1803

ρ – коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наруж-

ной поверхности ограждения, принимаемый по прил. И СП [2];

Imax, Iср – соответственно максимальное и среднее значения суммарной

солнечной радиации (прямой и рассеянной), Вт/м2, принимаемые по

прил.Г СП 23-101-2004 [2] для наружных стен – как для вертикальных

поверхностей западной ориентации и для покрытий – как для горизон-

тальной поверхности;

αн – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения по

летним условиям, Вт/(м2 °C), равный согласно п.6.7 формулы 6.9 СП

[2]:

υ – минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль, м/с,

повторяемость которых состовляет 16% и более, принимаемая по СП

131.13330 [4], но не менее 1 м/с.

Величина затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха

Общая величина затухания по толщине конструкций выражается формулой:

v Atн . A в

Распространение тепловой волны в толще конструкции требует определенного времени, в связи с чем, максимальная температура на поверхности, обращенной в помещение, отмечается лишь через несколько часов после наибольшего нагрева наружной поверхности. Основные характеристики теплофизических процессов, подлежащие расчету, – это степень затухания температурных колебаний внутри конструкции, а иногда и время, необходимое для полного прогрева последней.

Затухание температурных колебаний в каком-либо произвольно выбранном слое слоистой ограждающей конструкции не может быть определено независимо от особенностей расположения этого слоя в конструкции, так как оно в большинстве случаев зависит от влияния соседних конструктивных слоев, расположенных далее по пути движения тепловой волны. Поэтому расчет затухания температурных колебаний внутри слоистой ограждающей конструкции необходимо начинать с последнего конструктивного слоя на пути движения тепловой волны и переходить последовательно от слоя к слою, приближаясь к поверхности конструкции, непосредственно воспринимающей периодические тепло-

вые воздействия. Это значит, что при расчете теплоустойчивости в летних условиях, когда периодическому нагреву подвергается наружная

31

поверхность ограждения, расчет начинается с конструктивного слоя,

граничащего с воздухом помещения.

Величину затухания расчетной амплитуды колебаний температу-

ры наружного воздуха ν в ограждении, состоящей из однородных слоев,

определяют согласно п.6.4 по формуле 6.4 СП 50.13330 [1]:

где D – тепловая инерция ограждающей конструкции, определяемая по

формуле (4.7);

e = 2,718 – основание натурального логарифма;

s1, s2, …, sn – расчетные коэффициенты теплоусвоения материала от-

дельных слоев ограждающей конструкции, Вт/(м2·ºС);

αв ,αн – то же, что в формуле 3.6;

Y1, Y2, …, Yn – коэффициент теплоусвоения наружной поверхности от-

дельных слоёв ограждения, Вт/(м2·ºС), определяемые в зависимости от величины тепловой инерции D (см. формулу 4.7). Индексы при буквенных обозначениях соответствуют порядку номеров слоев, причем нумерация последних принимается в направлении, обратном движению тепловой волны, т.е. от внутренней поверхности к наружной.

Тепловая инерция

Для многослойных ограждений показатель тепловой инерции D находится по приближенной формуле [7]:

где R1, R2, …, Rn – термическое сопротивление отдельных слоев ограждения, (м2·ºС)/Вт, определяемое по формуле 3.8;

s1, s2,…, sn – коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждения, Вт/(м2·ºС).

Тепловая инерция каждого слоя определяется согласно 6.5 [1]:

Коэффициент теплоусвоения поверхности отдельных слоев

Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности отдельного слоя Y, Вт/(м2 °C), зависит от значения его тепловой инерции и определяется согласно п.6.6. СП [1] при расчёте, начиная с первого слоя от внутренней поверхности помещения к наружной.

Если слой имеет тепловую инерцию D ≥ 1, то коэффициент тепло-

усвоения наружной поверхности слоя Y следует принимать равным

32

расчетному коэффициенту теплоусвоения s материала этого слоя конст-

рукции:

Y s .

Если слой имеет тепловую инерцию D < 1, то коэффициент тепло-

усвоения наружной поверхности слоя Y следует определять расчетом

для всех слоёв ограждающей конструкции, начиная с первого слоя:

- для первого слоя

Y1 R11s12R1αвв ;

- для второго слоя

Y2 R2s22 Y1 ;

1 R2Y1

- для третьего слоя

Y3 R3s32 Y2 ;

1 R3Y2

- для n-го слоя

Yn Rn sn2 Yn 1 ,

1 RnYn 1

где R1, R2, …. , Rn – термическое сопротивления 1,2 и n-го слоев ограждения, (м2 °C)/Вт, определяемое по формуле 3.8;

αв – то же, что в 3.6;

s1, s2 … sп – коэффициенты теплоусвоения соответственного первого, второго ... n-го слоев ограждения, Вт/(м2·ºС);

Y1, Y2, … Yn-1, Yn, – коэффициенты теплоусвоения наружной поверхности

соответственно первого, второго, n-1 и n слоев ограждающей конструкции, Вт/(м2·ºС).

4.4 ЦЕЛЬ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТА НА ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТЬ

Целью расчета теплоустойчивости ограждения является определение степени затухания температурных колебаний внутри конструкции, необходимого уровня теплоустойчивости ограждающих конструкций зданий и подбор их конструктивного решения, обеспечивающего соответствие нормативным требованиям. Для этого необходимо выполнение

условия Aτв Aтр .

Расчет теплоустойчивости ограждающих конструкций зданий вы-

33

полняется в следующей последовательности:

1)подготовка исходных данных и выбор принципиального конструк-

тивного решения проектируемой ограждающей конструкции;

2)расчет допустимой (требуемой) амплитуды колебаний темпе-

ратуры внутренней поверхности Aтр ;

3)вычисление расчетной амплитуды колебаний температуры на-

ружного воздуха Atнрасч;

4)определение коэффициента теплоусвоения наружной поверх-

ности Y отдельных слоев ограждающей конструкции в зависимости от

величины тепловой инерции D;

5)расчет коэффициента затухания расчетной амплитуды колеба-

ния наружного воздуха ν в толще ограждения;

6)вычисление фактической амплитуды колебаний температуры

внутренней поверхности ограждения Aτв по известным Atнрасч и ν ;

7)сравнение полученных результатов расчета с нормативными

показателями (см. неравенство 4.1 п.4.3) и выводы.

Если выполняется условие Aτв Aтр, то ограждающая конструк-

ция отвечает требованиям теплоустойчивости. В этом случае ограждающая конструкция обеспечивает комфортные условия помещения, защищая от воздействия внешних колебаний теплоты.

Если Aτв Aтр , то ограждающая конструкция является нетеплоус-

тойчивой, тогда необходимо принять для наружных слоев (ближе к на-

ружному воздуху) материал с большим коэффициентом теплоусвоения s, Вт/(м2 °C).

4.5ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Исходными данными для расчета теплоустойчивости в летний период являются:

-район строительства;

-тип и принципиальное конструктивное решение проектируемой ограждающей конструкции, принимаемые в соответствии с заданием;

-расчетная температура наружного воздуха, tн , C , принимаемая в зависимости от района строительства по СП 131.13330 [4] как средняя температура наиболее жаркого месяца (июль);

-максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружно-

го воздуха Atн- в июле, °C, принимаемая согласно СП 131.13330 [4];

-максимальное Imax, и среднее Iср, значения суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации, Вт/м2, принимаемые по прил.Г СП 23- 101-2004 [2] либо по СП 131.13330 [4];

-расчетная скорость ветра υ, м/с, принимаемая в зависимости от рай-

34

она строительства как минимальная из средних скоростей ветра по

румбам за июль, повторяемость которых составляет 16% и более по

СП 131.13330 [4], но не менее 1 м/с;

-расчетная относительная влажность внутреннего воздуха в , %, либо

влажностный режим помещения для определения условий эксплуата-

ции ограждающей конструкции;

-расчетная средняя температура внутреннего воздуха tв , C , для опре-

деления условий эксплуатации ограждающих конструкций;

-коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения в ,

Вт/(м2 оС), [2].

-расчётный коэффициент теплопроводности отдельных слоёв ограж-

дения i , Вт/(м оС), [1, 2];

-расчетный коэффициент теплоусвоения материалов отдельных слоев, si , Вт/(м2·ºС), [1, 2].

5.РАСЧЕТ ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТИ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Под действием ветра и теплового напора, возникающего при разности температур внутреннего и наружного воздуха, возможна фильтрация холодного наружного воздуха, которая может существенно изменить теплозащитные свойства ограждения.

Физический механизм переноса вещества в капиллярно-пористых материалах значительно отличается от механизма переноса тепла. Перенос воздуха фильтрационного потока возникает в случаях, когда разность давлений на наружной и внутренней поверхностях ограждения превышает (по энергетическому уровню) сопротивление прохождению воздушного потока. Эти сопротивления возникают на наружной поверхности стены (в виде облицовки, отделки масляной краской, пластифицированных бетонов и др.) и в толще ограждения (в виде прослоек из

пластмассы, битума, фольги и др.).

В качестве константы воздухопроницаемости материалов можно принять коэффициент воздухопроницаемости I, который показывает количество воздуха (кг), проходящее через равномерно пористый материал толщиной 1 м, сечением 1 м2 в течение 1 ч при разности давлений 10 Па. Коэффициент воздухопроницаемости выражается в кг/(м ч Па) и зависит от плотности и структуры материала.

Воздухопроницаемость ограждающих конструкций (стен и др.) в основном определяется плотностью сопряжений между отдельными

35

элементами, т.е. герметичностью стыков.

Сопротивление, оказываемое фильтрации воздуха ограждающей

конструкцией в целом или ее отдельными слоями, называют сопротив-

лением воздухопроницаемости ограждения Rи. Оно показывает разность

давлений (в Па), при которой поток воздуха через 1 м2 ограждающей

конструкции будет равен 1 кг/ч. Размерность сопротивления воздухо-

проницаемости ограждения – м2 ч Па/кг. При заданном коэффициенте

воздухопроницаемости материала i сопротивление воздухопроницанию

Rи определяется по формуле

Rи=δ/i,

где δ – толщина слоя материала, м.

5.1 РАСЧЕТ НОРМАТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТИ

Нормируемое сопротивление воздухопроницанию

Сопротивление воздухопроницанию ограждающих конструкций,

за исключением заполнения световых проёмов, зданий и сооружений Ru должно быть не менее нормируемого сопротивления воздухопроница-

где p – разность давлений воздух на наружной и внутренней поверх-

ностях ограждающих конструкций, Па, определяемая по формуле в соответствии с п. 7.2 [1]:

Gн – нормируемая поперечная воздухопроницаемость ограждающих

конструкций, кг/(м2 ч), принимаемая в соответствии с п.7.3 по таблице

[1];

Н – высота здания (от уровня пола первого этажа до верха вытяжной шахты),м; γн , γв – удельный вес соответственно наружного и внутреннего воздуха,

Н/м3, определяемый по формуле:

t – температура воздуха: внутреннего , для YB , – принимается согласно оптимальным параметрам по ГОСТ 12.1.005, ГОСТ 30494 и СанПиН

2.1.2.2645;

наружного , для YН ,– принимается равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СП 131.13330 [4];

36

υ – максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, по-

вторяемость которых составляет 16% и более, принимаемая по СП

131.13330 [4].

5.2 ОЦЕНКА ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТИ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Воздухоизоляционные свойства строительных материалов и кон-

струкций характеризуются сопротивлением их воздухопроницанию Ru ,

м2 ч Па/кг.

Причем Ru должно быть не менее нормируемого сопротивления воздухопроницанию Ruтр , т.е. необходимо выполнение условия:

Сопротивление проницанию Ru , многослойной ограждающей кон-

струкции следует рассчитывать по п. 7.4 [1] как сумму сопротивлений

где Ru1,Ru2,...,Run – сопротивления воздухопроницанию отдельных сло-

ев ограждающей конструкции, (м2 ч Па)/кг.

Сопротивление воздухопроницанию отдельных слоев ограждающей конструкции следует определять по табл. 17 СП 23-101-2004 [2] либо по прил. С СП 50.13330 [1]. Величину сопротивления воздухопроницанию Ru при толщине слоя, отличной от указанных в справочных таблицах, допускается принимать прямо пропорционально толщине. Для материалов и конструкций, не указанных в таблицах, сопротивление воздухопроницанию необходимо определять экспериментально.

5.3 ЦЕЛЬ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТА НА ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТЬ

Целью расчета воздухопроницаемости ограждающей конструкции

является определение воздухоизоляционных свойств ограждений зданий и подбор их конструктивного решения, обеспечивающего соответ-

ствие нормативным требованиям (Ru Ruтр ).

Последовательность расчета воздухопроницаемости ограждающих конструкций зданий состоит в следующем:

1)подготовка исходных данных и выбор принципиального конструктивного решения проектируемой ограждающей конструкции;

2)расчет разности давления воздуха p на наружной и внутренней поверхностях ограждающей конструкции по формуле 5.2;

37

3)определение по таблице п.7.3 СП 50.13330[1] нормируемой попереч-

ной воздухопроницаемости ограждающих конструкций Gн для данно-

го вида здания с учетом района строительства;

4)вычисление требуемого сопротивления воздухопроницанию Ruтр ограждения по формуле 5.1;

5)установление сопротивления воздухопроницанию ограждающей кон-

струкции согласно п.5.2.

6)сравнение полученных результатов расчета с нормативными требова-

ниями (см. неравенство 5.4) и выводы.

Если выполняется условие Ru Ruтр , то рассматриваемая ограждающая конструкция отвечает нормативным требованиям в отношении воздухопроницаемости. Если Ru Ruтр , то необходимо предусмотреть

меры по повышению сопротивления воздухопроницанию ограждений.

В этом случае принимается другая ограждающая конструкция, для которой Ru Ruтр . Для этого рекомендуется выбирать строительные мате-

риалы и конструкции с бо́льшим Ru и более плотные слои ограждения располагать у наружной поверхности. В качестве таких слоев целесообразно принимать цементно-песчаную штукатурку, керамическую плитку, естественный облицовочный камень и т.п. [7, 8]

5.4ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

-район строительства;

-назначение здания;

-высота здания;

-тип и принципиальное конструктивное решение проектируемой ограждающей конструкции, принимаемые в соответствии с заданием;

-расчетная температура наружного воздуха, tн , C , принимаемая в за-

висимости от района строительства по СП 131.13330 [4] как температура наиболее холодных пяти суток с коэффициентом обеспеченности

0,92;

-расчетная скорость ветра υ, м/с, принимаемая в зависимости от района строительства как максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16% и более по СП 131.13330 [4];

-расчетная относительная влажность внутреннего воздуха в , %, либо влажностный режим помещения для определения условий эксплуатации ограждающей конструкции;

38

-расчетная средняя температура внутреннего воздуха tв , C , прини-

маемая по минимальным значениям оптимальной температуры зда-

ний по ГОСТ 30494-2011 [3] или по нормам проектирования соответ-

ствующих зданий или сооружений;

-нормируемая поперечная воздухопроницаемость Gн ограждающих конструкций, кг/(м2 ч), принимаемая в зависимости от назначения здания и вида ограждения [1, 2];

-сопротивление воздухопроницанию отдельных слоёв ограждения Rui ,

м2 ч Па/кг, [1, 2].

6.ОЦЕНКА ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Увеличение влагосодержания материалов и ограждающих конст-

рукций в эксплуатируемых зданиях всегда сопровождается уменьшением теплозащитных свойств ограждения и преждевременным их разрушением[8]. Отрицательное действие повышенной влажности ограждающих конструкций сильнее всего проявляется в отапливаемых зданиях с нормальным влажностным режимом.

Существует несколько видов влаги, увеличивающей влажность материала в ограждении (атмосферная влага, грунтовая влага, влага в виде конденсата). К ним относится влага в виде водяного пара, который диффундирует через ограждающую конструкцию отапливаемых помещений и может конденсироваться в толще ограждения при неправильно выбранной его конструкции.

Каждый из видов увлажнения может вызвать повышенное увлажнение ограждений. Поэтому при проектировании и строительстве зданий следует внимательно контролировать состояние материалов и предусматривать конструктивное решение ограждающей конструкции, предупреждающей внесение влаги или образование её в толще ограж-

дения в период эксплуатации здания.

В рационально спроектированных ограждениях наблюдается так называемое установившееся содержание влаги, которое приближается к воздушно-сухому состоянию материалов и незначительно изменяется в разные сезоны года.

39

6.1РАСЧЕТ НОРМАТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПАРОПРОНИЦАНИЯ

Расчет нормируемых сопротивлений паропроницанию

Сопротивление паропроницанию Rп, м2·ч∙Па/мг, ограждающей кон-

струкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости возмож-

ной конденсации должно быть не менее наибольшего из двух нормируемых сопротивлений паропроницанию Rптр1 и Rптр2 .

Требуемые значения сопротивления паропроницанию принимаются по СП 50.13330 “Тепловая защита зданий” согласно п. 8.1[1]:

1) Rптр1 – из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации, определяемо-

2) Rптр2 – из условия ограничения влаги в ограждающей конст-

рукции за период с отрицательными средними месячными темпе-

где eв – парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па, при расчетных температуре и относительной влажности этого воздуха в помещении, определяемое по формуле (8.3) [1]:

Eв – парциальное давление насыщенного водяного пара, Па, при температуре внутреннего воздуха помещения tв, принимаемое по прил.С

табл.С2 СП 23-101-2004 [2];

φв, – относительная влажность внутреннего воздуха, %, принимаемая для различных зданий в соответствии с п. 5.7 СП 50.13330 (см. п.3.1);

Rп.н – сопротивление паропроницанию, м2·ч∙Па/мг, части ограждающей

конструкции, расположенной между наружной поверхностью ограждающей конструкции и плоскостью возможной конденсации;

eн – среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за годовой период, Па, определяемое по табл. 5а* СП 131.13330 [4];

z0 – продолжительность периода влагонакопления, сут, принимаемая равной периоду с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха по СП 131.13330 [4];

E0 f 0c – парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости возможной конденсации, Па, определяемое при средней темпера-

40