книги из ГПНТБ / Ильинский В.М. Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат зданий) учеб. пособие

ния общих площадей наружных и внутренних ограждающих кон-

струкщш, т. е. от величины —- . Чем больше это соотношение, тем

д/7в

менее теплоустойчиво помещение.

В летний период колебания потока тепла, поступающего в по­ мещение через его ограждения в результате периодического дей­ ствия солнечных лучей и высокой температуры наружного возду­ ха, определяются амплитудой колебаний температуры на поверхно­ сти наружных ограждений, обращенной в помещение, а именно:

температуры (принимаемая для каждого вида ограждений с учетом

циент теплообмена на поверхности ограждения, обращенной в по­ мещение, ккал/м2-ч-град.

Очевидно, что в выражениях (Ѵ.21) и (Ѵ.22) величина коэффи­ циента неравномерности поступлений тепла в помещение характе­ ризует разновременность (сдвиг фаз) колебаний потока тепла по сравнению с колебаниями температур воздуха и поверхностей по­ мещений. Такой сдвиг фаз в особенности характерен для летнего периода года, когда температура воздуха в помещении зависит от очень различных во времени периодических колебаний внешних тепловых воздействий.

В летнее время этот сдвиг фаз, помимо соотношения площадей наружных и внутренних ограждений, зависит, в частности, от раз­ новременности проникания тепла через светопроемы и непрозрач­ ные ограждения помещения. В связи с этим точные значения изме­ няющихся теплопоступлений и температуры помещений можно определить только последовательным расчетом для каждого часа су­ ток, что и практикуется, например, при установлении тепловых на­ грузок на системы кондиционирования воздуха. Обобщенные ин­ тегральные значения коэффициентов неравномерности поступления тепла ф крайне приближенны. Для летнего периода значения коэф­ фициента ф принимают примерно в пределах от 0,6 до 0,7, а в зим­ ний период эти значения зависят от особенностей агрегатов перио­ дического отопления.

Дальнейшее обобщение результатов практических расчетов теп­ лоустойчивости помещений может привести к уточнению и система­ тизации значений этих коэффициентов.

210

Если принять, что сдвиг фаз колебаний потока тепла по сравне­ нию с колебаниями поверхностей помещения выражается величи­ ной ф, можно написать по аналогии с формулами (Ѵ.20а) и (Ѵ.23):

'cp

откуда

Вычисление с помощью формул (V.24) и (V.25) амплитуды ко­ лебаний температуры воздуха и средней приведенной величины за­ тухания колебаний температуры в ограждающих конструкциях наиболее правомерно для помещений с ограниченной площадью светопроемов.

При большой поверхности остекления помещения вообще теря­ ют свойства теплоустойчивости и для поддержания необходимой степени теплового комфорта необходимо зимой совершенствование систем отопления, а летом применение систем радиационного охлаждения или кондиционирования воздуха; в любой период года целесообразно существенное повышение теплофизических качеств остекленных поверхностей по сравнению с обычным двойным остек­ лением.

В летний период поступление лучистого тепла через не защищен­ ные от солнца окна имеет прерывистый в течение дня характер, йо при использовании жалюзи, штор и других солнцезащитных устройств, изменения теплопоступлений приближаются к периоди­ ческим, сходным с поступлениями через легкие непрозрачные ограждения; эта последняя закономерность может быть принята при проведении ориентировочных расчетов, достаточных для опре­ деления необходимых теплофизических свойств отдельных ограж­

дений помещения.

Тогда, при пользовании формулами (Ѵ.24) и (Ѵ.25) величина затухания для остекленных поверхностей вычисляется как v = aBR0, что для двойного остекления составит ѵ = 7,5-0,435 = 3,26.

Зависимости (Ѵ.21—Ѵ.22) и (Ѵ.24—Ѵ.25) могут быть применены для приближенного расчета колебаний температуры воздуха в по­ мещениях.

Следует обратить внимание, что при этом расчете предполагается отсутствие воздухообмена, могущего влиять на колебания темпера­ туры помещений.

Особенности расчета теплофизических свойств ограждений при колебаниях температуры воздуха, вызванных периодически дейст­ вующим отоплением в холодный период года, и нагревом помеще­ ний внешними тепловыми воздействиями в летний период, иллюст­ рируются нижеследующими примерами.

211

Пример V.7. Определить величины сопротивления теплопередаче стен угло­ вого помещения одноэтажного жилого здания с периодически действующим отоп­ лением (рис. V.7), исходя из допустимой амплитуды колебаний внутреннего

перепад температур для наружных ограждений при местном периодически дей­ ствующем отоплении можно принять:

ная изнутри фибролитовыми плитами, покрытыми сухой гипсовой штукатуркой. Чердачное перекрытие — из сборных деревянных щитов, защищенных гипсовой штукатуркой. Пол — деревянный по лагам.

Подсчеты площади наружных и внутренних поверхностей ограждений, необ­ ходимые для пользования формулой (V.21), сводим в следующую таблицу.

Площади наружных ограждений вычислены по наружному обмеру, и, кроме того, введен коэффициент 1,13, учитывающий обдувание ветром наружной поверх­ ности ограждений.

Среднее приведенное значение перепада температур определяем по формуле:

3 3 ,2 -3 2 + 6 ,8 -3 2 + 2 0 ,7 -2 6 + 20,7-16

Среднее приведенное значение сопротивления теплопередаче наружных ограж­ дений помещения устанавливается в формуле (V.21).

212

Необходимое сопротивление теплопередаче стен R0' определим в соответ­ ствии с равенством (IV .3), приняв сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия Ro"'= 1,6, сопротивление теплопередаче окон с двойным остеклением а о —0,43 и сопротивление теплопередаче пола R0""=2,4.

Рис. V.7. Угловое помещение жилого дома

Сопротивление теплопередаче такой стены (при внутренней сухой гипсовой штукатурке А = 0 ,5 ):

==1,37 > 1 ,2 8 м2-ч-град/ккал.

Пример V.8. Определить необходимые теплотехнические свойства ограждаю­ щих конструкций углового помещения, рассмотренного в предыдущем примере, из условий ограничения перегрева этого помещения в летнее время.

Продольная стена помещения обращена на запад, а торцовая — на юг. Ограждающие конструкции те же, что в предыдущем примере. Климатиче­

ские условия приняты для г. Гурьева (45° с. ш.; сухие условия). Для материа­

213

Характеристики тепловой инерции стены и чердачного перекрытия:

Коэффициенты теплоусвоения поверхности ограждающих конструкций, обращен­ ной в помещение:

2) для чердачного перекрытия

0,09-2-972 + 3,21 = 3,10 ккал\мЪ-ч-град. 1 + 0,09-3,21

Затухание наружных температурных колебаний: 1) в толще стены

214

Г Л А В А V I

ВЛАЖНОСТНОЕ СОСТОЯНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

§ 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ УВЛАЖНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЙ ВЛАЖНОСТНОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ

Различают несколько видов влаги, которые вызывают нежела­ тельное повышение влагосодержания материалов, входящих в со­

стен после утраты непроницаемости гидроизоляции или при ее от­ сутствии; а т м о с ф е р н а я в л а г а в виде косых дождей пли инея, выпадающего и при повышении температуры тающего на наружной

влажностью; п а р о о б р а з н а я влага, диффундирующая сквозь ограждения отапливаемых помещений и при неблагоприятных ус­ ловиях конденсирующаяся в их толще.

Любой из этих видов влаги может оказаться причиной повышен­ ного влажностного состояния ограждающих конструкций; увели­ чение влагосодержания материалов в конструкциях эксплуатируе­ мых зданий всегда нежелательно, а для ограждений отапливаемых зданий с нормальным влажностным режимом просто недопустимо. В результате длительных и постепенно затухающих процессов влагообмена вновь осуществленной и введенной в эксплуатацию ограж­ дающей конструкции с окружающей воздушной средой, ее конст­ руктивные слои приобретают равновесное влагосодержание, как это более подробно рассмотрено далее; в правильно запроектирован­ ных конструкциях установившееся влагосодержание должно быть возможно близким к воздушно-сухому состоянию II сравнительно незначительно изменяться в различные периоды года.

Конструкции с воздушно-сухим состоянием материалов облада­ ют достаточно высокими теплозащитными свойствами; относитель­ ная неизменность воздушно-сухого состояния в течение годичного цикла является необходимой предпосылкой для обеспечения посто­ янства эксплуатационных качеств и достаточной долговечности кон­ струкции.

Избыточное влажностное состояние ограждающих конструкций в особенности характерно в первые годы эксплуатации вновь вы­ строенных зданий и в большой степени зависит от начальной (тех-

216

нологической) влажности материала конструкции. Наибольшее ко­ личество начальной влаги (например, вносимой при бетонировании) отмечается в конструкциях из легких бетонов, укладываемых на месте, а также в крупноблочных и массивных кирпичных степах (избыточное влагосодержание крупных блоков, смачивание кирпи­ ча и кладка его на растворах с большим количеством влаги, штука­ турка мокрым способом и т. д.).

В слоях ограждающих конструкций, граничащих с достаточно сухой воздушной средой, влажность материала быстро уменьшает­ ся и достигает верхнего предела гигроскопичности (предела сорб­ ционного увлажнения). Этим заканчивается первый период есте­

териалы быстро высыхающие и медленно высыхающие*. К первым относятся, например, керамика, хорошо обожженный кирпич, кон­ структивные и крупнопористые бетоны; ко вторым — шлакобето­ ны, золобетоны и другие неоднородные бетоны с гигроскопически­ ми компонентами или пористыми заполнителями.

Характерным размером высыхающего ограждения является наи­ большее расстояние (по поперечному сечению конструкции), на которое необходимо переместиться влаге для того, чтобы достиг­ нуть поверхности, с которой происходит испарение. При испарении с обеих противолежащих поверхностей однородной конструкции это

лярный вес; ер — относительное давление пара в материале, равное относительной влажности воздуха. При постоянной температуре энергия связи влаги с мате­ риалом является функцией относительной влажности и связана с влагоемкостью и гигроскопическими свойствами материала.

217

будет половина ее толщины, а при одностороннем высыхании — вся толщина (рис. VI.1).

В пустотных конструкциях этот характерный размер сокращает­ ся за счет испарения части влаги внутрь пустот или воздушных про­ слоек. Эта влага, испарившаяся внутрь пустот, обычно удаляется при последующей фильтрации воздуха сквозь конструкцию.

Наружные стены, выполненные из быстро высыхающих материа­ лов и обладающие ограниченной толщиной, а также бесчердачные покрытия, достигают влажностного состояния, приближающегося к нормальному, в течение одного достаточно жаркого летнего перио­ да. Массивные стены, выполненные из медленно высыхающего ма­ териала, сохнут в течение ряда лет, причем и после естественного завершения этого процесса влажность их слоев, удаленных от по-

ворительного влажностного состояния слоистой конструкции важ­ но, чтобы возможные эпизодические увлажнения внешних слоев (например, атмосферной влагой) не влекли за собой распростра­ нения жидкой влаги по всей толщине конструкции.

В конструкциях слоистых стен это обеспечивается применением материалов с различной влагоемкостью и крупностью пор *. Жид­ кая влага, содержащаяся во внешнем увлажненном слое с мелки­ ми порами, не сможет распространиться внутрь стены с заполнени­ ем из крупнопористых невлагоемких материалов.

Если средняя часть стены выполнена из таких материалов (пе­ ностекло, ячеистая керамика с остеклованной поверхностью и т. д.), ее влажность будет меньше (рис. VI.2, а), чем вэ внешних слоях, обычно выполняемых из плотных материалов с более мелкими по­ рами (конструктивный бетон и т. д.). Такое распределение влажно­ сти в стенах благоприятно для жилых помещений во влажном кли­

218

мате, влажность воздуха в которых не должна превышать нормаль-- ной, несмотря на то, что стены подвергаются увлажнению атмо­ сферной влагой. Эта же конструктивная схема в случае ее приме­ нения для стен влажных помещений с пониженной температурой внутреннего воздуха предотвратит перемещения влаги изнутри на­ ружу, происходящие преимущественно в жидкой фазе, и обеспечит относительно сухое состояние стен *.

Наоборот, если средняя часть стены выполнена из легко смачи­ ваемых и медленно высыхающих мелкопористых материалов с по­ вышенной влагоемкостью (например, глинистых и грунтовых), ее влажность будет выше, чем внешних облицовочных слоев (рис. VI.2, б). Подобное распределение влажности в массивных стенах мо­ жет быть благоприятным для малоэтажных зданий, возводимых в юго-восточных районах СССР и подвергающихся перегреву в те­ чение длительного летнего периода года.

В других случаях и особенно при ограниченной толщине и стой­ кости внешних слоев высокая влажность средней части стены мо­ жет привести к преждевременному разрушению конструкции. В ча­ стности, устройство стен из легких бетонов, укладываемых между плотным отделочным слоем (например, листами сухой гипсовой штукатурки) и наружным конструктивным слоем (например, кир­ пичной или бетонной облицовкой), используемыми в качестве опа­ лубки, не может быть рекомендовано в любых климатических ус­ ловиях и особенно во влажных. Применение таких стен, помимо по­ вышенной влажности, приводит к их постепенному разрушению, проявляющемуся в короблении, выпучивании и отслоении отделок или в сокращении срока службы наружной части конструкции.

Таким образом, использование в смежных конструктивных сло­ ях материалов с различными потенциалами переноса влаги может вызвать улучшение или, наоборот, снижение теплофизических свойств ограждения, в зависимости от особенностей, внешних воз­ действий и условий эксплуатации. Такие особенности в большой степени зависят от параметров воздушной среды, соприкасающей­ ся с ограждениями здания.

§2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

Ватмосферном воздухе, а следовательно, и в воздухе помеще­ ний всегда содержится определенное количество водяного пара.

Количество влаги в граммах, содержащееся в 1 м3 воздуха, на­

зывается объемной концентрацией пара или а б с о л ют н о й

* Только при указанной конструктивной схеме обеспечивается удовлетвори­ тельное влажностное состояние слоистых крупнопанельных конструкций, внешние слои которых бетонируются при непосредственном контакте со средней утепляю­ щей частью. При такой технологии изготовления панелей выполнение утепляю­ щего слоя из органических (фибролит, торфоизоляционные плиты) или влагоем­ ких утеплителей (пенозолобетон и т. д.) не может быть рекомендовано. Влаж­ ность утеплителя в конструкциях трейллойных панелей должна быть ниже влажности внешних слоев, что может быть обеспечено только при использовании утеплителей с малой влагоемкостью (например, пеностекло и т. д.).

219