pdf.php@id=6162

коэффициент Всл в формуле (1.29) ynHTbmaet последовательность расположения основных (теплоизоляционного и конструктивного) материальных слоев в многослойном ограждении:

где и s2 — коэффициенты теплоусвоения соответственно первого и второго (по ходу температурной волны) основных слоев в ограж­ дении.

Теплоустойчивость ограждений изменениям наружной темпе­ ратуры в СНиП принято характеризовать показателем D. Как видно из (1.29), величина D в большой мере определяет затухания колеба­ нии температуры в толще ограждения.

§5. ЗНАЧЕНИЯ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ЧЕРЕЗ ОГРАЖДЕНИЯ

Для того чтобы провести теплотехнический расчет ограждения, нужно иметь значения характеристик, которые определяют процесс передачи тепла. Основными характеристиками являются: коэф­ фициенты теплопроводности материалов отдельных слоев огражде­ ния, коэффициенты теплообмена на поверхностях ограждения и тер­ мическое сопротивление воздушной прослойки.

Коэффициент теплопроводности X ккал/м-ч-град для строитель­ ных материалов может изменяться в широких пределах.

Большинство строительных материалов является сложными капиллярнопористыми телами. Они состоят из скелета, поры и ка­ пилляры которого могут быть заполнены влажным воздухом, водой и льдом. В связи с такой структурой процесс теплопередачи в толще строительных материалов лишь условно может рассматриваться как теплопроводность, так как в порах материала наряду с теплопро­ водностью происходит теплообмен излучением, конвекцией, а так­ же перенос тепла за счет перемещения влаги в толще материала и ее фазовых превращений. Поэтому то, что обычно называют коэф­ фициентом теплопроводности, есть фактически условный коэф­ фициент, учитывающий всю сумму факторов, участвующих в пере­ даче тепла в толще материала.

Коэффициент теплопроводности материала значительно изменяет свою величину с изменением объемного веса, влажности и темпера­ туры (рис. 1.6). Эти зависимости в основном объясняются тем, что скелет, воздух, вода и лед могут находиться в материале в разных соотношениях.

Если коэффициент теплопроводности скелета для материа­ лов неорганического происхождения равен 4—6 и более, то коэф­ фициент теплопроводности воздуха — около 0,02. С увеличением объемного веса материала коэффициент теплопроводности строи­ тельных материалов увеличивается. Это в основном объясняется тем, что доля объема, занимаемая воздухом, уменьшается, а доля

21

объема скелета, который имеет более высокий коэффициент тепло­ проводности, увеличивается.

Сповышением влажности материала, когда влага заполняет объем в порах, вытесняя воздух, происходит значительное увели­ чение коэффициента теплопроводности материала, так как коэф­ фициент теплопроводности воды, равный 0,5, в двадцать пять раз больше теплопроводности воздуха.

Сповышением температуры теплопроводность отдельных строи­ тельных материалов может возрастать и понижаться. Особенно рез­ ко изменение теплопроводности происходит при переходе темпера­

лотехнических расчетов ограждений, приведены в приложении 1, составленном по данным СНиП.

При выборе численных значений коэффициентов необходимо пом­ нить, что значения, приведенные в таблице СНиП, соответствуют указанному там объемному весу материала и определенному влаж­ ностному состоянию конструкции. При значительных отклонениях объемного веса и влажности от табличных данных и для~ материа­ лов в мерзлом состоянии необходимо пользоваться эксперименталь­ ными данными.

Многие теплоизоляционные материалы в конструкции огражде­ ний могут деформироваться, уплотняться или изменять свои тепло­ изолирующие свойства в процессе эксплуатации. В связи с этим в СНиП рекомендуется вводить на значения X, при определении толщины теплоизоляционного слоя, поправочный коэффициент b^>1. Численные значения b зависят от свойств и объемного веса

поверхностях ограждения зависят от условий конвективного и лу­ чистого теплообмена на этих поверхностях. Коэффициент конвек-

22

При направлении ветра вдоль поверхности ак определяют по формуле

где v — скорость ветра в м/сек; I — характерный размер поверх­ ности в направлении движения воздуха.

Если воздушный поток не параллелен поверхности, как это ча­ сто бывает, полученные по формуле (1.37) значения будут меньше действительных величин. Для расчета теплообмена на поверхности наружных стен при лобовом обдувании ветром рекомендуется поль­ зоваться формулой

Наружная поверхность излучением обменивается теплом с поверх­ ностью земли, окружающими зданиями, небосводом, а также вос­ принимает тепло в результате непосредственного облучения солн­ цем. Учитывая сложность явления, а также сравнительно малую долю участия лучистого потока в общем теплообмене наружной поверхности ограждения в зимних условиях, считают, что темпера­ тура окружающих здание поверхностей равна температуре наруж­ ного воздуха, и коэффициент лучистого теплообмена рассчитывают по формуле (1.34).

Пример I. 2. Требуется определить коэффициент теплообмена на наружной поверхности стены. Температуры равны: наружной поверхности тн= — 19° С, наружного воздуха и окружающих здание поверхностей /н = —21° С. Расчетная скорость ветра v = 3 м1сек.

а к= 10 У v = Ю УЗ = 17,3 ккал/м2-ч-град;

ал= 6спрф1_ 2= {0,81+ 0,005 [(—19) + ( —21)]} 4,2-1,0 = 2,4 ккал/м2-ч-град;

ан= а к+ а л= 17,3 + 2 ,4 = 19,7 ккал/м2-ч- град.

Б Строительных нормах и правилах указаны значения коэф­ фициентов теплообмена, которые необходимо применять при обыч­ ных расчетах. Для внутренних плоских поверхностей всех огражде­ ний независимо от назначения помещения принято значение а в = = 7,5 ккал/м2-ч-град. Исключение составляют поверхности оребренные и кессонированные. Для них принимается уменьшенное зна­ чение а в в связи с увеличением поверхности теплоперехода за счет оребрения.

Коэффициент теплообмена для наружных поверхностей, сопри­ касающихся непосредственно с наружным воздухом, принят ая = = 20. Для наружных поверхностей, которые непосредственно не обдуваются ветром, принимаются следующие значения ан: для поверхностей перекрытий, выходящих на чердак, 10; для поверх­ ностей перекрытий, выходящих в подвал, 5; для поверхностей стен, выходящих в неотапливаемые помещения, 10.

Термическое сопротивление воздушной прослойки RB,U в ог­ раждении зависит от разности температур на поверхностях прослой­

24

ки, от ее средней температуры, толщины и направления теплового noiока. исличину 1\в.п нельзя рассчитывать как для однородного слоя материала.

Теплопередача через воздушную прослойку происходит за счет лучистого теплообмена между ограничивающими ее поверхностями, частично конвекцией и теплопроводностью. Общее термическое сопротивление прослойки увеличивается с ее толщиной, стабилизи­ руясь при толщине более 5 см.

Передача тепла снизу вверх в горизонтальных воздушных про­ слойках происходит интенсивно за счет конвективных токов воз­ духа, которые в этом случае возникают. Наилучшие теплоизоляцион­ ные качества имеет горизонтальная прослойка при теплопередаче сверху вниз. В такой прослойке практически отсутствуют конвек­ тивные токи и тепло передается только излучением и теплопровод­ ностью. Уменьшения теплопередачи можно добиться покрытием одной или обеих поверхностей прослойки материалами с малыми значениями коэффициента излучения, а также перенесением про­ слойки в конструкции ограждения ближе к наружной поверхности.

В СНиП приведены нормируемые величины термических сопро­ тивлений воздушных прослоек при горизонтальном и вертикаль­ ном их расположении в зависимости от толщины слоя воздуха. Эти величины относятся к замкнутым воздушным прослойкам.

Для определения термического сопротивления сложных конст­ рукций с экранами, специальным покрытием и вентилируемыми прослойками необходимо проведение специальных расчетов, мето­ дика которых здесь не рассматривается.

§ 6. ТЕПЛОЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА ОГРАЖДЕНИЙ

Теплозащитные свойства наружных ограждений определяются двумя показателями: величиной сопротивления теплопередаче и теплоустойчивостью, которую, как было указано выше, ориентиро­ вочно оценивают по величине характеристики тепловой массивности ограждения D (1.30). Теплозащиту ограждений в зимних условиях принято определять в основном величиной R0, а в летних — тепло­ устойчивостью. Это объясняется тем, что для зимы более харак­ терным является режим теплопередачи, близкий к стационарному, в то время как для летнего режима определяющими являются пе­ риодические изменения наружных тепловых условий.

Требуемое сопротивление теплопередаче ограждения. Сопротив­ ление теплопередаче основной конструкции ограждения должно со­ ответствовать гигиеническим требованиям и быть оптимальным с тех­ нико-экономической точки зрения.

Минимально допустимое сопротивление теплопередаче, удов­ летворяющее в зимних условиях санитарно-гигиеническим требо­ ваниям, называется т р е б у е м ы м с о п р о т и в л е н не м .

Основное требование, предъявляемое к наружным ограждениям в гигиеническом отношении, сводится к тому, чтобы температура

на внутренней поверхности тв была такой, при которой люди, на­ ходящиеся в помещении, не испытывали со стороны этой поверх­ ности интенсивного радиационного охлаждения. Кроме того, в по­ мещениях, как правило, не допускается выпадение конденсата на ограждениях, поэтому температура на внутренней поверхности на­ ружных ограждений должна быть выше температуры точки росы tTр воздуха в помещении. В помещениях бань, прачечных и неко­ торых производственных помещениях в суровые периоды зимы все же допускается кратковременное, небольшой интенсивности ув­ лажнение стен.

При определении R0tTp принимают за основу уравнение рас­ пределения температур в ограждении в стационарных условиях (1.24), записав его относительно R0 в виде

В это уравнение вводятся регламентированные значения величин /в, tHи (tB— тв), которые зависят от назначения помещений и пр.

Значения температуры внутреннего воздуха tBпринимаются на основе практики эксплуатации помещений (по табл. 1.1). Они опре­ деляются функциональными особенностями и видом работы, которую производят находящиеся в помещениях люди. Следует отметить, что при расчете теплопотерь принимают за расчетную в производ­ ственных помещениях с незначительными тепловыделениями нор­

равномерностью распределения температур по высоте принимают: для пола — нормируемую температуру в рабочей зоне, для стен — среднюю температуру воздуха по высоте помещения, для перекры­ тия — температуру воздуха под ним.

В нерабочее время, когда действует дежурное отопление, в про­ изводственных и иных помещениях температура должна быть не ниже + 5° С, если особенности помещения не допускают большего понижения температуры или не требуют поддержания более высокой

Как видно из таблицы, для поверхности теплотеряющего потол­ ка перепад Д/н должен быть несколько меньше, чем для наружных стен, а для поверхности пола, с которой человек соприкасается, еще меньше. Для помещений, в которых человек находится продол­ жительное время, эти перепады должны быть меньше, чем для по­ мещений с кратковременным пребыванием людей.

Сопротивление теплообмену RBв (1.39) для внутренней гладкой поверхности всех ограждений, согласно СНиП, принимается оди­ наковым и равным 0,133.

Рассматриваемая формула (1.39) написана в предположении, что в расчетных условиях температурный режим ограждения являет-

26

Т 2 б л к u s 1.2

Нормируемые величиньГ'разности температур помещения и внутренней поверхности ограждения A t1

A tH, град

П р и м е ч а н и е . Для поверхности пола Д/Н= 2,5д.

ся стационарным и /н постоянна. Однако температура наружного воздуха непрерывно изменяется, и в ограждении происходит слож­ ный процесс нестационарной теплопередачи, который необходимо учитывать при выборе расчетной наружной температуры.

Для различных климатических районов были построены кривые изменения температуры наружного воздуха, наблюдавшиеся в те­ чение восьми наиболее холодных зим последнего 50-летнего периода.

Эти кривые для разных районов имеют характерную и близкую по очертанию форму (рис. 1.7): сравнительно медленное равномерное

2В* 27

понижение температуры до начала периода резкого похолодания, затем резкое понижение температуры с переходом через минимум и медленное повышение температуры после конца периода резкого похолодания.

Обычно ограждения имеют небольшую тепловую инерцию, поэтому при медленном понижении температуры, как это наблю­ дается на начальном участке расчетной кривой, распределение температуры в ограждении в каждый момент времени практически соответствует стационарному. Нестационарность процесса про­ является в период интенсивного, сравнительно кратковременного

периода похолодания. Этот период для выбора расчетной наружной тем­ пературы играет определяющее зна­ чение.

Ограждения, имеющие одинако­ вые сопротивления теплопередаче, но разную тепловую массивность, по-раз­ ному реагируют на изменения темпе­ ратуры наружного воздуха в период резкого похолодания. У ограждений с малой тепловой массивностью эти изменения вызовут большие пониже­ ния температуры на внутренней по­ верхности, чем у массивных огражде­ ний. Поэтому в одних и тех же клима­

тических условиях ограждения с разной тепловой массивностью должны иметь различные сопротивления теплопередаче.

Требуемым сопротивлением теплопередаче ограждения является такое, при котором обеспечивается заданный уровень температуры на внутренней поверхности ограждения в условиях, когда наружная температура изменяется по расчетной кривой.

В СНиП на основе указанных температурных кривых в качестве расчетных наружных температур tHдля отдельных географических пунктов СССР приняты температуры, равные средним темпера­

в зависимости от его тепловой массивности. Ограждения по массив­ ности делят на три группы в зависимости от величины D. Каждой группе соответствует одна из указанных температур tni как это пока­ зано в табл. 1.3.

В процессе расчета сначала ориентировочно задаются группой массивности ограждения. Найдя соответствующую величину i?0tTp, определяют по формуле (1.30) значение D. Если оно не отвечает при­ нятой массивности, перерасчет R0tTp производят с учетом найден­ ной величины D. На расчетную разность tB— tH согласно СНиП вводят поправочный коэффициент п. Этот коэффициент учитывает

28

всегда меньше изменений наружной температуры, поэтому при

мого сопротивления теплопередаче ограждения принимается в следующем виде:

Пример 1.3. Определить требуемое сопротивление теплопередаче наруж­ ной стены здания общежития. Стена сложена из семищелевого кирпича с внут­

ческих показателей строительных материалов выбираем из таблицы прило­ жения 1 по графе условий эксплуатации Б (для нормальной влажностной зоны

29

Согласно формуле (1.30) определяем показатель тепловой массивности стены D:

D = 0,775* 6 ,5 + 0,027-8,15 = 5,26.

Стена имеет среднюю массивность, при которой расчетная наружная темпе­ ратура (табл. 1.3) равна:

(—26) + ( —31)

— 28,5° С,

# к. к= 1,03 — 0,21 =0,82.

Требуемая толщина 6К>К кирпичной кладки

6К. к = #к. кМ = 0,82-0,55-1 = 0,45 м.

Принимаем стену в 2 кирпича, имеющую бк>к=0,51 м. Фактическое термиче­

на внутренней поверхности такого ограждения. Температура на внутренней поверхности ограждения тв равна:

0,133

тв= 18— у - — (18 + 28,5) = 12,58° С.

1, 14

Упругость водяных паров в воздухе помещения равна:

U. р = 20,1 — (5,75 — 0,274 ев)2= 2 0 ,1— (5,75— 0,274*8)2 = 7,4° С.

Величина /т#р значительно меньше температуры тв, поэтому конденсации на внутренней поверхности ограждения не-будет.

30