3. Оценка теплоустойчивости ограждающих конструкций

Колебания температуры внутренней поверхности стен и покрытий возникают в основном в результате изменения температуры наружного воздуха. Свойство ограждения сохранять постоянство или ограничивать колебания температуры на внутренних поверхностях называют теплоустойчивостью.

В современном строительстве или применении легких ограждений фактор теплоустойчивости приобрел особое значение. В возводимых зданиях ограждения обычно имеют небольшую толщину, поэтому колебания температуры не затухают в толще ограждения и в значительной мере передаются с наружной поверхности на внутреннюю.

Мерой интенсивности затухания колебаний температуры является безразмерная величина D, называемая показателем тепловой инерции ограждения. Для теплофизически однородного слоя конструкции

D = R  S (10)

где R – термическое сопротивление, ;

S – коэффициент теплоусвоения, .

Коэффициент теплоусвоения (S) по своему физическому смыслу является коэффициентом теплообмена при передаче через ограждение периодических тепловых воздействий путем теплопроводности.

Ограждения при одинаковом сопротивлении теплопередаче могут обладать различной тепловой инерцией, т.е. свойством в различной мере воспринимать тепло при периодическом колебании температуры наружного воздуха.

Ограждающие конструкции считаются:

- легкими при D  4;

- средней массивности при 4  D  7;

- массивными при D  7.

Теплоустойчивость ограждения зависит от порядка расположения слоев и от того, какой материал будет располагаться в слое резких колебаний, который непосредственно прилегает к наружной поверхности.

Расчеты многослойных ограждений показывают, что конструкция более теплоустойчива, когда материал с высоким коэффициентом теплоусвоения располагается с внутренней стороны ограждения.

Наличие в конструкции ограждения воздушной прослойки увеличивает теплоустойчивость конструкции. В замкнутой воздушной прослойке целесообразно устраивать теплоизоляцию с теплоотражающей поверхностью. Слои конструкции, расположенные между вентилируемой наружным воздухом воздушной прослойкой и наружной поверхностью ограждающей конструкции должны иметь как можно меньшую толщину, поэтому целесообразно применять тонкие металлические или асбестоцементные листы.

Расчет теплоустойчивости заключается в проверке теплотехнических свойств ограждающей конструкции согласно [I, гл. 7].

В теплый период года в районах со среднемесячной температурой июля 21 ^оС и выше амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций зданий А_int не должна быть более требуемой амплитуды при тепловой инерции наружных стен D менее 4 и покрытий менее 5.

2.1. Тепловую инерцию D ограждающей конструкции следует определять по формуле:

D = R₁S₁ + R₂S₂ + … + R_nS_n, (11)

где R₁, R₂, …R_n – термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, , определяемые по формуле (3) (см. п. 1.2.);

S₁, S₂, … S_n – расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции, , принимаемые в зависимости от условий эксплуатации "А" или "Б" по прил. 5.

2.2. Требуемая амплитуда колебаний внутренней поверхности ограждения определяется по формуле

= 2,5 – 0,1(t_ext – 21),

где t_ext – среднемесячная температура наружного воздуха за июль, ^оС, [2].

2.3. Амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ограждения следует определять по формуле

(13)

2.4. – расчетная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха,^оС, определяемая:

^s= 0,5 +, (14)

где  - коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности конструкции, прил. 6;

–максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха в июле, ^оС [2];

I_max, I_aν – соответственно максимальное и среднее значения суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации для вертикальных поверхностей западной ориентации, Вт/м², [СП 23-101], прил. 8;

_е – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции по летним условиям, :

_е = 1,16(5 + 10 ), (15)

где – минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль, повторяемость которых составляет 16 % и более, но не менее 1м/с [2].

2.5. Величину затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха v в ограждающей конструкции следует определять по формуле

v = 0,9 (16)

где е = 2,718 – основание натуральных логарифмов;

S₁, S₂,…S_n – расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции, , принимаемые по прил.5;

Y₁, Y₂,…Y_n – коэффициенты теплоусвоения наружной поверхности отдельных слоев ограждающей конструкции, , определяемые согласно п. 2.6;

_i – то же, что в формуле 3;

_e – то же, что в формуле 14.

Порядок нумерации слоев принят в направлении от внутренней поверхности к наружной.

Для многослойной неоднородной конструкции с теплопроводными включениями в виде обрамляющих рёбер v следует определять согласно ГОСТ 26253 "Здания и сооружения. Метод определения теплоустойчивости ограждающих конструкций".

2.6. Коэффициент теплоусвоения слоя Y с тепловой инерцией D  1 следует принимать равным расчетному коэффициенту теплоусвоения S материала этого слоя.

При D  1 коэффициент теплоусвоения слоя определяется расчетом:

для первого слоя – Y₁ = ; (17)

для i-го слоя - Y_i = ; (18)

где R₁,R_i и S₁, S_i см п. 2.1.

В холодный период года

Расчетная амплитуда колебаний температуры помещений жилых и общественных зданий ,⁰С, не должна превышать ее нормируемого значения в течение суток:

- при наличии центрального отопления и печей при непрерывной топке – 1,5⁰С;

- при стационарном электро-теплоаккумулирующем отоплении – 2,5⁰С;

- при печном отоплении с периодической топкой – 3⁰С.

При наличии в здании отопления с автоматическим регулированием температуры внутреннего воздуха теплоустойчивость помещений в холодный период года не нормируется.

2.7. Расчетная амплитуда колебаний температуры воздуха в помещении ,⁰С определяется по формуле

, (19)

где М – коэффициент неравномерности теплоотдачи нагревательным прибором, принимаемый по табл. 9;

Q_о – средняя теплоотдача отопительного прибора, Вт, равная теплопотерям в соответствии с нормативными документами;

А_i – площадь i-й ограждающей конструкции, м²;

В_i – коэффициент теплопоглощения поверхности i- го ограждения, Вт/м²·⁰С, определяемый по формуле

В_i = 1/[(1/, (20)

где -коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/м²·⁰С, равный 4,5 + α_k;

α_k – коэффициент конвективного теплообмена внутренней поверхности, Вт/м²·⁰С, принимаемый равным для:

- внутреннего ограждения - 1,2;

- окна - 3,5;

- пола - 1,5;

- потолка - 3,5;

-коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности i-й ограждающей конструкции, Вт/м²·⁰С, определяемый согласно [3].

Нумерация слоев принимается в направлении от внутренней поверхности ограждения к наружной.