1.8 Теплотехнический расчет наружных дверей

Требуемое общее сопротивление теплопередаче для наружных дверей (кроме балконных) должно быть не менее значения 0,6 для стен зданий и сооружений, определяемого при расчетной зимней температуре наружного воздуха, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 [1, таблица 1 гр.5].

Принимаем фактическое общее сопротивление теплопередаче наружных дверей =, тогда фактическое сопротивление теплопередаче наружных дверей , (м²·С)/Вт,

, (18)

где t_в, t_н, n, Δt^н, α_в – то же, что и в уравнении (1).

Коэффициент теплопередачи наружных дверей k_дв, Вт/(м²·С), вычисляют по уравнению:

.

Пример 6. Теплотехнический расчет наружных ограждений

Исходные данные.

1. Здание жилое, t_в = 20С.

2. Район строительства – г. Пенза.

3. Значения теплотехнических характеристик и коэффициентов t_хп(0,92) = -29С (приложение А);

α_в = 8,7 Вт/(м²·С) (таблица 8); Δt^н = 4С (таблица 6).

Порядок расчета.

Определяем фактическое сопротивление теплопередаче наружной двери по уравнению (18):

(м²·С)/Вт.

Коэффициент теплопередачи наружной двери k_дв определяем по формуле:

Вт/(м²·С).

2 Расчет теплоустойчивости наружных ограждений в теплый период

Проверка наружных ограждений на теплоустойчивость осуществляется в районах со среднемесячной температурой воздуха в июле 21С и выше. Установлено, что колебания температуры наружного воздуха А_tн, С, происходят циклически, подчиняются закону синусоиды (рисунок 6) и вызывают, в свою очередь, колебания фактической температуры на внутренней поверхности ограждения , которые также протекают гармонически по закону синусоиды (рисунок 7).

Теплоустойчивость – это свойство ограждения сохранять относительное постоянство температуры на внутренней поверхности τ_в, С, при колебаниях внешних тепловых воздействий , С, и обеспечивать комфортные условия в помещении. По мере удаления от наружной поверхности амплитуда колебаний температуры в толще ограждения, А_τ, С, уменьшается, главным образом, в толще слоя, ближайшего к наружному воздуху. Этот слой толщиной δ_рк, м, называется слоем резких колебаний температуры А_τ, С.

Рисунок 6 – Колебания тепловых потоков и температур на поверхности ограждения

Рисунок 7 – Затухание температурных колебаний в ограждении

Проверку на теплоустойчивость осуществляют для горизонтальных (покрытия) и вертикальных (стены) ограждений. Вначале устанавливают допустимую (требуемую) амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности наружных ограждений с учётом санитарно-гигиенических требований по выражению:

, (19)

где t_нл − среднемесячная температура наружного воздуха за июль (летний месяц), С, [1 , таблица 2, графа 5].

Эти колебания происходят вследствие колебаний расчетных температур наружного воздуха ,С, определяемых по формуле:

, (20)

где А_tн − максимальная амплитуда суточных колебаний наружного воздуха за июль, С, [1, таблица 3, графа 8];

ρ − коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности (таблица 14);

I_max, I_ср − соответственно максимальное и среднее значения суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной), Вт/м³, принимаемые:

а) для наружных стен − как для вертикальных поверхностей западной ориентации [1, таблица 5];

б) для покрытий − как для горизонтальной поверхности [1, таблица 4];

α_н − коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждения при летних условиях, Вт/(м²·С), равный

, (21)

где υ − максимальная из средних скоростей ветра за июль, но не менее 1 м/с [9, приложение 4].

Таблица 14 – Коэффициент поглощения солнечной радиации ρ

Материал наружной поверхности ограждения	Коэффициент  поглощения ρ
Бетоны	0,7
Защитный слой рулонной кровли из светлого гравия	0,65
Кирпич глиняный красный	0,7
Кирпич силикатный	0,6
Облицовка природным камнем (белым)	0,45
Штукатурка известковая темно-серая	0,7
Штукатурка цементная светло-голубая	0,3
Штукатурка цементная темно-зеленая	0,6
Штукатурка цементная кремовая	0,4

Величина фактических колебаний на внутренней плоскости ,С, будет зависеть от свойств материала, характеризуемых значениями D, S, R, Y, α_н и способствующих затуханию амплитуды  колебаний температуры в толще ограждения А_t. Коэффициент затухания определяют по формуле:

(22)

где D − тепловая инерция ограждающей конструкции, определяемая по формуле ΣD_i = ΣR_i ·S_i;

e = 2,718 − основание натурального логарифма;

S₁, S₂, …, S_n − расчётные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждения (приложение А, таблица А.3) или таблица 4;

α_в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/(м²·С) (таблица 8);

α_н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, Вт/(м²·С), определяется по формуле (21);

Y₁, Y₂,…, Y_n − коэффициент теплоусвоения материала наружной поверхности отдельных слоев ограждения, определяемый по формулам (23 ÷ 26).

,

где δ_i – толщина отдельных слоев ограждающей конструкции, м;

λ_i – коэффициент теплопроводности отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/(м·С) (приложение А, таблица А.2).

Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности Y, Вт/(м²·С), отдельного слоя зависит от значения его тепловой инерции и определяется при расчёте, начиная с первого слоя от внутренней поверхности помещения – к наружной.

Если первый слой имеет D_i ≥1, то коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя Y₁ следует принимать

Y₁ = S₁. (23)

Если первый слой имеет D_i < 1, то коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя следует определить расчетом для всех слоев ограждающей конструкции, начиная с первого слоя:

для первого слоя ; (24)

для второго слоя ; (25)

для n-го слоя , (26)

где R₁, R₂,…, R_n – термическое сопротивления 1, 2 и n-го слоев ограждения, (м²·С)/Вт, определяемое по формуле ;

α_в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/(м²·С) (таблица 8);

По известным значениям и определяют фактическую амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции,C,

. (27)

Ограждающая конструкция будет отвечать требованиям теплоустойчивости, если выполняется условие

(28)

В этом случае ограждающая конструкция обеспечивает комфортные условия помещения, защищая от воздействия внешних колебаний теплоты. Если , то ограждающая конструкция является нетеплоустойчивой, тогда необходимо принять для наружных слоев (ближе к наружному воздуху) материал с большим коэффициентом теплоусвоения S, Вт/(м²·С).

Пример 7. Расчет теплоустойчивости наружного ограждения

Исходные данные.

1. Ограждающая конструкция, состоящая из трех слоев: штукатурки из цементно-песчаного раствора с объемной массой γ₁ = 1800 кг/м³, толщиной δ₁ = 0,04 м, λ₁ = 0,76 Вт/(м·С); слоя утеплителя из глиняного обыкновенного кирпича γ₂ = 1800 кг/м³, толщиной δ₂ = 0,510 м, λ₂ = 0,76 Вт/(м·С); облицовочного силикатного кирпича γ₃ = 1800 кг/м³, толщиной δ₃ = 0,125 м, λ₃ = 0,76 Вт/(м·С).

2. Район строительства – г. Пенза.

3. Расчетная температура внутреннего воздуха t_в = 18 С.

1. Влажностный режим помещения – нормальный.

4. Условие эксплуатации – А.

5. Расчетные значения теплотехнических характеристик и коэффициентов в формулах:

t_нл = 19,8С [1, таблица 2, графа 6];

R₁ = 0,04/0,76 = 0,05 (м²·°С)/Вт;

R₂ = 0,51/0,7 = 0,73 (м²·°С)/Вт;

R₃ = 0,125/0,76 = 0,16 (м²·°С)/Вт;

S₁ = 9,60 Вт/(м²·°С); S₂ = 9,20 Вт/(м²·°С);

S₃ = 9,77 Вт/(м²·°С); (приложение А, таблица А.2);

V = 3,9 м/с [1, приложение 4, гр. 12÷19];

А_tн = 18,4 С [1, таблица 3, гр. 8];

I_max = 607 Вт/м², [9, приложение 7,гр. 2÷24], I_ср = 174 Вт/м²;

ρ= 0,6 (таблица 14);

D = R_i · S_i = 0,05·9,6+0,73·9,20+0,16·9,77 = 8,75;

α_в = 8,7 Вт/(м²·°С) (таблица 8),

Порядок расчета.

1. Определяем допустимую амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности наружного ограждения по уравнению (19):

С.

2. Вычисляем расчетную амплитуду колебаний температуры наружного воздуха по формуле (20):

С,

где α_н определяем по уравнению (21):

Вт/(м²·С).

3. В зависимости от тепловой инерции ограждающей конструкции D_i = R_i ·S_i = 0,05 · 9,6 = 0,48 <1, находим коэффициент теплоусвоения наружной поверхности для каждого слоя по формулам  (24 – 26):

Вт/(м²·°С).

Вт/(м²·°С).

Вт/(м²·°С).

4. Определяем коэффициент затухания расчетной амплитуды колебания наружного воздуха V в толще ограждения по формуле (22):

.

5. Вычисляем фактическую амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции , С.

С.

Если выполняется условие, формула (28), конструкция отвечает требованиям теплоустойчивости.