К печати в свет разрешаю 2 страница

При D = 1,46 стены по массивности относятся к легким, для чего при

определении R расчетная температура наружного воздуха должна быть принята равной температуре наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98, что не было выполнено. Поэтому делаем перерасчет:

м² × ⁰С/Вт.

Поэтому

, откуда d₂ = 0,04 м.

Следовательно, толщину утепляющего слоя из пенополистирола в трехслойной наружной панели необходимо принимать не менее 0,04м.

3. ПОСТРОЕНИЕ ОДНОМЕРНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ

Стационарные условия теплопередачи характеризуются постоянством во времени величины теплового потока и температуры в ограждении, которые по своей расчетной схеме представляют собой плоскую конструкцию (стенку, плиту), ограниченную с обеих сторон параллельными плоскостями.

При установившихся условиях теплопередачи внутри однородного ограждения (при различных температурах воздуха у его поверхностей) градиент температуры является величиной постоянной. В многослойных ограждающих конструкциях значение температуры может быть вычислено аналитическим путем в любой плоскости, при этом градиент температуры пропорционален термическому сопротивлению слоя.

Эта зависимость положена в основу более простого графического метода определения температуры внутри ограждения (рис. 3.1)

Для построения одномерного температурного поля на крайней слева вертикальной линии в произвольном масштабе строим температурную щкалу (рис. 3.1). По горизонтальной оси, соответствующей нулевой температуре, откладываем последовательно в принятом масштабе все термические сопротивления слоев конструкции, начиная с R_В и заканчивая R_Н, так что сумма всех отрезков дает в том же масштабе величину сопротивления теплопередаче R₀.

Через полученные точки проводим вертикальные линии и на крайних вертикалях откладываем с одной стороны (у прямой соответствующей R_В) в масштабе отрезок, соответствующий температуре внутреннего воздуха t_В, а с другой – (у отрезка, соответствующего R_Н) в том же масштабе отрезок соответствующий наружной температуре t_Н. Положительные температуры откладываем вверх от горизонтальной оси, а отрицательные – вниз.

Полученные точки t_В и t_Н соединяем прямой линией.

Рис. 3.1 Распределение температуры в ограждении в зависимости

от термического сопротивления слоев.

Рис. 3.2 Одномерное температурное поле наружной стены.

Рис. 3.3 Одномерное температурное чердачного перекрытия.

Точка пересечения этой прямой с вертикальными линиями на границах слоев ограждения обозначает границы, выражающие значения температур на

границах слоев ограждения. Тепловой поток, проходящий через ограждение, одинаков по величине в любом слое ограждения, следовательно, в построении, графика термических сопротивлений показанном на рис. 3.2, уклон температурной линии одинаков, поскольку горизонтальные размеры на нем выражаются в термических сопротивлениях слоев, т. е. они как бы приведены к однородной конструкции.

Рядом с графиком термических сопротивлений строим в масштабе разрез стены. Переносим характерные точки с границ слоев термических сопротивлений параллельно линии нулевой температуры до пересечения с линиями границ слоев конструкции. При переносе температурной линии на чертеж конструкции уклон ее различен, так как горизонтальные размеры слоев конструкции, которые построены в масштабе толщины (метры) не соответствует горизонтальным размерам сопротивлений. Температурная линия представляет ломаную линию, наклон которой будет в слоях материала, различен.

Аналогично производится построение одномерного температурного поля чердачного (надподвального) перекрытия (рис. 3.3).

На температурных полях указывается зона промерзания стены и

перекрытия, проводя вертикальную линию через точку пересечения кривой распределения температур в конструкциях с координатой, обозначающей температуру 0 ⁰С.

Пример 3.1 Построить одномерное температурное поле наружной стены (рис. 3. 2).

Исходные данные: t_В = 18 ⁰С; t_Н = -28 ⁰С; r₁ = 0,015 м; r₂ = 0,22 м; r₃ = 0,015 м; R_В = 0,115 м² × ⁰С/Вт; R₁ = 0,02 м² × ⁰С/Вт; R₂ = 0,67 м² × ⁰С/Вт; R₃= 0,02 м² × ⁰С/Вт; R_Н = 0,08 м² × ⁰С/Вт.

Пример 3.2 Построить одномерное температурное поле чердачного перекрытия (рис. 3. 3).

Исходные данные: t_В = 18 ⁰С; t_Н = -28 ⁰С; r₁ = 0,14 м; r₂ = 0,005 м; r₃ = 0,017 м; R_В = 0,115 м² × ⁰С/Вт; R₁ = 0,07 м² × ⁰С/Вт; R₂ = 0,03 м² × ⁰С/Вт; R₃= 0,94 м² × ⁰С/Вт; R_Н = 0,08 м² × ⁰С/Вт.

4. РАСЧЕТ НАРУЖНЫХ СТЕН НА ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТЬ

В УСЛОВИЯХ ЖАРКОГО КЛИМАТА

Для районов с жарким климатом при проектировании ограждающих конструкций необходим расчет колебаний температуры на их внутренней поверхности при изменениях температуры наружного воздуха, т. е. расчет их теплоустойчивости при значительных тепловых воздействиях.

Защита от перегрева солнцем в летнее время, влияющая на санитарно-гигиеническое состояние воздушной среды помещений, в первую очередь зависит от теплофизических качеств материалов наружных ограждений.

Перемещение тепла в среде возможно только при разности температур в отдельных ее точках, причем оно происходит в направлении от большей к меньшей температуре. При разности температур между воздухом в помещениях здания и окружающем его наружным воздухом теплопередача происходит через наружные ограждения (стены, окна, покрытия и др.).

В южных климатических районах солнечная радиация вызывает периодические колебания температуры наружной поверхности ограждений, которые приводят к колебаниям температуры также и на их внутренней поверхности. Это, в свою очередь, приводит к изменению температуры воздуха в помещениях, амплитуда которой зависит от теплотехнических качеств материалов наружных ограждений, характеризуемых их теплоустойчивостью.

Теплоустойчивость ограждающих конструкций – свойство сохранять относительное постоянство температуры на поверхности, обращенной в

помещение, при периодическом воздействии на поверхность конструкций колебаний температур воздушной среды.

Чем меньше при одной и той же величине колебания температур воздушной среды снаружи будут амплитуды колебания температур на внутренней поверхности ограждения, тем оно считается более теплоустойчивым. Чем больше затухают амплитуды колебания температур в ограждающей конструкции, тем лучшими теплозащитными качествами эта конструкция обладает. От теплоустойчивости ограждений зависит возможность поддержания в помещении постоянных, малоизменяющихся во времени температуры и относительной влажности воздуха.

Затухание амплитуд температурных колебаний наружного воздуха внутри конструкций есть отношение амплитуды А_tн колебаний температуры наружного воздуха с учетом солнечной радиации к затухшей (наименьшей) амплитуде А_tв колебаний температуры внутренней поверхности ограждений. Расчет затухания колебаний температур необходим для наружных ограждений зданий в южных районах, прогреваемых солнечными лучами при повышении в дневное время температуры наружного воздуха.

Теплоустойчивость ограждающих конструкций зависит в основном от теплоемкости слоя резких колебаний, для которого показатель тепловой инерции Д 1. Слой резких колебаний непосредственно прилегает к поверхности ограждений, воспринимающей периодические колебания температуры воздушной среды. В нем происходит наиболее заметное затухание амплитуды колебания температуры. Толщина слоя резких колебаний увеличивается с увеличением периода колебаний теплового потока и уменьшается с его уменьшением. Теплотехнические свойства материала слоя резких колебаний существенно влияют на величину коэффициента теплоусвоения поверхностей ограждения Y.

Затухание температурных колебаний в слоях ограждающих конструкций также зависит от соседних слоев, расположенных вслед за рассматриваемым на пути движения тепловой волны. Расчет затухания температурных волн внутри многослойной ограждающей конструкции необходимо начинать с конструктивного последнего слоя на пути движения тепловой волны (т. е. с поверхности конструкции, обращенной в помещение) и переходить последовательно от слоя к слою, непосредственно воспринимающему периодические колебания температур.

В климатических районах со среднемесячной температурой июля 21 ⁰С и выше амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций (наружных стен с тепловой инерцией менее 4 и покрытий менее 5) А_tв жилых зданий, детских учреждений и здравоохранения, производственных зданий, где по условиям технологии необходимо поддерживать постоянную температуру и влажность воздуха, не

должна быть более требуемой амплитуды А , ⁰С, определяемой по формуле:

, (4.1)

где t_н – среднемесячная температура наружного воздуха за июль, ⁰С, принимаемая по [1].

Амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций, ⁰С, определяется по формуле:

, (4.2)

где А - расчетная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха, ⁰С, определяемая по формуле (4.3);

n - затухание расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха А в ограждающей конструкции, определяется по формуле (4.4).

Расчетная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха ⁰С, определяется по формуле:

, (4.3)

где А_tн – максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха в июле, ⁰С, принимаемая по [1];

r - коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по [2, прил. 7];

I_max, I_ср – соответственно максимальное и среднее значение суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной), Вт/м², принимаемые согласно [1, прил. 6] для наружных стен, как для вертикальных поверхностей западной ориентации, и для покрытий – по [1, прил. 5], как для горизонтальной поверхности;

a_н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции по летним условиям, Вт/м^2××⁰С, определяемый по формуле (4.13).

Затухание расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в ограждающей конструкции, состоящей из однородных слоев, следует определять по формуле:

(4.4)

При определении затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха n порядок нумерации слоев принят в направлении от внутренней поверхности к наружной.

Для расчетов двухслойных ограждающих конструкций формула (4.4) будет иметь вид

, (4.5)

для трехслойных ограждающих конструкций

(4.6)

В формулах (4.4) – (4.6):

е=2,718 – основание натуральных логарифмов;

Д – тепловая инерция ограждающей конструкции, определяемая по формуле (4.7);

S₁, S₂, S₃, S_n – расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/м²× ⁰С, принимаемые по [2, прил. 3];

Y₁, Y₂, Y₃, Y_N коэффициенты теплоусвоения наружной поверхности отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/м²× ⁰С, определяемые по формулам (4.10 - 4.12);

a_В – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемые по [2, табл.4];

a_Н - то же, что в формуле (4.3).

Для определения коэффициентов теплоусвоения наружной поверхности отдельных слоев ограждающей конструкции следует предварительно вычислить тепловую инерцию по формуле:

, (4.7)

Тепловая инерция ограждающей конструкции в целом

, (4.8)

где R₁, R₂, R_n - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м²×⁰С/Вт, определяемый по формуле (4.9);

S₁, S₂, S_n – расчетные коэффициенты теплоусвоения материала

отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/м²× ⁰С, принимаемые по [2, прил. 3].

Термическое сопротивление слоя ограждающей конструкции, м²×⁰С/Вт,

, (4.9)

где d - толщина слоя;

l - расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/м²× ⁰С, принимаемые по [2, прил. 3].

Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя Y, Вт/м²× ⁰С, с тепловой инерцией Д ³ 1 следует принимать равным расчетному коэффициенту теплоусвоения S материала этого слоя конструкции по [2, прил. 3].

Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя Y, с тепловой инерцией Д < 1 следует определять путем расчета, начиная с первого слоя (считая от внутренней поверхности ограждающей конструкции):

а) для первого слоя

, (4.10)

б) для второго слоя

, (4.11)

в) для третьего слоя

, (4.12)

где R₁, R₂, R₃ - термические сопротивления соответственных слоев ограждающей конструкции, определяемые по формуле (4.9);

S₁, S₂, S₃ – расчетные коэффициенты теплоусвоения материала соответствующих слоев, ограждающей конструкции принимаемые по [2, прил. 3];

a_В – коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемые по [2, табл.4];

Y₁, Y₂, Y₃, - коэффициенты теплоусвоения наружной поверхности соответствующих слоев ограждающей конструкции, Вт/м²× ⁰С.

Коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждающей конструкции по летним условиям, ограждающей конструкции, следует определять по формуле:

, (4.13)

где V – максимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль по [1, прил. 4], но не менее 1 м/с.

После выполнения расчета необходимо сопоставить требуемую амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции А с расчетной проектируемой А_tв. При А_tв < А ограждающая конструкция удовлетворяет защитным качествам и обеспечивает требуемые санитарно-гигиенические условия в помещениях в летнее время. При А_tв > А теплоустойчивость наружных ограждений не удовлетворяет нормативным требованиям и помещения зданий будут перегреваться. В этом случае необходимо увеличить толщину теплоизолирующего слоя ограждающей конструкции или принять утеплитель с меньшим коэффициентом теплопроводностии и расчет на теплоустойчивость повторить.

Расчет на теплоустойчивость наружных стен и покрытий зданий выполняется в одинаковой последовательности по приведенным выше формулам.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЕТА.

1. Определить необходимые для расчета в заданном климатическом районе среднемесячную температуру наружного воздуха t_н за июль по [1], минимальную из средних скоростей ветра в июле V по румбам по [1 прил. 4].

2. По формуле (4.13) следует вычислить коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции a_н по летним условиям.

3. При тепловой инерции слоев конструкции ограждения более 1 коэффициенты теплоусвоения Y принять равными расчетному коэффициенту теплоусвоения S материала по [2 прил. 3]. При тепловой инерции слоев менее 1 коэффициенты теплоусвоения слоев необходимо рассчитать по формулам (4.10) ¸ (4.12).

4. Затухание расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха n в зависимости от количества слоев ограждающей конструкции найти по формулам (4.4) ¸ (4.6). При определении n значения е^Д/Ö2 можно принять в зависимости от величины Д по прил. Д.

5. Максимальную амплитуду суточных колебаний температуры

наружного воздуха в июле А_tн, определить по [1] или по прил. В.

6. Максимальное и среднее значение суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной), для вертикальных поверхностей западной ориентации I и I вычислить по [1, прил. 6] или по прил. В, для горизонтальных поверхностей I и I - по [1, прил. 5] или по прил. Б.

7. Коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности ограждающей конструкции r принять по [2, прил. 7].

8. Определить расчетную амплитуду колебаний температуры наружного воздуха А по формуле (4.3).

9. Амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ограждения А_tв найти по формуле(4.2).

10. Вычислить требуемую амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции А по формуле(4.1).

11. Сравнить расчетную амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности конструкции А_tв с требуемой А и сделать вывод о соответствии ограждения теплоустойчивости в летнее время.

Пример 4.1 Исходные данные

г. Херсон.

Вариант	Назначение здания	Номер слоя	Материал	Плотность, кг/м^3	Толщина, м
21-Я	Жилой дом		железобетон плиты минераловат- ные, полужесткие железобетон		0,08 -   0,065

Если толщина утепляющего слоя наружной стены неизвестна, необходимо определить ее из условий санитарно-гигиенических требований для зимних условий (см. раздел 2) или принять по конструктивным соображениям.

Выполняем проверку на теплоустойчивость в летнее время наружной

стеновой панели жилого дома, так как среднемесячная температура наружного воздуха в июле для г. Херсона по прил. В t_н = 23 ⁰С > 21 ⁰С и тепловая инерция Д = 2,24 < 4.

Минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль (1, прил. В), V = 3.3 м/с.

Коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждающей конструкции a_н по летним условиям

Вт/м²× ⁰С.

Определяем коэффициенты теплоусвоения наружных поверхностей слоев конструкции. Поскольку тепловая инерция слоев менее 1, коэффициент теплоусвоения:

для первого слоя

;

для второго слоя

;

для третьего слоя

;

где R₁ =0,04; R₂ =0,67; R₃ =0,03, м²×⁰С/Вт,

S₁ = 19.98, S₂ = 1,46, S₃ = 19.98, Вт/м²× ⁰С,

a_в = 8,7 Вт/м²× ⁰С.

Затухание расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в ограждающей трехслойной конструкции

При определении n значение е^Д/Ö2, интерполируя, принимаем равным 4,96 (прил. Г).

Максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха в июле А_tн = 16,4 ⁰С ([1] или по прил. В).

Максимальное и среднее значение суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной) для вертикальных поверхностей западной ориентации I = 752 Вт/м², I = 182 Вт/м² ([1, прил. 6] или прил. В).

Коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности ограждающей конструкции для бетона r = 0,7 [2, прил. 7].

Расчетная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха

Амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции

⁰С

Требуемая амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции

⁰С

Сравнивая расчетную амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции А_tв =1,08 ⁰С с требуемой А = 2,3 ⁰С делаем, что рассматриваемая ограждающая конструкция удовлетворяет теплозащитным качествам на теплоустойчивость в летнее время.

Если ограждающая конструкция не удовлетворяет теплозащитным качествам, т. е. А_tв > А необходимо увеличить толщину тепло-

изолирующего слоя и расчет на теплоустойчивость повторить.

Приложение А

Таблица А1

Задание для теплотехнического расчета наружных ограждающих конструкций.

№ п/п	Материал слоев: плотность, кг/м^3; толщина слоя, м.
Наружные стены	Чердачное или надподвальное перекрытие
	1. Известково-песчаный раствор – 1600 (0,01) 2. Глиняный кирпич – 1600 3. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02)	1. Гравий керамзитовый - 600 2. Рубероид – 600 (0,002) 3. Железобетонная плита – 2500 (0,20)
	1. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02) 2. Силикатный кирпич – 1800 3. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02)	1. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02) 2. Керамзитобетон - 800
	1. Железобетон – 2500 (0,04) 2. Плиты жесткие минерало- ватные на синтетической основе – 300 3. Железобетон – 2500 (0,05)	1. Линолеум – 1600 (0,002) 2. Листы гипсовые – 1200 (0,01) 3. Гипсоперлит – 600 4. Железобетон – 2500 (0,16)
	1. Известково-песчаный раствор – 1600 (0,01) 2. Известняк – 1600 3. Известково-песчаный раствор – 1600 (0,01)	1. Паркет дубовый – 700 (0,02) 2. Асфальт – 2100 (0,02) 3. Керамзитобетон - 1200
	1. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02) 2. Керамзитобетон на керамзитовом песке – 1200 3. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02)	1. Плиты минераловатные - 200 2. Рубероид – 600 (0,002) 3. Железобетон – 2500 (0,20)

Продолжение таблицы А1

	1. Сложный раствор – 1700 (0,02) 2. Силикатный кирпич – 1800 3. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,01)	1. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02) 2. Газобетон - 800
	1. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,015) 2. Пенобетон - 800 3. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02)	1. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02) 2. Пенобетон - 800
	1. Железобетон – 2500 (0,03) 2. Газобетон - 400 3. Железобетон – 2500 (0,04)	1. Керамзит - 600 2. Рубероид – 600 (0,002) 3. Железобетон – 2500 (0,16)
	1. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02) 2. Глиняный кирпич – 1600	1. Паркет – 500 2. Асфальт – 2100 (0,02) 3. Керамзитобетон - 1200
	1. Сложный раствор – 1700 (0,02) 2. Бетон на доменном шлаке – 1200 3. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02)	1. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02) 2. Керамзитобетон - 1000
	1. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,01) 2. Керамзитобетон на кварцевом песке – 1000 1. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,01)	1. Плиты из пенополистирола - 150 2. Рубероид – 600 (0,002) 3. Железобетон – 2500 (0,12)
	1. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,015) 2. Пенобетон - 1000 3. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02)	1. Линолеум – 1600 (0,002) 2. Плиты фибролитовые - 400 3. Железобетон – 2500 (0,16)

Продолжение таблицы А1

	1. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,015) 2. Шлакобетон - 1200 3. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,015)	1. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02) 2. Газозолобетон - 800
	1. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,01) 2. Силикатный кирпич – 1800 3. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,015)	1. Доменный шлак - 400 2. Рубероид – 600 (0,002) 3. Железобетон – 2500 (0,16)
	1. Железобетон – 2500 (0,08) 2. Маты минераловатные на синтетической связи – 125 3. Железобетон – 2500 (0,08)	1. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02) 2. Рубероид – 600 (0,002) 3. Шлакопемзобетон - 1000
	1. Сложный раствор – 1700 (0,02) 2. Аглопоритобетон на котельных шлаках - 1200 3. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02)	1. Паркет – 500 (0,02) 2. Асфальт – 2100 (0,015) 3. Керамзитобетон - 1000
	1. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02) 2. Шлакопемзобетон- 1000 3. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,015)	1. Керамзит - 400 2. Рубероид – 600 (0,002) 3. Железобетон – 2500 (0,16)
	1. Сложный раствор – 1700 (0,02) 2. Бетон на зольном гравии – 1000 3. Цементно-песчаный раствор – 1800 (0,02)	1. Перлитопластобетон - 200 2. Рубероид – 600 (0,002) 3. Железобетон – 2500 (0,16)
	1. Сложный раствор – 1700 (0,02)	1. Перлитопластобетон - 200 2. Рубероид – 600 (0,002)

Дата добавления: 2015-05-26