Автореферат: Эффективность теплозащиты ограждающих конструкций в условиях жаркого климата (на примере Палестины)

Для первого слоя:

здесь - термическое сопротивление первого слоя.

Для i-ого слоя:

Запаздывание температурных колебаний на внутренней поверхности ограждающей конструкции по сравнению с колебаниями наружной расчетной температуры (сдвиг фаз в часах), вычисляется по формуле:

, час

По величине можно установить время максимального теплопоступления в помещение, если известно время максимального теплопоступления на наружную поверхность стены ().

=+, час.

Для предварительной оценки запаздывания наружных температурных колебаний на внутренней поверхности ограждающей конструкции можно использовать следующую простую формулу:

где - суммарная характеристика тепловой инерции конструкции.

Исходя из приведенной методики расчета, нами была предложена таблица расчетных климатических параметров для условий Палестины.

Таким образом, мы приводим расчеты ограждающих конструкций на зимние и летние условия к условиям климата Палестины, в различных ее климатических районах.

В такой небольшой стране, как Палестина целесообразно ввести граничные условия для расчета стен и покрытий. Это могут быть наихудшие климатические условия для зимнего и летнего периода: из таблиц видно, что для зимы - это ; для лета - это ; , средняя месячная скорость ветра - 1,194 м/с и солнечная радиация для широты (таблица 2 и 3).

Проводя расчеты по этим условиям, получим требуемые сопротивления теплопередаче для стен и покрытия:

Расчетные температурно-климатические параметры, необходимые для проведения строительно-физических расчетов и расчетов энергозатрат в зданиях Таблица 2

Количество тепла, поступающего в июле от суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность и на вертикальные поверхности различной ориентации в Вт/м?.

Таблица 3

В третьей главе также приводится расчет затрат энергии на отопление и на охлаждение до и после применения новых предлагаемых ограждающих конструкций для условий Палестины.

Расчет трансмиссионных теплопотерь: Теплопотери за счет теплопередачи (трансмиссионные теплопотери) , рассчитываются через каждое теплотеряющее ограждение (или его часть) отдельно по формуле:

Где: ,сопротивление теплопередаче

площадь ограждения, температура внутреннего воздуха.

расчетная температура наружного воздуха, берется равной средней температуре наиболее холодной пятидневки. Для Палестины она не актуальна; -3.

коэффициент положения ограждения относительно наружного воздуха, равен 1 для наружных стен и покрытий.

коэффициент, учитывающий добавочные теплопотери, как для угловых помещений, так и для разных ориентации.

Расчет поступления теплоты солнечной радиации в помещения через световые проемы: Количество теплоты,,поступающей в помещение каждый час расчетных суток через заполнение световых проемов площадью А.

Теплопоступления от солнечной радиации, , для вертикального заполнения световых проемов.

Где: , количество теплоты, создаваемой соответственно прямой и рассеянной солнечной радиацией, поступающей в помещение в каждый час расчетных суток через световые проемы.

, коэффициент инсоляции для вертикального заполнения световых проемов, , коэффициент облучения, , коэффициент относительного проникания солнечной радиации через заполнение светового проема, , коэффициент, учитывающий затенение светового проема переплетами.

Теплопоступления обусловленные теплопередачей , .

Где: , сопротивление теплопередаче заполнения световых проемов.

, условная температура наружной среды, .

Где: , средняя температура наружного воздуха наиболее жаркого месяца.

, максимальная суточная амплитуда температуры наружного воздуха.

, коэффициент учитывающий гармоническое изменение температуры наружного воздуха, равен 1 в час максимального поступлении тепла.

S, D, количество тепла соответственно от прямой и рассеянной солнечной радиации, поступающей в каждый час расчетных суток на вертикальную или горизонтальную поверхность.

, приведенный коэффициент поглощения солнечной радиации заполнением световых проемов.

Поступление тепла через наружные ограждения (наружные стены, покрытие): Тепловой поток, , через ограждающую конструкцию (наружную стену или покрытие), , для данного часа суток, следует определить по формуле:

Где: , средние суточные количества теплоты (прямой и рассеянной) солнечной радиации, поступающей на поверхность стены и покрытия, .

, коэффициент, учитывающий наличие в конструкции воздушной прослойки (при отсутствии прослойки = 1, при наличии ее = 0,6).

, коэффициенты, учитывающий гармоническое изменение температуры наружного воздуха, равны один, что соответствует максимальному поступлению теплоты, для каждого часа суток соответственно при (;) где:

- запаздывание температурных колебаний в ограждении.

- время максимума суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации.

, площадь ограждающей конструкции

, амплитуда суточных колебаний суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной), , определяется по формуле:

Где: ,, максимальное и среднесуточное значение суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной), поступающей на наружное ограждение.

Эта методика, принятая по СНиП 23-02-2003 и СНиП 2.04.05-91, вполне применима и для условий Палестины.

Расчеты произведены по методике профессора В.Н. Богословского.

В четвертой главе проведен анализ ограждающих конструкций стен и покрытий, традиционных для Палестины, и предложения по применению теплоизоляции в этих конструкциях.

Исследования рассмотренных - в главе 3 - вариантов традиционных ограждающих конструкций стен и покрытия, принимаемые в практике строительства Палестины, показывает, что все варианты не удовлетворяют требованиям, предъявляемым СНиП П-3-79* (98) (строительная теплотехника) и СНиП 23-02-2003 (тепловая защита зданий), даже по гигиеническим условиям, для зимнего периода.

Основываясь на опыте проектирования ограждающих конструкций в России, предлагаются следующие варианты конструктивных решений стен и покрытий с использованием эффективной теплоизоляции для условий Палестины, чтобы обеспечить требования, предъявляемые СНиП по гигиеническим условиям в зимний период и по теплоустойчивости в летний период, (Рис. 6).

Схемы конструкций стен и покрытий, рекомендуемые для современного строительства Палестины с использованием эффективного утеплителя

Рис. 6

1-цементно-песчаная штукатурка 2- бетон 3- утеплитель (минеральный войлок типа ROCKWOOL) 4- известковый камень 5- прессованный пустотный кирпич

Все варианты рекомендуемых ограждающих конструкций для условий жаркого климата Палестины превышают требования, предъявляемые СНиП по гигиеническим условиям, для зимнего периода.

Расчет конструкций стен и покрытий на теплоустойчивость показал, что все конструкции, рассчитанные на зимние условия имеют амплитуду колебаний на внутренних поверхностях меньше, чем требуемая.

Требуемое значение амплитуды колебаний на внутренней поверхности согласно СНиП составляет:

=2,5-0,1(31,3-21) = 1,47 °C

Для того, чтобы максимальная температура внутренней поверхности стены имела бы место во время, когда снаружи имеет место минимальная температура воздуха надо, чтобы =26-16 = 10 часов.

Для того, чтобы задержка составила бы 10 часов решим уравнение с использованием приближенной формулы:

=10

Отсюда = 3,85.

Все конструкции, рекомендуемые для современного строительства зданий Палестины обеспечивают требуемые запаздывания амплитуды колебаний температуры на внутренней поверхности конструкции, что было связано с увеличением толщины утеплителя, которое позволило довести время сдвига фаз колебаний до требуемого.

Расход энергии на отопление и на охлаждение: Для более эффективной оценки применения предлагаемых ограждающих конструкций с использованием эффективного утеплителя в условиях жаркого климата Палестины, проведем теплотехнический расчет для определения расхода энергии на отопление и на охлаждение до и после применения новых ограждающих конструкций, расчет будем вести для части жилого здания (угловая комната), (Рис. 7).

Рис. 7: Фрагмент плана типового этажа для расчета расхода энергии для помещения [X]. Здания находится в г. Иерихон (широта 32? с.ш.)

Для проведения расчета мы будем использовать традиционные и рекомендуемые конструкции стен и покрытия.

Экономия расхода энергии на отопление при применении рекомендуемых конструкций Таблица 4

Экономию расхода энергии на охлаждение при применении рекомендуемых конструкций для рассмотренного примера можно оценить с помощью полученных результатов и графиков, (Рис. 8, 9, 10, 11).

Как показали расчеты, приведенные в диссертации, приближенно рассчитанная экономия электроэнергии на охлаждение (кондиционирование) воздуха в помещении (без учета работы кондиционера в остальные месяцы года, например май, сентябрь и др.) и экономия электроэнергии на отопление (декабрь, январь и февраль) позволит окупить затраты на утепление стен и покрытия за 2-3 года.

Однако главным положительным результатом предлагаемых мероприятий является повышение комфорта в жилых помещениях как в зимний, так и в летний период.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Климатическое районирование и анализ климатических параметров в различных районах Палестины позволили составить таблицы климатических данных, необходимых для расчета ограждающих конструкций по требуемому сопротивлению теплопередачи в зимних условиях, на теплоустойчивость. Эти таблицы могут быть положены в основу теплотехнического нормирования ограждающих конструкций в Палестине.

2. Анализ традиционного опыта строительства жилья в Палестине, арабских странах и в Средней Азии показал, что при современном многоэтажном строительстве, целесообразном в Палестине по демографическим, экономическим и другим условиям, наиболее перспективными для региона Сектора Газа являются планировки с большими открытыми помещениями и со сквозным проветриванием. В районах Западного берега реки Иордан целесообразна замкнутая система планировки с проветриванием через внутренние шахты и атриумы. Этого требует защита от пыльных и песчаных бурь и сухих ветров.

3. Проведенные исследования показали, что конструкции стен и покрытий, используемых в практике строительства в Палестине, не удовлетворяют требованиям, предъявляемых СНиП П-3-79* (98) и СНиП 23-02-2003 «Теплозащита зданий», по гигиеническим условиям, для зимнего периода и по теплоустойчивость.