Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Тепловой режим зданий. Ч.1. Строительная теплофизика. Учебное пособие по направлениям подготовки 08.03.01, 08.04.01 «Строительство» направленности «Те
.pdf
– для второго слоя
А
А
р
A
A
– для третьего слоя
– для n-го слоя
где R
,...,Rn – термическое сопротивления 1, 2 и n-го слоёв ограждения,
1,R2
2
RS Y
2
RS Y
3
1
RS Y
n
22 1
1
RY
2
33 2
RY
2
nn n
1
Y
Y
Y
2.
(м
С)/Вт, определяемое по формуле
21
32
RY
nn
;
(4.7)
;
(4.8)
1
,
(4.9)
1
то же, что в формуле (3.1).
–
в
По известным значениям и
R
рас
нt
;
определяют фактическую амплитуду
колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструк-
ф
ции
, С:
в
А
ф
в
н
t
(4.10)
.
ас
А
Ограждающая конструкция будет отвечать требованиям теплоустойчи-
вости, если выполняется условие
фтр
вв
,
A
(4.11)
В этом случае ограждающая конструкция обеспечивает комфортные
условия помещения, защищая от воздействия внешних колебаний теплоты.
Если
фтр
вв
,
A
то ограждающая конструкция является нетеплоустойчивой,
тогда необходимо принять для наружных слоёв (ближе к наружному воздуху) материал с большим коэффициентом теплоусвоения S, Вт/(м
2
С).
ПРИМЕР 4.1
Расчет теплоустойчивости наружного ограждения
Исходные данные
1. Ограждающая конструкция, состоящая из трех слоев: штукатурки из
цементно-песчаного раствора с объемной массой
= 0,04 м; слоя утеплителя из глиняного обыкновенного кирпича с
1
= 1800 кг/м3 толщиной 2 = 0,510 м; облицовочного силикатного кирпича
2
с
= 1800 кг/м3 толщиной 3 = 0,125 м.
3
Район строительства – г. Пенза.
2.
41
= 1800 кг/м3, толщиной
1
Влажностный режим помещения – нормальный.
A
р
A
3.
4.
Расчетная температура внутреннего воздуха t
Условие эксплуатации – А.
5.
= 20 С.
в
Расчетные значения теплотехнических характеристик и коэффициентов
в формулах:
= 25,6 С [2, табл. 1];
t
нл
R
=0,05 Вт/(м2 С);
1
R
= 25,6 Вт/(м2 С);
2
R
= 0,16 Вт/(м2 С);
3
S
=9,6 Вт/(м2 С) (по прил.3* [11]);
1
S
= 9,20 Вт/(м2 С) [11];
2
S
=9,77 Вт/(м2 С) [11];
3
v = 3,9 м/с [2];
18,4
A
t
н
I
= 636 [2];
max
=145 [2];
I
cр
С [2];
= 0,7 (см. табл. 4.1);
D = 8,64;
= 8,7 Вт/(м2 С) (см. табл.3.8).
в
Порядок расчета
1. Определяем допустимую амплитуду колебаний температуры внут-
тр
ренней поверхности
тр
2,5 0,1 21 2,5 0,1 25,6 21 2,04At
в
наружного ограждения по формуле (4.1):
в
нл
С .
2. Вычисляем расчетную амплитуду колебаний температуры наружного
ас
воздуха
AA
t
где
определяем по формуле (4.3):
н
рас
н
по формуле (4.2):
t
н
II
0,5 0,5 18,4 21,2
н
t
н
1,16 5 1 0 1,16 5 10 3, 9 28, 7v
max ср
н
0,7 636 145
28,7
Вт/(м2 С).
С,
3. Находим коэффициент теплоусвоения наружной поверхности Y от-
дельных слоев ограждающей конструкции в зависимости от D.
Для первого слоя D
= R
1
S
= 0,04 9,6 = 0,38, т.е. D1 1, тогда значение
1
1
Y определяем расчетом для каждого слоя отдельно:
– для первого слоя по формуле (4.6)
22
RS
Y
11 в
1
110,058,7
R
1 в
0,05 9, 6 8,7
9,54
Вт/(м2 С);
42
– для второго слоя по формуле (4.7)
A
A
22
RS Y
Y
22 1
2
1 1 0, 72 9, 54
RY
21
0,72 9, 20 9,54
8,96
Вт/(м2 С);
– для третьего слоя утеплителя по формуле (4.8)
22
RS Y
Y
33 2
3
1 1 0,16 8,96
RY
32
0,16 9, 77 8,96
9,92
Вт/(м2 С);
4. Определяем коэффициент затухания расчетной амплитуды колебания
наружного воздуха в толще ограждения по формуле (4.4):
D
()()( )()
SSYSY Y
1 в 21 1
0,9
8,64
(9,6 8,7) (9,20 9,54) (9,54 8,96) (28,7 9,92)
0,9 515,5.
2
e
2
e
()( )( )
SYS YS Y
112 2
(9,60 9,54) (9,20 8,96) (9,54 9,92)
nn nn
nnn
5. Вычисляем фактическую амплитуду колебаний температуры внут-
ренней поверхности ограждения по формуле (4.10):
рас
А
ф
A
t
t
н
н
21, 2
515,5
0,04
С .
Таким образом, конструкция отвечает требованиям теплоустойчивости,
так как выполняется условие (4.11):
ф
t
н
тр
(0,04 2,04).
t
н
43
5. РАСЧЁТ ТЕПЛОУСВОЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ
А
А
А
А
А
А
А
А
А
А
А
А
ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
Свойство поверхности ограждения в большей или меньшей степени воспринимать тепло при периодических колебаниях теплового потока или температуры воздуха характеризуется теплоусвоением. Колебания тепловых
потоков Q
, Вт, и температуры поверхностей в, С, являются гармониче-
z
скими и происходят по закону синусоиды (рис. 5.1, 5.2) с периодом z.
Колебания теплового потока, проходящего через ограждения А
зывают колебания температуры на внутренней поверхности
же периодом z, но с запаздыванием во времени на величину
как значение
, Вт, достигает своего минимума и начинает увеличиваться,
Q
z
температура на внутренней поверхности ограждения
понижаться еще некоторое время
Величина
, Вт, периода колебания z и теплофизических свойств ограждения: теп-
Q
z
, С, зависит от амплитуды колебания теплового потока
в
лоусвоения материала S, Вт/(м
тивления R, (м
2
С)/Вт.
z
.
в
2
С), инерционности D, термического сопро-
Отношение амплитуды колебания теплового потока
z
в
, С, продолжает
в
, Вт, к ампли-
Q
z
туде колебания температуры на внутренней поверхности ограждения,
, Вт вы-
Q
, С, с тем
в
. В то время
в
называется показателем теплоусвоения внутренней поверхности огражде-
,
ния Y
амплитуда колебания
, Вт/(м2 С).
вп
Чем больше значение Y
на внутренней поверхности. Значение Yвп главным
в
Q
z
Y
вп
при одном и том же значении
вп
. (5.1)
в
, тем меньше
Q
z
образом зависит от коэффициента теплоусвоения материала S, который характеризует способность материала ограждения воспринимать теплоту при
колебаниях
в
, С.
Колебания температуры на внутренней поверхности конструкции, в
свою очередь, вызывают колебания температуры в толще ограждения и по
мере удаления от внутренней поверхности уменьшаются и затухают в основном в толще первого слоя ограждения, который называется слоем резких
колебаний. Таким образом, на величину Y
оказывают влияние только теп-
вп
лофизические свойства материалов первых слоёв, остальная часть ограждения, лежащая за пределами слоя резких колебаний, не оказывает влияния на
44
. Эти свойства материалов необходимо учитывать при строительстве зда-
А
А
Y
вп
ний и особенно при сооружении полов.
При рассмотрении многослойных ограждающих конструкций нумера-
ция слоёв осуществляется, начиная от внутреннего к наружному.
Значение Y
необходимо устанавливать с учётом расположения гра-
вп
ницы слоя резких колебаний, при этом могут встретиться следующие три
случая:
1. Если слой резких колебаний температуры
полностью расположен
в
в первом слое конструкции пола и имеет показатель тепловой инерции
D
Вт/(м
S
1=R1
0,5, то показатель теплоусвоения поверхности пола Y
1
2
С), следует определять по формуле
Y
=2 S1. (5.2)
вп
В этом случае показатель теплоусвоения внутренней поверхности Y
вп
вп
равен показателю теплоусвоения материала первого слоя и на его величину
свойства материала следующих слоёв влияния не оказывают.
2. Если слой резких колебаний температуры расположен в двух первых
слоях и первый слой ограждения имеет D
D
1+D2
>0,5, то показатель Yвп, Вт/(м2 С), определяется по формуле
2
2
RS S
0,5
11 2
RS
Y
вп
3. Если слой резких колебаний температуры
вых слоях и первые два слоя ограждения имеют D
инерция первых трёх слоёв D
1+D2+D3
> 0,5, то показатель Yвп определится из
<0,5, но сумма величин
1
.
(5.3)
12
расположен в трёх пер-
в
< 0,5, но тепловая
1+D2
формулы
,
22
4(0,5 )2
RS RS RS S
11 22 22 3
0,5 (2 )
где R
Y
вп
, R2, R3 – термические сопротивления соответственно первого, вто-
1
рого и третьего слоев, (м
, S2, S3 – расчётные коэффициенты теплоусвоения материала соот-
S
1
RS R RS S
22 1 22 3
2
С)/Вт;
2
,
(5.4)
ветственно первого, второго и третьего слоёв конструкции пола, Вт/(м
Следовательно, теплоусвоение внутренней поверхности полов Y
Вт/(м
2
С), будет зависеть от порядка расположения слоёв. При расположе-
2
С).
вп
нии у внутренней поверхности пола материалов, имеющих большое значение коэффициента теплоусвоения S, повышается значение Y
, Вт/(м2 С),
вп
что отрицательно сказывается на комфортных условиях. Следовательно, для
45
,
полов первый слой конструкции должен иметь минимальное значение теп-
лоусвоения S и максимальное значение термического сопротивления R.
Конструкция полов будет отвечать требованиям теплоусвоения на внут-
ренней поверхности, если выполняется условие
н
Y
, (5.5)
вп
где Y
Y
вп
н
– нормативное значение показателя теплоусвоения внутренней
вп
поверхности пола, Вт/(м
2
С), (табл. 5.1).
Таблица 5.1
Нормативный показатель теплоусвоения поверхности пола Y
вп
н
Характер помещения
1. Здания жилые, больницы, интернаты, школы, детские сады и ясли
2. Общественные здания
Если условие (5.5) не выполняется, т.е. Yвп< Y
н
Y
, Вт/(м2 С)
вп
12
14
н
, необходимо заменить
вп
первый внутренний слой полов и принять материал с меньшим значением
коэффициента теплоусвоения S и с большим значением термического сопротивления R.
Показатель теплоусвоения
ПРИМЕР 5.1
Расчет теплоусвоения поверхности полов
Исходные данные
1. Конструкция полов над подвалом: паркет из дуба толщиной
= 0,025 м и объемной массой 1 = 700 кг/м3; утеплитель – пенобетон с
1
= 0,10 м и 2 = 300 кг/м3; пароизоляция – битумная мастика с 3 = 0,003 м
2
и
= 1400 кг/м3; железобетонная плита с 4 = 0,25 м и 4 = 2500 кг/м3.
3
Район строительства – г. Пенза.
2.
Влажностный режим помещения – нормальный.
3.
Зона влажности – сухая.
4.
Условия эксплуатации – А.
5.
Значения теплотехнических характеристик в формулах:
6.
S
= 5,0 Вт/(м2 С) [11]; R1 = 0,14 (м2 С)/Вт;
1
S
= 1,68 Вт/(м2 С) [11]; R2 = 0,9 (м2 С)/Вт;
2
S
= 6,8 Вт/(м2 С) [11]; R3 = 0,01 (м2 С)/Вт;
3
S
= 5,0 Вт/(м2 С) [11]; R4 = 0,13 (м2 С)/Вт;
4
н
Y
= 12 Вт/(м2 С) (см. табл. 5.1).
вп
46
Порядок расчета
A
1. Определяем тепловую инерцию первого слоя конструкции полов из
паркета по уравнению:
.
, С, расположен полностью в первом слое,
в
Слой резких колебаний
так как D
1
0,5.
111
2. Определяем показатель тепловой инерции Y
0,14 5,0 0, 7DRS
для случая, когда D 0,5
вп
по формуле (5.2):
225,010YS
вп 1
Вт/(м2 С).
Таким образом, конструкция полов отвечает требованиям теплоусвое-
ния, так как выполняется условие (5.3):
н
Y
вп
, т.е. 10 12.
Y
вп
47
6. РАСЧЁТ ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА
R
R
НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ
6.1. Проверка внутренней поверхности наружных ограждений
на возможность конденсации влаги
Конденсация влаги из внутреннего воздуха на внутренней поверхности
наружного ограждения, особенно при резких понижениях температуры, является основной причиной увлажнения наружных ограждений. Для устранения такой конденсации влаги необходимо добиваться, чтобы температура
на внутренней поверхности
пературу точки росы
> р . Из теории теплопередачи следует, что падение температуры внут-
вп
ренней поверхности
, С, на 2–3 С, т.е. должно соблюдаться условие
р
пропорционально изменению соответствующего
вп
термического сопротивления. Тогда
, С, и в толще ограждения превышала тем-
вп
nt t
вн
ф
R
0
t
ввп
R
. (6.1)
в
Таким образом, для предупреждения конденсации влаги на внутренней
поверхности наружного ограждения должно выполняться условие
R
ф
0
ввпв
tt
ввп
. (6.2)
()nt t R
В соответствии с уравнением (6.1) значение температуры внутренней
поверхности
где t
RR
, n – то же, что и в формулах (3.3) и (3.4);
в, tн
фпр
00
без теплопроводных включений определится из формулы:
вп
()
tttn
вп в в н
общее фактическое приведенное термическое сопротивле-
–
ние ограждения, (м
2
С)/Вт, определяемое по формуле
в
, (6.3)
ф
0
(3.6);
R
сопротивление теплоотдаче у внутренней поверхности
–
в
ограждения, (м
где
в
– (см. табл. 3.8).
2
С)/Вт, определяемое как
1/R
вв
,
Применяемые в практике строительства материалы конструкции наружных ограждений имеют местные включения, которые являются более теплопроводными, чем само ограждение, что снижает общее фактическое со-
ф
противление теплопередаче
В этом случае температура внутренней поверхности
заться ниже температуры точки росы
R
.
0
может ока-
вп
, что приводит к конденсации влаги
р
в местах теплопроводных включении.
48
Значение температуры внутренней поверхности
–
–
tв –
t
Е
Е
определится как:
вп
– для неметаллических теплопроводных включений
усл
()
nt t R
t
вп в
вн 0
усл ф
RR
0 в 0
11
; (6.4)
– для металлических теплопроводных включений
()
где t
nt t
, t
, n,
в
н
ф
R
усл
,
R
0
0
то же, что в разделе (3);
в
общее физическое и условное сопротивление теплопере-
–
tR
вп в в
вн
усл
R
0 в
(1 )
даче ограждающей конструкции, (м
усл
o
, (6.5)
2
С)/Вт, соответ-
ственно в местах теплопроводных включений и вне их;
,
При температуре внутренней поверхности
коэффициенты, принимаемые по [11, табл.7* и 8*].
ниже точки росы р водяные
вп
пары, содержащиеся в воздухе помещения, конденсируются в капельно-жидкое состояние на внутренней поверхности ограждающих конструкций здания
и, накапливаясь в их толще, ухудшают теплозащитные свойства конструкции.
При этом уменьшается термическое сопротивление теплопередаче, увеличиваются коэффициенты теплопроводности и теплопередачи, что приводит к повышению теплопотерь через наружные ограждения.
Температура точки
духа t
, С, определяется по формуле
в
росы р, С, для данного состояния внутреннего воз-
2
20,1 5,75 0,00206 e
р
, (6.6)
где e – действительная упругость водяных паров, Па.
Наиболее вероятное появление конденсата влаги у наружных углов стены,
где температура
ности ограждения
где
–
вп
то же, что в уравнении (3.2);
– средняя температура наружного воздуха наиболее холодной
н
всегда ниже, чем на других участках внутренней поверх-
уг
, С. Значение уг, С, определится из выражения
в
вп уг
tt
вн
0,18 0,036 R
ф
, (6.7)
0
то же, что в уравнении (6.3);
пятидневки, С, [2 табл.1];.
фпр
RR
00
то же, что в уравнении (3.6).
–
Действительная упругость водяных паров е, Па, при заданной темпера-
о
,
туре t
С, и относительной влажности внутреннего воздуха в, %, опреде-
в
лится из выражения
где
в
, (6.8)
e
100
– максимальная упругость водяных паров, Па при заданной темпе-
в
ратуре внутреннего воздуха t
относительная влажность внутреннего воздуха, %, (см. табл. 1.1)
–
в
в
, оС, (табл. 6.1);
в
49
Таблица 6.1
Значения максимальной упругости водяного пара в воздухе Е
, Па
в
t,
o
C
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
-11
-12
-13
-14
-15
-16
-17
-18
-19
-20
-21
-22
-23
-24
-25
-26
-27
-28
-29
-30
-31
-32
-33
-34
-35
-36
-37
-38
-39
-40
Ев,
Па
611
563
517
476
451
401
337
321
309
284
260
237
217
199
181
165
151
137
125
113
103
93
85
77
69
63
56
51
45
41
37
33
29
27
24
21
20
16
16
13
12
t,
o
C
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
611
657
705
759
813
872
935
1001
1037
1148
1228
1312
1403
1497
1599
1705
1817
1937
2064
2197
2339
2487
2644
2809
2984
3168
3361
3565
3780
4005
4243
4493
4755
5031
5320
5624
5941
6276
6625
6992
7376
615
661
711
764
819
879
941
1009
1080
1156
1236
1321
1412
1508
1609
1716
1829
1949
2077
2211
2352
2503
2660
2827
3001
3187
3381
3587
3801
4029
4348
4519
4783
5059
5349
5655
5975
6309
6661
7031
7415
620
667
716
769
825
885
948
1016
1088
1164
1244
1331
1421
1517
1619
1727
1841
1963
2089
2225
2367
2517
2676
2843
3020
3205
3405
3608
3824
4052
4292
4544
4809
5088
5379
5685
6007
6344
6697
7068
7455
624
671
721
775
831
891
955
1023
1095
1172
1253
1339
1431
1527
1629
1739
1853
1975
2103
2239
2381
2533
2692
2860
3039
3224
3421
3628
3847
4076
4317
4571
4836
5116
5409
5717
6040
6379
6735
7105
7495
629
676
727
780
836
897
961
1029
1103
1180
1261
1348
1440
1537
1640
1749
1865
1987
2116
2252
2396
2547
2711
2877
3056
3244
3441
3649
3869
4100
4341
4596
4864
5144
5440
5749
6073
6413
6769
7144
7535
633
681
732
785
843
904
968
1037
1109
1188
1269
1357
1449
1547
1651
1761
1877
2000
2129
2267
2412
2564
2725
2895
3075
3263
3461
3672
3891
4123
4367
4623
4891
5173
5469
5781
6107
6448
6807
7183
7575
639
685
737
791
848
909
975
1044
1117
1196
1279
1365
1459
1557
1661
1772
1889
2012
2143
2281
2427
2580
2743
2913
3093
3283
3483
3693
3913
4147
4391
4648
4919
5203
5500
5813
6141
6484
6843
7220
7615
643
691
743
796
855
916
981
1051
1125
1204
1287
1375
1468
1568
1672
1784
1901
2025
2156
2295
2441
2596
2759
2931
3112
3301
3503
3715
3937
4171
4416
4675
4947
5232
5531
5845
6173
6519
6880
7260
7655
648
692
748
803
860
923
988
1059
1132
1212
1295
1384
1479
1577
1683
1795
1913
2037
2169
2309
2456
2612
2776
2948
3131
3321
3528
3736
3960
4195
4441
4701
4975
5261
5561
5877
6208
6555
6920
7299
7696
652
701
753
808
867
929
995
1065
1140
1220
1304
1393
1488
1588
1695
1807
1925
2051
2183
2324
2472
2628
2792
2965
3149
3341
3544
3749
3983
4219
4467
4728
5003
5291
5592
5909
6241
6589
6968
7337
7737
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]