2.7. Определение затухания и запаздывания колебаний температуры на внутренней поверхности стены Определение затухания температурных колебаний

• Для определения затухания температурных колебаний на внутренней поверхности исследуемой конструкции при суточных колебаниях температуры наружного воздуха необходимо найти коэффициенты теплоусвоения наружной поверхности слоёв ограждения при направлении тепловой волны снаружи внутрь Y_i (методика приведена в прил. 1). Определение коэффициентов теплоусвоения Y_i начинаем с первого слоя, считая от внутренней поверхности ограждающей конструкции.

• Для слоя штукатурки тепловая инерция D₁ = 0,24 < 1, поэтому:

Вт/(м²×°С).

• Для кирпичной кладки тепловая инерция D₂ = 3,12 > 1, поэтому Y₂ = s₂ = 10,12 Вт/(м²×°С);

• Для утеплителя тепловая инерция D₃ = 1,64 > 1, поэтому Y₃ = s₃ = 0,71 Вт/(м²×°С).

• Для наружного облицовочного слоя из кирпичной кладки тепловая инерция D₄ = 1,50 > 1, поэтому Y₄ = s₄ = 10,12 Вт/(м²×°С).

• Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности ограждения при направлении тепловой волны снаружи внутрь равен коэффициенту теплоусвоения последнего слоя: Y_ext = Y₄ = 10,12 Вт/(м²×°С).

• Определяем затухание колебаний в отдельных слоях:

.

.

.

.

• Величина затухания при переходе волны от наружного воздуха к наружной поверхности ограждения:

,

где a_ext – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции (стены) для летнего периода:

Вт/(м²×°С),

здесь v – минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль, принимаемая не менее 1 м/с; для Москвы v = 0 (по табл. 2* СНиП [1]), поэтому принимаем v = 1 м/с.

• Полная величина затухания расчётной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в исследуемой ограждающей конструкции:

v = v₁v₂v₃v₄v_ext = 1,088,8024,321,461,58 = 533,18.

Выводы:

• На внутренней поверхности стены амплитуда колебаний температуры будет в 533 раза меньше, чем у наружного воздуха. Теплоустойчивость конструкции высокая.

• На наружной поверхности стены амплитуда колебаний температуры будет в 1,58 раза меньше, чем у наружного воздуха.

• Наибольшее затухание температурных колебаний происходит в слое утеплителя. Объясняется это тем, что за ним расположен несущий слой (кирпичная кладка), имеющая большой коэффициент теплоусвоения (s₂ = 10,12).

• На втором месте по затуханию слой с наибольшей тепловой инерцией (кирпичная кладка).

• В наружной кирпичной кладке затухание невелико, что объясняется влиянием расположенного за ней утеплителя, имеющего малый коэффициент теплоусвоения (s₃ = 0,71).

Определение запаздывания температурных колебаний

• Для определения запаздывания температурных колебаний на внутренней поверхности исследуемой конструкции необходимо найти коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения при направлении тепловой волны изнутри наружу Y_int (методика приведена в прил. 1). Расчёт начинаем со слоя, в котором проходит граница «слоя резких колебаний» температуры, определяемого из условия D = 1.

• Определяем положение слоя резких колебаний:

для внутреннего слоя штукатурки D₁ = 0,24 < 1,

для кирпичной кладки D₂ = 3,12 > 1, следовательно, будет D₁ + D₂ > 1.

Вывод: граница слоя резких колебаний находится во втором слое (n = 2).

• При n = 2 определяем коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения сразу как коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности первого слоя Y_int = Y₁:

Вт/(м²×°С).

Вывод: наличие под слоем штукатурки кирпичной стены понизило коэффициент теплоусвоения его поверхности на 5% по сравнению с теплоусвоением его материала: (11,09 – 10,46)/11,09 = 0,05.

• Запаздывание температурных колебаний на внутренней поверхности исследуемой конструкции по сравнению с колебаниями наружной температуры (сдвиг фаз колебаний) в часах определяется по формуле (здесь величины arctg берутся в градусах):

ч.

Проверка: ориентировочно  = 2,7D – 0,4 = 2,76,50 – 0,4 = 17,15 ч.

Выводы:

• При максимуме температуры на наружной поверхности стены, обращённой на юг, в 12 часов дня, максимум температуры на внутренней поверхности будет в (12 + 17) – 24 = 5 часов утра.

• При максимуме температуры на наружной поверхности стены, обращённой на запад, в 17 часов дня, максимум температуры на внутренней поверхности будет в (17 + 17) – 24 = = 10 часов утра.