Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образование

Ухтинский государственный технический университет

(УГТУ)

Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Физика», раздел «Архитектурная климатология»

«Построение линий распределения температур и упругости водяного пара в толще наружного ограждения с учетом термического сопротивления стены и теплопередачи»

Для студентов специальности 270301

«Архитектура»

Ухта, УГТУ, 2008 г.

Цель работы:

-научиться оценивать погодные комплексы по типам погоды в течение года,

-научиться выявлять основные типологические признаки жилья и категории архитектурных композиций, способы организации городской среды для данного района строительства.

Цель работы: ознакомление с методами расчета теплотехнических свойств ограждений наружных стен.

Приборы и материалы:

- таблицы значений парциального давления насыщенного водяного пара ,

- СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»[2],

- СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика»[3],

- СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»[3],

- СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»[3].

Теоретические предпосылки.

Необходимым условием теплопередачи в любой среде является разность температур в различных точках. При этом тепловая энергия распространяется от точек с более высокой температурой к точкам с более низкой температурой. Следовательно, разность температур воздуха по обе стороны наружных ограждений зданий вызывает теплопередачу от внутренней поверхности конструкций к наружной. Различают три вида теплопередачи: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Поскольку большинство строительных материалов являются капиллярно-пористыми телами, в них возможны все виды теплопередачи. Однако для практических расчетов ограждающих конструкций можно принять, что теплопередача в строительных материалах происходит по законам теплопроводности. Теплопередача конвекцией и излучением происходит в воздушных прослойках и у поверхностей конструкций на границах с внутренним и наружным воздухом. Рассматривая строительные материалы как сплошную непрерывную массу. Можно составить дифференциальное уравнение теплопроводности для одномерной задачи при стационарном потоке тепла через плоскую стену неограниченных размеров:

Q = - λ (dt / dx), где

Q - количество тепла, проходящее через 1м² стенки за 1с (1час), Вт/м² [ккал/(м²ч)] (удельный поток тепла);

λ - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м^оС) [ккал/(мч^оС)] (коэффициент пропорциональности);

dt / dx - градиент температуры, ^оС/м.

Отрицательный градиент указывает на распространение потока в направлении понижения температуры.

В общем случае тепловой поток Q , проходящий через сечение теплофизически однородной конструкции, вычисляется по формуле:

Q = Δ t / R,

где Δ t – разность температур на поверхности ограждения, ^оС;

R – термическое сопротивление ограждения, (^оС · м² · ч) / ккал.

Термическое сопротивление однородной стены, а также отдельного её слоя находится по формуле:

R = σ / λ, (1)

где σ - толщина стены (или слоя в многослойной стене), м;

λ – коэффициент теплопроводности материала, ккал/(м·ч·^оС).

Выражая термическое сопротивление через тепловой поток Q и разность температуры на противоположных поверхностях стены, имеем R=(t_i–t_e)/Q.

Принимая Q= 1ккал/ (м²·ч·^оС), получим:

R = τ_i – τ_e = Δt,

т.е. численное значение термического сопротивления стены равно разности температур на её внутренней и наружной поверхностях, при которой через стену проходит тепловой поток, равный 1ккал/(м²·ч).

Термическое сопротивление многослойной стены определяется по формуле:

R_k = σ₁/λ₁ + σ₂/λ₂ +…+ σ_n/λ_n + R_.l = R₁ + R₂ +…+ R_n + R_.l , (2)

где σ₁, σ₂, … σ_n – толщина слоев стены, м;

λ₁, λ₂, … λ_n - коэффициенты теплопроводности материалов отдельных слоев стены;

R₁, R₂, … R_n - термическое сопротивление слоев стены;

R_.l - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, принимаемое по таблице 1.

Таблица 1- Термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек

Толщина воздушной прослойки, м	Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки , м·°С/Вт
	горизонтальной при потоке теплоты снизу вверх и вертикальной		горизонтальной при потоке теплоты сверху вниз
	при температуре воздуха в прослойке
	положительной	отрицательной		положительной	отрицательной
0,01	0,13	0,15		0,14	0,15
0,02	0,14	0,15		0,15	0,19
0,03	0,14	0,16		0,16	0,21
0,05	0,14	0,17		0,17	0,22
0,1	0,15	0,18		0,18	0,23
0,15	0,15	0,18		0,19	,24
0,2-0,3	0,15	0,19		0,19	0,24
Примечание - При наличии на одной или обеих поверхностях воздушной прослойки теплоотражающей алюминиевой фольги термическое сопротивление следует увеличивать в два раза.

Общее сопротивление теплопередаче ограждения с учетом тепловосприятия и теплообмена Rо находится из выражения:

Rо = R_si+∑(σ/λ)+R_se = 1/α_i+∑(σ/λ)+1/α_e, где (3)

R_si - сопротивление теплообмену на внутренней поверхности ограждения;

R_se - сопротивление теплообмену на наружной поверхности ограждения.

Проходящий через однородную стену установившийся тепловой поток не изменяет ни своей величины, ни направления. На различных участках пути его движения тепловой поток определяется следующими уравнениями:

а) при переходе oт внутренней среды к внутренней поверхности стены

Q = (t_i–τ_i)/R_si → t_i–τ_i = QR_i ;

б) при прохождении через толщу стены

Q = (τ_i-τ_e)/R → τ_i–τ_e = Q·R_k ;

в) при переходе от наружной поверхности во внешнее пространство

Q = (τ_e–t_e)/R_se → τ_e–t_e = Q·R_se .

При суммировании этих значений получаем:

Q = (t_i–t_e)/(R_si+R_k+R_se) = (t_i– t_e)/Rо = К·(t_i–t_e) ,

где К – коэффициент теплопередачи стены в ккал/(м²·ч·^оС) является величиной обратной сопротивлению теплопередаче, т.е. К = 1/Rо .

Распределение температуры в слоистом ограждении, выполненным из материалов с различной теплопроводностью, может быть представлено в виде ломанной линии, которая вычерчивается в масштабе действительной толщины каждого слоя; при этом уклон этой линии определяется из отношения

Δt/σ = Q/λ .

Этот уклон будет тем круче, чем выше коэффициент теплопроводности материала λ (в пределах рассматриваемого слоя). Схема распределения температур внутри ограждения при установившемся тепловом потоке представлена на рисунке 1.

Рисунок 1

Теплозащитное свойство теплофизически однородных ограждающих конструкций при постоянном установившемся тепловом потоке характеризуется требуемой величиной сопротивления R_reg , которое должно быть равным или превышать нормируемое.

Численное значение R_reg находится из уравнения

R_reg = (t_i– t_e) ·n /(t_i–τ_i) х R_si, где (4)

n – коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху (берется по табл.5 СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» или Таблица лабораторной работы).

Основной параметр гигиенического характера – разность температур между температурой воздуха в помещении t_i и температурой внутренней поверхности ограждения τ_i , т.е. (t_i–τ_i) =Δt_n. сопротивление теплопередаче увеличивается при уменьшении этой разности. Поэтому выбор параметра t_i – τ_i связан с экономичностью конструктивного решения ограждения. Нормируемые значения разности температур t_i–τ_i для различных помещений приводится в таблице2.

Таблица 2 Нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции

Здания и помещения	Нормируемый температурный перепад Dtn, °С, для
	наружных стен	покрытий и чердачных перекрытий	перекрытий над проездами, подвалами и подпольями	зенитных фонарей
1. Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты	4,0	3,0	2,0	tint - td
2. Общественные, кроме указанных в поз. 1, административные и бытовые, за исключением помещений с влажным или мокрым режимом	4,5	4,0	2,5	tint - td
. Производственные с сухим и нормальным режимами	tint - td, но не более 7	0,8 (tint - td), но не более 6	2,5	tint - td
4. Производственные и другие помещения с влажным или мокрым режимом	tint - td	0,8 (tint - td)	2,5	-
5. Производственные здания со значительными избытками явной теплоты (более 23 Вт/м3) и расчетной относительной влажностью внутреннего воздуха более 50 %	12	12	2,5	tint - td
Обозначения: tint - то же, что в формуле (2); td - температура точки росы, °С, при расчетной температуре tint и относительной влажности внутреннего воздуха, принимаемым согласно 5.9 и 5.10, СанПиН 2.1.2.1002, ГОСТ 12.1.005 и СанПиН 2.2.4.548, СНиП 41-01 и нормам проектирования соответствующих зданий. Примечание - Для зданий картофеле- и овощехранилищ нормируемый температурный перепад Dtn для наружных стен, покрытий и чердачных перекрытий следует принимать по СНиП 2.11.02.

В отапливаемых помещениях с повышенной влажность воздуха температура на поверхности ограждений и конструкций не должна превышать температуры точки росы τ_d, при которой содержащийся в воздухе водяной пар имеет относительную влажность 100% (предел насыщения); в этом случае в помещении не образуется конденсации влаги.

Колебания температуры внутренней поверхности стен и покрытий возникают в основном в результате изменения температуру наружного воздуха. Свойства ограждения сохранять постоянство или ограничивать колебания температуры на внутренних поверхностях называют теплоустойчивостью. Теплоустойчивость характеризует степень затухания температурных колебаний в толще ограждения при прохождении через него теплового потока и, следовательно, от теплоустойчивости зависит постоянство температуры в помещении.

В районах с неустойчивой зимой температура наружного воздуха может значительно изменяться в течение нескольких суток; летом же возможны большие колебания температуры наружного воздуха в течение суток. Поэтому тепловое состояние помещений периодически изменяется. Это изменение особенно остро ощущается во второй половине дня (даже в районах с умеренным климатом), поскольку в результате интенсивного воздействия солнечной радиации на стены и покрытия и прохождения солнечных излучений через окна и фонари воздух в помещении перегревается. В зданиях, возводимых в северных районах, вследствие переохлаждения помещений наблюдается отсыревание, что также отрицательно влияет на здоровье человека.

В современном строительстве при 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.

Число периодических тепловых волн, располагающихся в толще ограждения, определяется безразмерной величиной D, называемой показателем тепловой инерции ограждения.

Рисунок 2

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

Тепловая инерция – мера интенсивности затухания колебаний температуры внутри теплофизически однородной конструкции ограждения представляет произведение термического сопротивления на коэффициент теплоусвоения s , т.е.

D = R · s .

Ограждающие конструкции считаются легкими при D ≤ 4; средней массивности при 4 < D ≤ 7 и массивными при D > 7.

Взаимосвязь между D, R и s показана на рисунке Рисунок 2. Пользуясь этими графиками, можно по заданным двум величинам определить третью.

Для многослойных ограждений показатель тепловой инерции находится по приближенной формуле

D = R₁ · s₁ + R₂ · s₂ +… + R_n · s_n ,

где R₁ , R₂ , … , R_n – термическое сопротивление отдельных слоев ограждения;

s₁ , s_{2 ,}… , s_n – коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждения.

На коэффициент теплоусвоения поверхности ограждения решающее влияние оказывает материал, располагающийся в слое резких колебаний, который непо-средственно прилегает к наружной поверхности ограждения.

Приближенно можно считать, что слой резких колебаний (который занимает сравнительно небольшую часть общей толщины ограждения) определяет характер распространения периодических тепловых воздействий, так как он существенно влияет на усвоение тепла поверхность ограждения. Опыт показывает, что отделка внутренней поверхности стены слоем плотной штукатурки или фактурный слой из плотных плит делает стену более теплоустойчивой по сравнению со стеной без плотного фактурного слоя. При штукатурке на откосе, коэффициент её теплоусвоения значительно снижается.

Воздействие на ограждение тепловой радиации солнца летом носит четко выраженный периодический характер. Однако расположение конструктивных слоев в ограждении, аналогичное рекомендуемому для зимних условий, может привести к концу дня к большой аккумуляции тепла. В результате в вечерние и ночные часы тепло, излучаемое поверхностями помещения, создает в нем тепловой дискомфорт. Поэтому в южных районах, где колебания температур наружного воздуха днем и ночью значительны, предпочтительно применять светлую отделку (наружный фактурный слой) из плотных материалов с высоким коэффициентом отражения. При этом, естественно, надо учитывать и вероятность охлаждения в ночное время.

На теплозащитные свойства ограждения большое влияние оказывает влажностный режим в помещении. Увеличение влагосодержания материалов и ограждений в эксплуатируемых зданиях всегда сопровождается уменьшением теплозащитных свойств ограждения и преждевременным их разрушением. Отрицательное действие повышенной влажности ограждений сильнее всего проявляется в отапливаемых зданиях с нормальным влажностным режимом.

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

При длительном хранении материала или изделия в помещении с постоянными температурой и относительной влажность воздуха количество влаги в материале остается постоянным. При изменении температуры и влажности окружающего воздуха соответственно изменяется и количество влаги, содержащейся в материале.

Увлажнение сухого материала, находящееся в воздушной среде при её постоянной относительной влажности, называют сорбцией. Десорбция – уменьшение содержания влаги в материале, находящемся в воздушной среде.

Изменение влажностного состояния ограждения в эксплуатируемых зданиях происходит вследствие смещения равновесия между испарением влаги, способствующем сушке ограждения, и сорбционном и конденсационном увлажнении материалов ограждения. Эти процессы (происходящие на поверхности и в толще ограждения) неразрывно связаны с температурно-влажностным состоянием окружающей среды. Их развитие обычно совпадает со второй половиной холодного периода года.

Выпадение конденсата происходит на поверхностях, температура которых ниже температуры точки росы, например в стыках, углах, местах расположения теплопроводных элементов. Образование конденсата можно исключить 1) снижением влажности воздуха средствами вентиляции, или 2) увеличением сопротивления теплопередаче ограждения или 3) повышением температуры воздуха в помещении.

В помещениях с высокой влажность воздуха (цехи текстильных фабрик, прачечные и т.п.) конденсация водяного пара на внутренних поверхностях отдельных частей ограждений неизбежна; в этих случаях необходимо предусматривать конструктивные меры: отвод воды в канализационную сеть и недопущение её проникновения в толщу ограждений.

Диффузию водяного пара через слой материала иногда называют паропроницанием материала, которое характеризуется коэффициентом паропроницаемости μ. Коэффициент паропроницаемости μ показывает количество пара (в граммах), диффундирующего за 1 час через 1 м² плоского слоя толщиной в 1 м при разности парциальных давлений водяного пара на поверхности слоя, равной 1 мм рт. ст. Коэффициенты паропроницаемости имеют большие значения для рыхлых и пористых материалов и меньшее – для плотных.

При установившемся потоке водяного пара, диффундирующего через ограждение, сопротивление паропроницанию какого-либо слоя ограждения определяется по формуле:

R_vrⁿ = σ / μ. (5)

Общее сопротивление паропроницанию многослойного ограждения определяется по приближенной формуле:

R _vr = σ₁/μ₁ + σ₂/μ₂ + … + σ_n/μ_n , (6)

где n – общее число слоев.

Оценку влажностного состояния ограждений при установившемся потоке диффузии пара удобно проводить графическим методом, предложенным О.Е.Власовым и К.Ф.Фокиным.

Сущность этого метода состоит в следующем:

1) на схематическом разрезе ограждающей конструкции, представленной на рисунке 3, строятся линии распределения температур в толще ограждения; при этом температура наружного воздуха принимается равной средней температуре наиболее холодного месяца;

для построения распределения температур пользуются формулами:

τ_i = t_i – [(t_i – t_e) / R_о ] · R_si ; (7)

τ_e = t_i – [(t_i – t_e) / R_о ] · (R_si + ∑_n-1R) , (8)

где τ_i – температура между отдельными слоями стены.

2) на схематическом разрезе ограждающей конструкции, представленной на рисунке Рисунок 4 , строятся линии максимальной упругости водяного пара в толще ограждения: для построения стену делят на произвольное число слоев и пользуются линиями распределения температур и таблицей 2 «Значения максимальной упругости водяного пара Е», где Е – максимальное значение упругости водяного пара при данной температуре.

3) затем строится линия падения упругости водяного пара е в толще ограждения.

Падение упругости водяного пара зависит от сопротивления паропроницанию отдельных слоев конструкции ограждении. Значения упругостей е на границе между слоями вычисляется из выражения:

еⁿ = е_i – Δе/R_vr · ∑_n-1 R_vrⁿ _, (9)

где еⁿ – парциальное давление между отдельными слоями стены;

е_i - упругость водяного пара внутреннего воздуха;

Δе - разность упругостей водяного пара во внутреннем и наружном воздухе;

R_vr- общее сопротивление паропроницанию всех слоев конструкции ограждения;

∑_n-1 R_vr - сумма сопротивления паропроницанию (n-1) первых внутренних слоев конструкции, расположенных между помещением и плоскостью, в которой определяется значение упругости.

Рисунок 3

Рисунок 4

Резкое падение упругости е во внутренних слоях конструкции обеспечивается в случаях, когда они выполняются из плотных материалов с тщательно заполненными швами или без них. При таком решении ограждения значение е во всех сечениях ограждения окажутся меньше значения Е; что указывает на то, что в ограждении не будет конденсации водяного пара (рис. 4,а).

Если внутренние слои выполняются из паропроницаемых материалов или из панелей (листов) с недостаточно тщательно заделанными швами, падение упругости водяного пара во внутренних слоях ограждения будет незначительным. В этом случае при высоких значениях упругости водяного пара е в огражденной зоне стены возможно увлажнение материала выше предела сорбционного увлажнения вследствие конденсации водяного пара в охлажденной зоне ограждения (рис.4,б).

Чтобы предохранить внутренние поверхности от увлажнения из-за образования конденсата, температура поверхности должна быть выше температуры точки росы внутреннего воздуха: τ_i > τ_d .

Точкой росы τ_d является температура, при которой воздух данной влажности достигает полного насыщения парами воды без дополнительного притока влаги, когда:

е = Е и φ = 100%, где

φ = (е / Е) · 100% (10)

φ – относительная влажность воздуха (%).

При дальнейшем понижении температуры τ_i < τ_d упругость пара будет понижаться в соответствии со значением максимальной упругости при данной температуре, а избыток влаги будет переходить в жидкое состояние.

Расчет сопротивления паропроницанию ограждающих конструкций также приводится в СНиП 23-02-2003 и СП 23-101-2004 (раздел 13).

Порядок проведения работы и методика расчета:

В лабораторной работе необходимо рассчитать предложенные типы конструкции стен (теплотехнический расчет) для заданного района строительства и построить линии распределения в толще стены: 1), насыщающего парциального давления водяного пара Е и 2) парциального давления водяного пара е, сделать вывод.

Пример:

Тип стены:

1. из кирпича трехслойная с эффективным утеплителем (х), с наружной и внутренней штукатуркой.

1) Район строительства: г.Ухта РК.

Исходные данные - смотрим приложение А: t_ht =-6,4 ^оС, z_ht= 261 сут (графы 11 и 12 таблицы 1). Зона влажности – нормальная.

Принимаем t _int = 22 ^оС- расчетная температура внутреннего воздуха в помещении, относительную влажность воздуха в помещении φ_int – 55% (по .

Принимаем t _est = -17,3 ^оС- расчетная температура наружного воздуха, относительную влажность воздуха φ_est – 83% (по .приложению А таблица 2 графа 3 по самому холодному месяцу - январю и таблице 1 графа 15 по относительной влажности самого холодного месяца).

2) Назначаем толщину и материал слоев наружной стены и из приложения Д СП 23-101-2004 выписываем показатели строительных материалов для условий эксплуатации А или Б.

Наружная многослойная стена жилого дома состоит из следующих слоев, считая от внутренней поверхности (смотрим рисунок ):

1 - гипсовая штукатурка толщиной 5 мм, плотностью ρ_о=1000 кг/м³ с окраской внутренней поверхности двумя слоями масляной краски, расчетные коэффициенты теплопроводности λ_Б=0,35 Вт/(м ^оС), паропроницаемости μ=0,11 мг/(м·ч·Па);

2 -железобетон толщиной 380мм, плотностью, ρ_о=1800 кг/м³ ; λ_Б=0,81 Вт/(м ^оС) ; μ=0,11 мг/(м·ч·Па).

3 - Плиты из стеклянного штапельного волокна "URSA" толщиной Х мм, плотностью ρ_о=30 кг/м³ ; λ_Б=0,046 Вт/(м ^оС) ; μ=0,52 мг/(м·ч·Па).

4 - кирпичная облицовка из сплошного глиняного обыкновенного кирпича толщиной 120 мм, ρ_о=1800 кг/м³ ; λ_Б=0,81 Вт/(м ^оС) ; μ=0,11 мг/(м·ч·Па).

5 - штукатурка из поризованного гипсоперлитового раствора толщиной 8 мм, ρ_о=500 кг/м³ ; λ_Б=0,19 Вт/(м ^оС) ; μ=0,43 мг/(м·ч·Па).

Рисунок 5

Рисунок 6

3) Выполняем теплотехнический расчет стены (по СНиП 23-02-2003 пункт 5.3 и таблице 4).

D_d = (t_int –t_ht )z_ht= (22 – (-6,4))261 = 7412,4 ^oCсут;

R_reg = a D_d+b = 0.000357412.4+1.4=3.9944 м² ^oC/Вт;

Определяем необходимую толщину утеплителя, для этого приравниваем Rо к R_reg (по СП 23-101-2004 пункты 9.1.1-9.1.2):

Rо = R_reg =1/α_i+∑(σ/λ)+1/α_e

4= 1/8,7+0,005/0,35+0,380/0,81+х/0,046+0,120/0,81+0,008/0,19+1/23

4=0,115+0,014+0,47+ х/0,046 +0,148+0,042+0,043

х =0,148 м, принимаем толщину утеплителя 0,15 м = 150 мм.

4) Определяем фактические значения сопротивления теплопередаче Rо и общее сопротивление паропроницанию многослойного ограждения R _vr .

Rо = R_reg =1/α_i+∑(σ/λ)+1/α_e = 1/8,7+0,005/0,35+0,380/0,81+015/0,046+ 0,120/0,81+0,008/0,19+1/23  4 м² ^oC/Вт.

R _vr = σ₁/μ₁ + σ₂/μ₂ + … + σ_n/μ_n = 0,005/0,11+0,380/0,11+015/0,52+ 0,120/0,11+0,008/0,43 = 0,0455+3,455+0,289+1,091+0,018 = 4,894  4,9 м²чПа/мг (формула 6 лаб. работы).

5) Определяем температуру в толще ограждения на границе слоев и на внутренней и наружной гранях стены (смотрим рисунок Рисунок 5).

τ_iⁿ = t_int – [(t_int – t_est) (R_si + ∑_n-1R)/ R_о] или

τ_iⁿ = t_int – [(t_int – t_est) / R_о]∙ (R_si + ∑_n-1R);

6) Определяем максимальную упругость водяного пара Е по таблице приложения Б соответственно температуре «Значений максимальной упругости водяного пара Е» в зависимости от температуры и строим линию насыщающего парциального давления водяного пара Е (смотрим рисунок Рисунок 6 ).

Воздух внутри помещения t _в = 22 ^оС

Внутренняя грань стены – точка 1 -

τ₁ = 22 – [(22 + 17,3) /4] · 0,115 = 20,8 ^оС;

Е₁ = 2456 Па.

Под штукатуркой – точка 2 –

τ₂ = 22 – [(22 + 17,3) /4] · (0,115 + 0,005/0,35) = 20,7 ^оС;

Е₂ = 2441 Па

С внутренней стороны утеплителя - точка 3

τ₃ = 22 – [(22 + 17,3) /4] · (0,115 + 0,005/0,35+ 0,38/0,81) = 16,1 ^оС;

Е₃ = 1829 Па

С наружной стороны утеплителя - точка 4

τ₄= 22 – [(22 + 17,3) /4] · (0,115 + 0,005/0,35+ 0,38/0,81+0.150/0,046) = -14,6 ^оС; Е₄ = 172 Па

Наружная грань наружной кирпичной кладки – точка 5

τ₅= 22 – [(22 + 17,3) /4] · (0,115+0,005/0,35+0,38/0,81+0.150/0,046+ 0,120/0,81) = -15,2 ^оС; Е₅ = 163 Па

Наружная грань стены – точка 6

τ₆= 22 – [(22 + 17,3) /4] · (0,115+0,005/0,35+0,38/0,81+0.150/0,046+ 0,120/0,81+0,008/0,19) = -17,25 ^оС; Е₆ = 133,5 Па

7) Определяем парциальное давление водяного пара е в толще ограждения на границе слоев и на внутренней и наружной гранях стены по формуле 9 лаб. работы и ∑_n-1 R_vr - сумму сопротивления паропроницанию (n-1) первых внутренних слоев конструкции, расположенных между помещением и плоскостью, в которой определяется значение упругости водяного пара.

еⁿ = е_int – (е_int - е_est )∑_n-1 R_vrⁿ /R_vr или

еⁿ = е_int – [Δе /R_vr ] ∑_n-1 R_vrⁿ , где Δе = е_int - е_est ;

Для этого сначала определяем парциальные давления внутреннего и наружного воздуха с учетом относительной влажности воздуха, используя формулу 10 лаб.работы.

φ = (е / Е) · 100% отсюда е = φ · Е / 100%.

Внутренний воздух:

t _вint = 22 ^оС, φ_int = 55%, Е_int = 2644 Па;

е_вint= φ_int · Е / 100% = 55∙2644/100 = 1322 ПА.

Наружный воздух:

t _est= -17,3^оС, φ_est = 83%, Е_est =133 Па;

е_est= φ_est · Е_est / 100% = 83∙133/100 = 110 Па.

Δе = е_int - е_est = 1322-110 = 1212 Па.

Внутренняя грань стены – точка 1

е₁ = е_int – [Δе /R_vr ] ∑_n-1 R_vrⁿ ₌1322– (1212/4,9) · (0) = 1322Па;

R_vr¹ = 0 м²чПа/мг.

Под штукатуркой – точка 2

е₂ = ₌ 1322– (1212/4,9) · (0,005/0,11) = 1311 Па;

R_vr² = 0,0455 м²чПа/мг.

С внутренней стороны утеплителя- точка 3

е₃ = ₌ 1322– (1212/4,9) · (0,005/0,11 + 0,380/0,11) = 456 Па;

R_vr³ = 3,5005 м²чПа/мг.

С наружной стороны утеплителя- точка 4

е₄ = ₌ 1322– (1212/4,9) · (0,005/0,11 + 0,380/0,11+0,150/0,52) = 385 Па;

R_vr⁴ = 3,7895 м²чПа/мг.

Наружная грань стены – точка 5

е₅ = ₌ 1322– (1212/4,9) · (0,005/0,11 + 0,380/0,11+0,150/0,52+0,120/0,11) = 115 Па;

R_vr⁵ = 4,8805 м²чПа/мг.

Наружная грань стены – точка 6

е_{6 =}1322–(1212/4,9)·(0,005/0,11+ ,380/0,11+0,150/0,52+0,120/0,11+0,008/0,043) = 110 Па;

R_vr⁶ = 4,8985 м²чПа/мг.

Вывод: согласно расчетам, с наружной стороны утеплителя в толще наружного ограждения возможна конденсация влаги.

Для устранения этого явления рекомендуется увеличить сопротивление паропроницанию слоев до утеплителя за счет всех следующих мероприятий или каких-либо из них :1) принять материалы до утеплителя с меньшим коэффициентом паропроницаемости,.2) выбрать другой тип утеплителя с меньшим коэффициентом паропроницаемости, 2) перед утеплителем разместить слой пароизоляции.

Некоторые сопротивления паропроницанию материалов и тонких слоев пароизоляции представлены в таблице

Таблица 1 – Сопротивление паропроницанию листовых материалов и тонких слоев пароизоляции

№ п.п.	Материал	Толщина слоя, мм	Сопротивление паропроницанию , м·ч·Па/мг
1	Картон обыкновенный	1,3	0,016
2	Листы асбестоцементные	6	0,3
3	Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка)	10	0,12
4	Листы древесно-волокнистые жесткие	10	0,11
5	Листы древесно-волокнистые мягкие	12,5	0,05
6	Окраска горячим битумом за один раз	2	0,3
7	Окраска горячим битумом за два раза	4	0,48
8	Окраска масляная за два раза с предварительной шпатлевкой и грунтовкой	-	0,64
9	Окраска эмалевой краской	-	0,48
10	Покрытие изольной мастикой за один раз	2	0,60
11	Покрытие битумно-кукерсольной мастикой за один раз	1	0,64
12	Покрытие битумно-кукерсольной мастикой за два раза	2	1,1
13	Пергамин кровельный	0,4	0,33
14	Полиэтиленовая пленка	0,16	7,3
15	Рубероид	1,5	1,1
16	Толь кровельный	1,9	0,4
17	Фанера клееная трехслойная	3	0,15

Отчет

В отчет входит:

1. Название и номер лабораторной работы.

2. Применяемые приборы и материалы.

3. Данные по району строительства и влажности.

4. Рисунки принятых сечения стен с построениями (по примеру).

5. Данные по материалу стен.

6. Теплотехнический расчет стен.

7. Расчет температур в толще ограждения на границе слоев и на внутренней и наружной гранях стены.

8. Расчет максимальной упругости водяного пара Е.

9. Расчет парциального давления водяного пара е в толще ограждения на границе слоев и на внутренней и наружной гранях стены.

10. Вывод по работе и рекомендации.

Контрольные вопросы:

1. Виды теплопередачи.

2. Необходимые условия теплопередачи.

3. Определение термического сопротивления однородной и многослойной стены.

4. Определение общего сопротивления теплопередаче.

5. Этапы прохождения установившегося теплового потока через стену.

6. Определение численного значения R_о^тр двумя способами.

7. Экономическое значение Δt^н и его значение.

8. Теплоустойчивость и её учет в различных типах конструкций.

9. Тепловая инерция, массивность стены.

10. Влияние влажностного режима помещения на теплозащитные свойства ограждения.

11. Понятия сорбции и десорбции, изменение влажностного состояния эксплуатируемых зданий.

12. Условии выпадения конденсата в ограждающих конструкциях и меры по их устранению.

13. Паропроницание, коэффициент паропроницаемости, определение сопротивления паропроницаемости.

14. Определение температуры в толще ограждения.

15. Определение падения упругости водяного пара в толще ограждения.