Материал: 1803

Колебания температуры, происходящие на поверхности, распро-

страняются вглубь ограждающей конструкции, но их амплитуды

уменьшаются, т.е. колебания постепенно затухают в ее толще. Мерой

интенсивности затухания колебаний температуры внутри однородной

ограждающей конструкции является безразмерная величина, представ-

ляющая произведение термического сопротивления R на коэффициент

теплоусвоения s:

D Rs,

называемая условной толщиной или характеристикой тепловой инер-

ции. Тепловая инерция проявляется в свойстве конструкции сохранять

или медленно изменять распределение температур, характерное для

средних температурных условий окружающейвоздушнойсреды.

Для ограждающих конструкций, состоящих из нескольких слоев,

характеристика тепловой инерции приближенно (формулой не учитыва-

ется порядок расположения в конструкции отдельных конструктивных

слоев с различным теплоусвоением и термическим сопротивлением)

выражается как сумма условных толщин отдельных слоев, т.е.:

D R1s1 R2s2 ... Rn sn .

Индексы при буквенных обозначениях соответствуют порядку номеров слоев, причем нумерация последних принимается в направлении, обратном движению тепловой волны (см рис 4.2).

Рис.4.2. Нумерация конструктивных слоев и их поверхностей при расчете затухания температурных колебаний: I – периодические тепловые воздействия; 1; 2; 3; 4 – нумерация слоев

При изучении особенностей распространения периодических теп-

ловых воздействий по толщине ограждающей конструкции большое

значение имеет так называемый «слой резких колебаний температуры»,

непосредственно прилегающий к поверхности, воспринимающей пе-

риодически поступающее тепло. Внутри слоя резких колебаний одно-

родной конструкции амплитуда колебаний температуры затухает примерно вдвое и на другой его поверхности составляет только половину по сравнению с амплитудой колебаний на поверхности, воспринимающей периодические тепловые воздействия. Характеристика тепловой инерции Dрк для слоя резких колебаний равна единице, т.е.:

26

Dрк Rркs рк s 1,

где Rд – термическое сопротивление слоя резких колебаний, м2 0С/Вт; s – коэффициент теплоусвоения материала этого слоя, Вт/м2 0С;

δрк - толщина слоя резких колебаний, м; λ – коэффициент теплопроводности материала этого слоя, Вт/м 0С.

Если рассматривается конструкция намного толще слоя резких колебаний, то ее следует считать толстой (в этом случае Y=s); в противном случае она является тонкой и величина теплоусвоения ее поверхности Y≠s вычисляется по формуле (4.1*).

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 поверхностью ограждения.

Для однородной ограждающей конструкции толщина слоя , м,

резких колебаний определится по формуле:

рк s .

Со слоем резких температурных колебаний у строителей связано понятие об активной теплоемкости конструкций, т.е. об аккумуляции ими тепла. Из этого понятия закономерно вытекает обоснованное представление о практически одинаковой теплоустойчивости толстой конструкции, выполненной из материала с определенными свойствами, и конструкции, у которой из такого материала выполнена лишь внутренняя часть на толщину слоя резких колебаний. При этих допущениях теплофизические процессы, происходящие в действительности, отображаются теорией теплоустойчивости достаточно полно, а практические методы расчетов, вытекающие из нее, по-прежнему оказываются наиболее удобными для установления изменений во времени теплового состояния ограждающих конструкций зданий и ограждаемых ими помещений.

4.1 РАСЧЕТ ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТИ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ В ТЕПЛЫЙ ПЕРИОД

Проверку на теплоустойчивость осуществляют для горизонталь-

ных (покрытия) и вертикальных (стены) ограждений. При проектиро-

вании ограждающих конструкций зданий в южных районах целесооб-

разно примерять светлую отделку (наружный фактурный слой) из плот-

ных материалов с высоким коэффициентом отражения. При этом, есте-

27

ственно, надо учитывать и вероятность охлаждения ограждения в ноч-

ное время.

В многоэтажных зданиях предпочтительнее устройство стен с на-

ружными лучеотражающими экранами (например, система вентилируе-

мой фасадной теплоизоляции). У фасадов многоэтажных зданий токи

восходящего воздуха могут иметь существенную скорость, а при озеле-

нении и обводнении территории, прилегающей к зданию, достигается

более низкая температура приточного воздуха, по сравнению с темпера-

турой поверхности стен вышерасположенных этажей. Особое значение

имеет защита световых проемов солнцезащитными устройствами, без

применения которых обеспечение приемлемого для людей теплового

состояния помещений становится невозможным.

Солнцезащита и применение вентилируемых ограждающих конст-

рукций (например, система вентилируемой фасадной теплоизоляции),

являются наиболее эффективными мероприятиями в целях улучшения

теплового состояния помещений естественными средствами. Однако

известное влияние на ограничение прогрева слоистых ограждающих

конструкций может оказать целесообразный выбор теплоизолирующих материалов и даже рациональное размещение конструктивных слоев с различными теплофизическими свойствами.

Наибольшее затухание температурных колебаний имеет место в тех многослойных ограждающих конструкциях, в которых чередуются конструктивные слои с малым и большим теплоусвоением, так как затухание в каком-либо слое ограждения характеризуется величиной

смежных конструктивных слоев. Следовательно, утепление из легких материалов будет наиболее эффективным в тех случаях, когда оно расположено между двумя слоями из тяжелых конструктивных материалов с большим теплоусвоением. Из конструкций с воздушными прослойка-

ми наиболее теплоустойчивыми будут те, в которых воздушная про-

слойка расположена между слоями с большим теплоусвоением (из кон-

структивного бетона и т.д.).

При проектировании ограждающих конструкций с учётом их теплоустойчивости согласно п.11.1.1 СП 50.13330 [1], а также [6, 7, 8] необходимо учитывать:

- теплоустойчивость конструкций зависит от порядка расположения слоёв материалов;

28

-величина затухания амплитуды колебаний температуры наруж-

ного воздуха ν в многослойных конструкциях увеличивается, если более

теплоустойчивый материал расположен изнутри;

-наличие в конструкции ограждения воздушной прослойки увели-

чивает теплоустойчивость конструкции, причем целесообразно в замк-

нутой воздушной прослойке устраивать теплоизоляцию с теплоотра-

жающей поверхностью;

-слои конструкции, расположенные между вентилируемой на-

ружным воздухом воздушной прослойкой и наружной поверхностью

ограждающей конструкции, должны иметь минимально возможную

толщину;

-при расчетах коэффициенты теплоусвоения определяются для

наружных поверхностей всех слоев ограждения; нумерация слоев ве-

дется от внутренней поверхности ограждения с поверхности первого

слоя, обращенного в помещение;

-наиболее слабой частью ограждения в теплофизическом отноше-

нии является остекление.

Проверка наружных ограждений на теплоустойчивость осуществ-

ляется в районах со среднемесячной температурой воздуха в июле 21°C

ивыше.

4.2 РАСЧЕТ НОРМАТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТИ

Для определенных групп зданий в районах со среднемесячной температурой июля 21°C и выше согласно п.6.1 СП 50.13330 [1] расчетная амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций A в не должна быть более нормируемой Aтр :

К таким зданиям относятся жилые и особые группы общественных, а также производственные, в которых необходимо соблюдать оптимальные параметры температуры и относительной влажности воздуха

в рабочей зоне в теплый период года или по условиях технологии поддерживать постоянными температуру или температуру и относительную влажность воздуха.

Нормируемая амплитуда колебаний температуры

Нормируемая амплитуда колебаний температуры внутренней по-

верхности ограждающей конструкции здания Aтр , °C, определяется по

формуле 6.1 СП 50.13330 [1]:

29

где tн – средняя месячная температура наружного воздуха за июль, °C,

принимаемая по табл. * СП 131.13330 [4].

4.3ОЦЕНКА ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТИ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности

Установлено, что колебания температуры наружного воздуха Atн,

°C, происходят циклически, подчиняются закону синусоиды (рис. 4.1) и

вызывают, в свою очередь, колебания фактической температуры на

внутренней поверхности ограждения Aτв , °C, которые также протекают

гармонически по закону синусоиды.

Теплоустойчивость – это свойство ограждения сохранять относи-

тельное постоянство температуры на внутренней поверхности τв, °C,

при колебаниях внешних тепловых воздействий Atн, °C, и обеспечивать комфортные условия в помещении. По мере удаления от наружной поверхности амплитуда колебаний температуры в толще ограждения, Aτ, °C, уменьшается, главным образом, в толще слоя, ближайшего к наружному воздуху. Этот слой толщиной δрк, м, называется слоем резких колебаний температуры Aτ, °C.

Амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций Aτв, °C, определяют по п.6.2 формуле 6.2 СП

50.13330 [1]:

где ν – величина затухания расчетной амплитуды колебаний температу-

ры наружного воздуха Atнрасч в ограждающей конструкции.

Ограждающая конструкция будет отвечать требованиям теплоустойчивости, если выполняется условие

Aτв Aтр.

Расчетная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха

Расчетную амплитуду колебаний температуры наружного воздуха

Atнрасч, °C, определяют по п.6.3 формуле 6.3 СП 50.13330 [1]:

где Atí – максимальная амплитуда суточных колебаний температуры

наружного воздуха в июле, °C, принимаемая согласно СП 131.13330 [4];

30