§ 2. Особенности теплотехнических расчетов

Одним из основных факторов, определяющих санитарно-гигиенические условия в отапливаемых помещениях ("внутренний климат"), являются теплотехнические свойства ограждающих конструкций: термическое сопротивление, температурно-влажностный режим и сопротивление воздухопроницаемости.

Показатели сопротивления теплопередаче и воздухопроницаемости определяются по формулам, приведенным в СНиП, в зависимости от назначения и вида ограждающей конструкции, положения ее по отношению к наружному воздуху, показателя тепловой инерции ограждения и климатологических показателей внешней и внутренней среды (табл. II-1-II-4). В табл. II-5 приведены требуемые сопротивления теплопередаче и воздухопроницаемости для различных ограждений конструкций жилых зданий, подсчитанные по СНиП для четырех климатических зон. Термическое сопротивление R^тр₀ перекрытий над подпольем подсчитано с коэффициентом n = 0,75, как для перекрытия над "холодным" подпольем.

Таблица II-5. Требуемые сопротивления теплопередаче и воздухопроницаемость для ограждающих конструкций жилых зданий

Примечания:

1. Сопротивления подсчитаны по климатическим данным табл II-4.
2. Термические сопротивления перекрытий над открытыми продуваемыми подпольями следует увеличивать на 25 %.
3. Внутренняя темпера тура жилых помещений принята равной 20 °С.
4. Д - показатель тепловой инерции; m - коэффициент, зависящий от показателя тепловой инерции; R₀^тр требуемое термическое сопротивление в м²ч. град/мал; R^тр_ои - требуемое сопротивление воздухопроницаемости всей толщи ограждения в м²мм вод. ст. ч/кг, R^тр_1/4и - требуемое сопротивление воздухопроницанию наружной части ограждения толщиной до ¹/₄ его толщины в м²мм. вод. ст. ч/кг.

Расчет на паропроницаемость производится с целью определения температурно-влажностного режима, в ограждающих конструкциях; их чрезмерное увлажнение вследствие конденсации водяного пара, содержащегося во внутреннем воздухе, приводит не только к ухудшению санитарно-гигиенических условий в здании, но и к сокращению срока службы самого ограждения. В специальной литературе приводятся два метода расчета: при стационарных условиях диффузии водяного пара и при нестационарных. Второй метод, называемый также методом последовательного увлажнения, отличается большой трудоемкостью, поэтому возможность применения его в проектировании ограничена.

Метод расчета влажностного режима ограждений при стационарных условиях диффузии водяного пара является приближенным, но он прост и дает возможность судить о том, будет ли ограждение гарантировано от конденсации в нем влаги. Оценивая результаты такого расчета с точки зрения влажностным показателей ограждения, можно считать:

• вполне удовлетворительными ограждения, в которых в течение холодного периода года влага не конденсируется;
• удовлетворительными ограждения, в которых за теплое время года успевает испариться вся влага, накопившаяся в течение холодного периода;
• неудовлетворительными ограждения, в которых количество влаги, испаряющееся за теплое время года, менее количества конденсата, образовавшегося в течение холодного периода.

В последнем случае конструкция ограждения не всегда будет увлажняться в нарастающей степени, так как увеличение соотношения влажностей ограждения и воздуха, создавшееся в первом году, может вызвать увеличение интенсивности высыхания ограждения во второе лето и т. п. Таким образом, результаты расчета влажностного режима ограждающих конструкций при стационарных условиях содержат некоторый запас надежности, размер которого можно определить лишь по мере накопления данных исследований.

В приводимых ниже расчетах приняты следующие обозначения:

t_В - температура воздуха внутри помещения в °С;

φ_В - относительная влажность воздуха внутри помещения в %;

Е_В - максимальная упругость водяного пара внутри помещения в мм рт. ст.;

е_В - фактическая упругость водяного пара внутри помещения в мм рт. ст.;

t₃ - расчетная температура наружного воздуха за холодный период года в °С;

φ₃ - расчетная относительная влажность воздуха в %;

Е₃ - максимальная упругость водяного пара, соответствующая температуре t, в мм рт. ст.;

е₃ - расчетная упругость водяного пара, равная ^E₃φ₃/₁₀₀ в мм рт. ст.;

z₃- продолжительность холодного периода в ч;

t_Л - расчетная температура наружного воздуха за теплый период года в °С;

φ_Л - относительная влажность в %;

Е_Л - максимальная упругость водяного пара, соответствующая температуре t_Л в мм рт. ст.;

е_Л - расчетная упругость водяного пара, равная ^E_Лφ_Л/₁₀₀, мм рт. ст.;

z_Л - продолжительность летнего периода в ч;

τ₀, τ₁, ... - температуры ограждения в плоскостях 0,1 и т. д. в °С;

δ_0-1; δ_1-2, ... - толщины слоев 0-1, 1-2 и т. д. в м;

λ_0-1, λ_1-2, ... - коэффициенты теплопроводности материалов слоев 0-1, 1-2 и т. д. в ^ккал/_{м*ч*град};

S_0-1, S_1-2, ... - коэффициенты теплоусвоения материала слоев 0-1, 1-2 и т. д. в ^ккал/_{м²*ч*град};

μ_0-1, μ_1-2, ... - коэффициенты паропроницаемости материала слоев 0-1, 1-2 и т. д. в ^г/_{м*мм рт. ст. ч};

R₀^p - требуемое общее термическое сопротивление ограждающей конструкции в ^{м2*ч*град}/_ккал;

R₀ - общее расчетное термическое сопротивление ограждающей конструкции в ^{м2*ч*град}/_ккал;

R_В - сопротивление теплопереходу у внутренней поверхности ограждения в ^{м2*ч*град}/_ккал;

R_Н - то же, у наружной поверхности;

R_0-1, R_1-2, ... - термическое сопротивление слоев 0-1, 1-2 и т. д. в ^{м2*ч*град}/_ккал;

D - показатель тепловой инерции ограждения;

m - коэффициент, зависящий от степени тепловой инерции (массивности) ограждения;

v - расчетная скорость ветра за 3 холодных месяца в ^м/_сек;

R^тр_ои - требуемое общее сопротивление ограждения воздухопроницанию в ^{м2*мм вод. ст. ч}/_кг;

R_ои - общее расчетное сопротивление ограждения воздвухопроницанию в ^{м2*мм вод. ст. ч}/_кг;

R^тр_1/4и -требуемое сопротивление воздухопроницаемости наружной части ограждения толщиной до ¹/₄ всей его толщины в ^{м2*мм вод. ст. ч}/_кг;

R_1/4и - то же, расчетное сопротивление воздухопроницаемости;

R_ОП - общее расчетное сопротивление ограждения паропроницанию в ^{м2*мм рт. ст. ч}/_г;

R_ПВ - сопротивление паропереходу у внутренней поверхности ограждения в ^{м*мм рт. ст. ч}/_г;

R_ПН -то же, у наружной поверхности;

R_п0-1, R_п1-2, ... - сопротивление паропроницаемости слоев 0-1, 1-2 и т. д. в ^{м2*мм рт. ст. ч}/_г;

P₁ - количество водяного пара, проникающего в течение холодного периода из помещения к внутренней границе зоны конденсации, в ^г/_ч*м;

P₂ - количество водяного пара, проникающего в течение холодного периода от наружной границы зоны конденсации наружу, в ^г/_ч*м.

P_ω - количество водяного пара, конденсирующегося в ограждении в течение холодного периода, в ^г/_ч*м²;

P₁' - количество влаги, испаряющейся с внутренней границы зоны конденсации внутрь помещения в течение теплого периода, в ^г/_ч*м²;

P'₂ - количество влаги, испаряющейся с наружной границы зоны конденсации наружу;

P"₁ - количество влаги, испаряющейся из середины зоны конденсации внутрь;

P"₂ - количество влаги, испаряющейся из середины зоны конденсации наружу;

P_выс - среднее количество влаги, испаряющейся из ограждения в течение теплого периода в ^г/_ч*м²;

W - общее количество влаги образующейся в ограждении за весь холодный период, в ^г/_м²;

P - общее количество влаги, испаряющейся из ограждения за весь теплый период, в ^г/_м²;

γ - объемный вес материала в ^кг/_м³.

Таблица II-6. Данные для расчетов на паропроницаемость

Исходные данные, зависящие от климатических условий, для расчетов на паропроницаемость могут приниматься по табл. II-6. При подсчете показателей этой таблицы продолжительности холодного и теплого периодов приняты условно по следующему признаку: месяцы, для которых средняя температура - 10°С и ниже (вызывающая в массивном однослойном ограждении конденсацию водяного пара), отнесены к холодному периоду, прочие - к теплому. Средние за период температуры и относительные влажности приняты как среднеарифметическое из соответствующих среднемесячных показателей табл. II-4.

Расчетные физические показатели материалов (γ; λ; S; μ), сопротивления теплопереходу (R_В; R_Н), значения коэффициентов (m, n), температурный перепад Δt^H, сопротивления материалов воздухопроницаемости и паропроницаемости слоев и покрытий принимаются по СНиП, а значения максимальной упругости водяного пара для различных температур - по таблице значений Е для различных температур [15].

Таблица II-7. Конструктивные слои стены к примеру теплотехнического расчета ограждения

Пример. Определим толщину стены жилого дома из шлакобетонных блоков на легком растворе в условиях IV климатической зоны и проверим ее на воздухопроницаемость и паропроницаемость, учитывая внутренний и наружный отделочные слои. Внутренняя температура t_В = 20°С, влажность φ_в = 55 %. Конструкция стены показана на рис. II-51, а физические показатели слоев приведены в табл. II-7.

Рис. II-51. Графическая, часть расчета стены по паропроницанию

Расчет по термическому сопротивлению;

Предположим, что коэффициент m = 1.

Принимаем толщину шлакоблочного слоя стены δ_3-4 равной 90 см.

Следовательно, коэффициент m = 1 принят правильно.

Расчет по сопротивлению воздухопроницаемости

Числовые значения сопротивлений воздухопроницаемости отдельных слоев приняты по СНиП с приведением к фактической толщине слоев и их составу.

Расчет по сопротивлению паропроницаемости (по К. Ф. Фокину)

Сопротивления паропроницаемости отдельных слоев стены последовательно откладываются на миллиметровой бумаге в масштабе 1 ^{м2* мм рт. ст. ч}/_г ~ 1 мм и через граничные точки (0, 1, 2, 3,4 и 5) проводятся вертикальные линии. В результате такого построения получается расчетная схема стены (вертикальное сечение), вычерченная в масштабе сопротивления паропроницаемости и являющаяся основой для наложения на нее графической части расчета, как показано на рис. II-51.

Исходные данные, характеризующие стационарные условия холодного периода:

Падение температуры в стене изнутри наружу, приходящееся на единицу термического сопротивления:

Промежуточные температуры на границах конструктивных слоев, стены:

В верхней части рис. II-51 нанесена линия падения температуры в масштабе 1°~1 мм, состоящая из отрезков прямых в границах каждого одно-родного слоя. Выполнение чертежа на миллиметровой бумаге дает возможность непосредственного прочтения температуры в любой плоскости стены, пользуясь шкалой, нанесенной слева. В пределах слоя шлакоблочной кладки (3-4) на пересечениях жирных линий миллиметровой сетки с линией падения температуры прочитываются и записываются промежуточные температуры.

По таблице максимальной упругости водяного пара для всех промежуточных температур выписываются значения τ и в масштабе 1 мм рт. ст. ~ 10 мм на рис. II-51 вычерчивается линия падения максимального давления водяного пара в стене

В том же масштабе наносится вспомогательная линия падения фактического давления водяного пара е. Эта линия представляет собой прямую, соединяющую точки е_в и е₃, так как разнородные слои стены вычерчены в масштабе сопротивления паропроницаемости.

Если бы линия падения Е не пересекалась с линией падения е, то это указывало бы на отсутствие конденсации водяных паров в стене, и конструкцию можно было бы считать вполне удовлетворительной. В данном случае линии Е и е на рис. II-51 пересекаются, что указывает на возможность образования конденсата.

Действительная линия падения давления водяного пара в стене пройдет по касательным из точек е_в и е₃ к линии падения Е и по отрезку линии падения Е, заключенному между точками касания а' и а". Вертикальные плоскости проведенные через точки а' и а", выделяют зону конденсации, в пределах которой фактическое давление водяного пара достигло максимального значения, следствием чего и явилось выпадение конденсата.

Сопротивление паропроницаемости слоев, отделяющих левую границу зоны конденсации от внутренней среды (по масштабу на рис. II-51), R_П(в-а') = 40 00 ^{мм2*мм т. ст. ч}/_г; для слоев, отделяющих правую границу от наружной среды R_П(а"-н) = 14,15 ^{м2*мм рт. ст. ч}/_г. Давления водяного пара на левой границе зоны конденсации е_а' = 3,00 мм рт. ст. и на правой е_а" = 0,53 мм рт. ст.

Количество водяного пара, проникающего из помещения к левой границе зоны конденсации,

Количество водяного пара, проникающего от правой границы зоны конденсации наружу,

Количество конденсата, выпадающего в ограждении за 1 ч,

Общее количество конденсата, образующегося в ограждении за весь холодный период,

Исходные данные, характеризующие стационарные условия теплого периода,

Падение температуры в ограждении, приходящееся на единицу термического сопротивления,

Толщина слоя шлакоблочной кладки, заключенной между плоскостями 3 и а',

где

То же, между плоскостями 3 и а":

Температуры в зоне конденсации, соответствующие теплому периоду,

С наступлением летнего периода в зоне конденсации фактические давления водяного пара е также равны максимальным значениям Е; так же, как и для зимнего периода, их величины устанавливаются по таблице значений максимальной упругости в зависимости от летних температур:

По этим данным на рис. II-51 нанесены две линии падения е, соответствующие двум крайним стадиям испарения влаги из зоны конденсации: для начальной стадии - от ее границ и для конечной стадии - от ее середины.

Количество влаги, испаряющейся с левой границы зоны конденсации внутрь помещения,

То же с правой границы наружу:

То же, из середины зоны конденсации внутрь помещения:

То же, наружу:

Среднее количество влаги, испаряющейся за 1 ч,

Общее количество влаги, испаряющейся за весь теплый период,

Из сравнения результатов расчета за холодный и теплый периоды видно, что P = 756 ^г/_м² > W = 717 ^г/_м², т. е. количество влаги, которое может испариться за теплое время года, превышает количество конденсата, образующегося в течение холодного периода. Это указывает на удовлетворительное решение стены с точки зрения ее влажностного режима.

Трос чалка http://komplektacya.ru/gruzopodjemnoe-oborudovanie/stropy-gruzovye/universalnye-kanatnye/