Расчет теплоустойчивости наружных ограждений в теплый период

Проверка наружных ограждений на теплоустойчивость осуществляется в районах со среднемесячной температурой воздуха в июле 21°С и выше. Установлено, что колебания температуры наружного воздуха А_tн, °С, происходят циклически, подчиняются закону синусоиды (рисунок 6) и вызывают, в свою очередь, колебания фактической температуры на внутренней поверхности ограждения , которые также протекают гармонически по закону синусоиды (рисунок 7).

Теплоустойчивость – это свойство ограждения сохранять относительное постоянство температуры на внутренней поверхности τ_в, °С, при колебаниях внешних тепловых воздействий , °С, и обеспечивать комфортные условия в помещении. По мере удаления от наружной поверхности амплитуда колебаний температуры в толще ограждения, А_τ, °С, уменьшается, главным образом, в толще слоя, ближайшего к наружному воздуху. Этот слой толщиной δ_рк, м, называется слоем резких колебаний температуры А_τ, °С.

Рисунок 6 – Колебания тепловых потоков и температур на поверхности ограждения

Рисунок 7 – Затухание температурных колебаний в ограждении

Проверку на теплоустойчивость осуществляют для горизонтальных (покрытия) и вертикальных (стены) ограждений. Вначале устанавливают допустимую (требуемую) амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности наружных ограждений с учётом санитарно-гигиенических требований по выражению:

, (19)

где t_нл − среднемесячная температура наружного воздуха за июль (летний месяц), °С, [1, таблица 2, графа 5].

Эти колебания происходят вследствие колебаний расчетных температур наружного воздуха , °С, определяемых по формуле:

, (20)

где А_tн − максимальная амплитуда суточных колебаний наружного воздуха за июль, °С, [1, таблица 3, графа 8];

ρ − коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности (таблица 14);

I_max, I_ср − соответственно максимальное и среднее значения суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной), Вт/м³, принимаемые:

а) для наружных стен − как для вертикальных поверхностей западной ориентации [1, таблица 5];

б) для покрытий − как для горизонтальной поверхности [1, таблица 4];

α_н − коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждения при летних условиях, Вт/(м²·°С), равный

, (21)

где υ − максимальная из средних скоростей ветра за июль, но не менее 1 м/с [9, приложение 4].

Таблица 14 – Коэффициент поглощения солнечной радиации ρ

Материал наружной поверхности ограждения	Коэффициент  поглощения ρ
Бетоны	0,7
Защитный слой рулонной кровли из светлого гравия	0,65
Кирпич глиняный красный	0,7
Кирпич силикатный	0,6
Облицовка природным камнем (белым)	0,45
Штукатурка известковая темно-серая	0,7
Штукатурка цементная светло-голубая	0,3
Штукатурка цементная темно-зеленая	0,6
Штукатурка цементная кремовая	0,4

Величина фактических колебаний на внутренней плоскости , °С, будет зависеть от свойств материала, характеризуемых значениями D, S, R, Y, α_н и способствующих затуханию амплитуды  колебаний температуры в толще ограждения А_t. Коэффициент затухания определяют по формуле:

(22)

где D − тепловая инерция ограждающей конструкции, определяемая по формуле ΣD_i = ΣR_i ·S_i;

e = 2,718 − основание натурального логарифма;

S₁, S₂, …, S_n − расчётные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждения (приложение А, таблица А.3) или таблица 4;

α_в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/(м²·°С) (таблица 8);

α_н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, Вт/(м²·°С), определяется по формуле (21);

Y₁, Y₂,…, Y_n − коэффициент теплоусвоения материала наружной поверхности отдельных слоев ограждения, определяемый по формулам (23 ÷ 26).

,

где δ_i – толщина отдельных слоев ограждающей конструкции, м;

λ_i – коэффициент теплопроводности отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/(м·°С) (приложение А, таблица А.2).

Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности Y, Вт/(м²·°С), отдельного слоя зависит от значения его тепловой инерции и определяется при расчёте, начиная с первого слоя от внутренней поверхности помещения – к наружной.

Если первый слой имеет D_i ≥1, то коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя Y₁ следует принимать

Y₁ = S₁. (23)

Если первый слой имеет D_i < 1, то коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя следует определить расчетом для всех слоев ограждающей конструкции, начиная с первого слоя:

для первого слоя ; (24)

для второго слоя ; (25)

для n-го слоя , (26)

где R₁, R₂,…, R_n – термическое сопротивления 1, 2 и n-го слоев ограждения, (м²·°С)/Вт, определяемое по формуле ;

α_в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/(м²·°С) (таблица 8);

По известным значениям и определяют фактическую амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции , °C,

. (27)

Ограждающая конструкция будет отвечать требованиям теплоустойчивости, если выполняется условие

(28)

В этом случае ограждающая конструкция обеспечивает комфортные условия помещения, защищая от воздействия внешних колебаний теплоты. Если , то ограждающая конструкция является нетеплоустойчивой, тогда необходимо принять для наружных слоев (ближе к наружному воздуху) материал с большим коэффициентом теплоусвоения S, Вт/(м²·°С).

Дата добавления: 2015-07-25