблюдаться в карнизных узлах крупнопанельных или кирпичных домов, в стыках панелей, у оконных проемов, в местах теплопроводных включений и пр.

При конструировании ограждения следует учитывать, что необходимо не только предупредить в самый холодный период года выпадение конденсата на внутренней поверхности характерных частей наружного ограждения, но ограничить дополнительные потери тепла этими участками.

В данной лабораторной работе выясняются особенности теплотехнического режима выступающих углов наружных стен, а также даются некоторые указания для их рационального конструирования.

3

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ЛАБОРАТОРОЙ РАБОТЫ

Основной целью данной работы является определение причин, почему промерзание наружных стен зданий происходит в первую очередь на внутренней поверхности выступающих углов наружных стен. В связи с этим необходимо решить следующие задачи: ознако-

миться с приборами, предназначенными для измерения температуры СибАДИповерхности конструкций и измерить температуры внутренней по-

верхности наружных ограждающих конструкций в натурных условиях; определ ть температуру точки росы для исследуемого помещения и обосновать появлен е конденсации на внутренней поверхности выступающ х углов наружных стен.

2. НАУЧНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

2.1. Пр ч ны промерзания углов наружных стен

При нарушен параметров микроклимата внутри помещений

или низких теплозащитных качествах наружных ограждающих конструкций иногда на людается промерзание наружных стен. Здесь под понятием «промерзание» подразумевается конденсация влаги на внутренних поверхностях наружных ограждающих конструкций, намокание (отсыревание) и отслаивание обоев, появление плесени, а иногда инея и наледи, отслаивание штукатурки в этих местах и т.п.

Как правило, эта проблема связана с низкими теплозащитными качествами наружных ограждающих конструкций, особенно в местах теплопроводных включений (ребра жесткости, связи, узлы сопряжений т.п.) или в наружных углах стен.

Следует отметить, что эффект промерзания наружных ограждающих конструкций может проявляться и при их нормальных теплозащитных качествах, но при высокой влажности внутреннего воздуха помещений и, как следствие, высокой температуры точки росы. Это может быть связано с недостаточным воздухообменом в помещениях или с «влажным» и даже «мокрым» режимами их эксплуатации. Температура точки росы – это температура, при которой происходит полное насыщение воздуха влагой. Зависимость температуры точки росы от температуры воздуха и его относительной влажности приведены в табл. П.2 и П.3. При понижении температуры воздуха парообразная влага превращается в капельножидкую влагу (пример – туман).

4

В местах, где температура на внутренней поверхности наружных ограждающих конструкций оказывается ниже температуры точки росы, конденсируется влага. Вначале этот процесс незаметен, т.к. конденсационная влага впитывается в материал ограждающей конструкции, увеличивая коэффициент теплопроводности материала и уменьшая теплозащитные качества ограждающей конструкции. Это ведет к

СибАДИдальнейшему понижению температуры на внутренней поверхности огражден я еще большему увеличению конденсации влаги. Увлажненная поверхность является благоприятной средой для микробов, поэтому в местах промерзания появляются серые разводы или темная плесень. Дальнейшее понижение температуры поверхности может привести к замерзан ю конденсационной влаги и появлению инея или наледи (этот процесс часто можно наблюдать на окнах, например, в кухне при повышенной влажности воздуха).

Особый нтерес представляют причины промерзания углов наружных стен здан я, поскольку эта проблема проявляется даже при температурах внутренней поверхности глади стены вдали от угла выше температуры точки росы. Рассмотрим поле температур в толще угла (рис. 1).

Если в отдалении от угла изотермы (изотермы – это линии, соединяющие точки с одинаковой температурой) проходят параллельно к поверхностям, ограничивающим стену, то по мере приближения к наружному углу они, изгибаясь, смещаются к внутренней поверхности угла. Это означает, что температура на внутренней поверхности стены в зоне угла ниже температуры тех же точек на глади стены вдали от угла. Понижение температуры в теле наружного угла (как следствие искривление изотерм), связанное с более интенсивным тепловым потоком в наружном углу по сравнению с гладью стены, вызвано геометрической формой угла, т.е. неравенством площадей тепловосприятия теплоотдачи (большей по размеру).

Следовательно, наружный угол испытывает большее охлаждение, чем гладь стены. Кроме того, коэффициент теплообмена внутренней поверхности угла имеет меньшее значение по сравнению с гладью стены, вследствие меньшего количества тепла, передаваемого излучением, и уменьшенного конвективного теплообмена. Поэтому температура внутренней поверхности понижается по мере приближения от глади стены к наружному углу. Это же справедливо и для наружной поверхности.

5

tнpасч = - 37 оC

СибАДtвpасч = 20 оC И

φвpасч = 55%

tр = 10,7 оC

τвмин = + 8,6 оС

Изотермы

τв = + 14,4 оС

Рис. 1. Распределение температур в толще выступающего угла наружной однородной стены жилого дома, полученное по

программе расчета температурных полей TEMPER-3D

Понижение температуры поверх-

ности стены в наружном углу имеет

большое санитарно-гигиеническое

значение как единственная причина, объясняющая отсыревание и промерзание наружных углов (рис. 2). По-

этому при проектировании конст-

руировании наружных углов необходимо принимать соответствующие меры к повышению температуры на их внутренней поверхности (рис. 3).

Измеренные в данной лаборатор-

6

Рис. 3. Основные мероприятия по повышению температуры на внутренней поверхности наружных углов: а, б – скашивание или скругление внутренней поверхности; в – утепление угла пилястрами; г – установка в углах стояков центрального отопления

Для установления соответствия измеренных значений температур внутренней поверхности нормируемым значениям, полученным в результате измерений, температуры внутренней поверхности ограждения пересчитывают на расчетные температуры наружного и внутреннего воздуха tн tв, принимаемые для конкретного вида здания и климатического района. Если температура внутренней поверхности стены при расчетных температурных условиях ( врасч) в какой-либо точке на внутренней поверхности стены окажется ниже температуры точки росы (tр), то в этом месте возможна конденсация влаги («промерзание»).

Следует отметить, что в натурных условиях температурный режим наружных ограждающих конструкций нестационарный в связи с колебаниями температуры наружного воздуха. Распределение температуры на внутренней поверхности во многом зависит от тепловой инерции ограждений, поэтому в этой работе мы сможем получить только качественную картину, проясняющую проблему промерзания наружных выступающих углов. Желательно проводить эту лабораторную работу в день, которому предшествовали относительно стабильные как можно более низкие отрицательные среднесуточные температуры наружного воздуха.

7

2.2. Пересчет температуры внутренней поверхности ограждения, полученной в результате измерений,

на расчетные температурные условия

Температуру внутренней поверхности стены при расчетных температурных условиях наружного и внутреннего воздуха определяют

по формуле

СибАДИврасчв = tв – (tв визмв– визмв )·(tв –вtн)/(в tвизм – tнизм), (1)

где tв – расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, ° , пр н маемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по [2, табл. 4, поз. 2] – согласно классификации помещений и минимальных значен й оптимальной температуры по ГОСТ 30494-11

(в интервале 16-21 °С) ли по та л. П.1;

tн – расчетная з мняя температура наружного воздуха, равная для

г.Омска м нус 37 °С [1];

tвизм – змеренная температура внутреннего воздуха в помещении,

°С;

tнизм – измеренная температура наружного воздуха, °С;

визм – температура на внутренней поверхности стены, измеренная в рассматриваемой точке, °С.

Если расчетная температура врасч в данной точке окажется ниже температуры точки росы tр, то здесь возможна конденсация влаги. Пересчитав все измеренные температуры на расчетные условия, мож-

но определить зону конденсации влаги.

При изменении температуры на внутренней поверхности ограж-

дения может изменяться коэффициент теплоотдачи внутренней по-

верхности. Если учитывать это обстоятельство, то температуру внутренней поверхности при расчетных температурных условиях определяют по формуле

расч′= t – (t – расч) · / ′ , (2)

где врасч – температура внутренней поверхности стены при tв – tн без учета изменения коэффициента теплоотдачи в (определена выше);в = к+ л – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стены во время измерений, Вт/(м2·°С);

′в = ′к+ ′л – то же, при расчетных значениях tв и врасч, Вт/(м2·°С);

8

врасч = 18 – (20,4 – 11,8)(18 + 37)/(20,4 + 21,0) = 6,6 °С.

Согласно табл. П.2 температура точки росы для нашего типа здания tр = 10,7 °С, что больше, чем врасч = 6,6 °С, следовательно, в этом месте будет конденсироваться влага.

9

Температуру внутренней поверхности стены при расчетных температурных условиях с учетом изменения коэффициента теплоот-

10