Лекція № 6. Теплофізичні розрахунки огороджувань

 

Навчальна мета: ознайомитися з методами теплофізичного розрахунку, а саме: розрахунком опору теплопередачі, теплостійкості, повітропроникності.

Час: 70 хвилин.

Метод: лекція.

Місце: навчальна аудиторія.

Навчальні питання:

1. 20 хв.

2. 20 хв.

3. 20 хв.

4. Заключна частина – 10 хв. (підсумок лекції, відповіді на запитання).

Матеріально-технічне забезпечення: схеми, рисунки, збірники задач та матеріалів.

Джерела та література:

Л – 2, 3, 6.

План

6.1. Розрахунок опору теплопередачі.

6.2. Розрахунок теплостійкості.

6.3. Розрахунок повітропроникності.

6.1. Розрахунок опору теплопередачі

Теплозахисна властивість теплофізичних однорідних захисних конструкцій при постійному сталому тепловому потоці характеризується необхідною величиною опору R ₀, який має бути рівним або перевищувати нормований. Чисельне значення R ₀ знаходиться з рівняння:

, 

де n – коефіцієнт, залежний від положення зовнішньої поверхні захисної конструкції по відношенню до зовнішнього повітря (береться з таблиці 1 ДБН·ІІ-А.7-71 "Будівельна теплотехніка").

Основний параметр гігієнічного характеру – різниця температур між температурою повітря в приміщенні та температурою внутрішньої поверхні огороджування τ_в, тобто t_в ·–· τ_в. =·Δ t_i. Опір теплопередачі збільшується при зменшенні цієї різниці. Тому вибір параметра t_в ·–· τ_в пов'язаний з економічністю конструктивного рішення огороджування. Нормовані значення різниці температур Δ t_i для різних приміщень приводяться в табл. 6.1.

 

 

Таблиця 6.1

Нормовані значення Δt_i

Найменування основних приміщень	Δ ti,°C, не більше
	для зовнішніх стін не більше	для покриття горищних перекриттів не більше
Житлові приміщення, а також приміщення громадських будівель (лікарні, дитячі сади) Приміщення поліклінік і шкіл	6	4,5
Приміщення адміністративних будівель (кабінети, конструкторські бюро та ін.)	7	5,5
Виробничі опалювальні приміщення з розрахунковою відносною вологістю внутрішнього повітря: менше 50% більш (від 50 до 60%) Приміщення з розрахунковою відносною вологістю внутрішнього повітря вище 60%, в яких не допускається конденсація вологи: на поверхні стін і стель на поверхні стель	10 8     tв–tp 7	8 7     tв-tр-1 tв-tp-0,5

 

Примітка. Температурний перепад між розрахунковою температурою повітря і температурою поверхні підлоги Δ t_i слід приймати рівним: 2°С для підлог житлових будівель, лікарень, дитячих садів, ясел; 2,5°С для підлог громадських будівель, окрім вказаних вище, а також виробничих будівель.

 

В опалювальних приміщеннях з підвищеною вологістю повітря температура на поверхні огороджувань і конструкцій не повинна перевищувати температуру точки роси, тобто температуру τ_р, при якій водяна пара, що міститься в повітрі, має відносну вологість 100% (межа насичення). В цьому випадку в приміщенні не утворюється конденсації вологи.

У випадках, коли опалювальне приміщення відділяється стіною або холодним горищем, до розрахункової різниці температур (t_в ·–· t_з) вводиться поправка множенням на коефіцієнт n ·=·0,9 для горищних перекриттів і на 0,75 для перекриттів над холодними непровітрюваними підпільними просторами.

6.2. Розрахунок теплостійкості

Коливання температури внутрішньої поверхні стін і покриттів виникають в основному в результаті зміни температури зовнішнього повітря. Властивість огороджування зберігати постійність або обмежувати коливання температури на внутрішніх поверхнях називають теплостійкістю. Теплостійкість характеризує міру загасання температурних коливань у товщі огороджування при проходженні через нього теплового потоку. Від теплостійкості залежить постійність температури в приміщенні.

У будівлях огороджування, що зводяться, зазвичай мають невелику товщину, тому коливання температури не загасають у товщі огороджування і значною мірою передаються із зовнішньої поверхні на внутрішню. Число періодичних теплових хвиль, розташованих у товщі огороджування, визначається безрозмірною величиною D, що називається показником теплової інерції огороджування. Останні при однаковому опорі теплопередачі можуть мати різну теплову інерцію, тобто властивість у різній мірі сприймати тепло при періодичному коливанні температури зовнішнього повітря. Теплова інерція – міра інтенсивності загасання коливань температури всередині теплофізичної однорідної конструкції огороджування представляє твір термічного опору на коефіцієнт засвоєння тепла s, тобто

D ·=· R·s.

Коефіцієнт засвоєння тепла є зміною теплового потоку на поверхні огороджування при амплітуді коливання температури цієї поверхні, рівній 1^оС. За своїм фізичним змістом цей коефіцієнт є коефіцієнтом теплообміну при передачі через огороджування періодичних теплових дій теплопровідністю. Коефіцієнт засвоєння тепла (як і будь-який інший коефіцієнт теплообміну) виражається в Вт/(м²·К). Чисельне значення цього коефіцієнта залежить від періоду коливання температури. При теплофізичних розрахунках огороджувань, які сприймають добові коливання температури зовнішнього повітря, період приймається рівним 24 години. Коефіцієнти засвоєння тепла для товстих конструктивних шарів приводяться в ДБН·ІІ-А·7-71.

Захисні конструкції вважаються легкими при D ·=·<·4; середньої масивності при 4·<·D·=·<·7 і масивними при D·>·7.

Для багатошарових огороджувань показник теплової інерції знаходиться за наближеною формулою:

,,

де R ₁, R ₂,.., R_n – термічний опір окремих шарів огороджування; s ₁, s ₂,… s_n – коефіцієнти засвоєння тепла матеріалу окремих шарів огороджування.

На коефіцієнт засвоєння тепла поверхні огороджування вирішальний вплив робить матеріал, розташований у шарі різких коливань, який безпосередньо прилягає до зовнішньої поверхні огороджування. Товщина шару різких коливань визначається тим, що показник теплової інерції цього шару дорівнює 1, тобто

^.

З цього рівняння, знаючи λ, можна знайти товщину шару різких коливань. Проте цей спосіб визначення шару різких коливань застосовується тільки для однорідних огороджувань (наприклад, для стін шлакобетонних, цегляних і т.п.). Для цього виду огороджування товщина шару різких коливань обчислюється як

. 

При визначенні коефіцієнта засвоєння тепла поверхні огороджування в багатошарових конструкціях, коли шар різких коливань температури поширюється на суміжний, другий шар матеріалу, користуються формулою:

,

де R ₁ – термічний опір першого шару матеріалу; s ₁, s ₂ – коефіцієнти засвоєння тепла відповідно першого та другого шарів огороджування; s_п – коефіцієнт засвоєння тепла поверхні огороджування.

Достатня теплостійкість приміщення, тобто відносна постійність у ньому температури, може бути забезпечена і при легких панелях. Проте показник теплової інерції легких огороджувань завжди менший, ніж масивних. У зв’язку з цим ДБН·II-A.7-71 "Будівельна теплотехніка" рекомендує опір теплопередачі легких огороджувань з D ·=·2,1 збільшувати на 30%.

Розрахунки багатошарових огороджувань показують, що більше загасання температури на внутрішній поверхні огороджування спостерігається у разі, коли матеріал з високим коефіцієнтом засвоєння тепла розташовується з внутрішньої сторони огороджування. При розрахунках літнього прогрівання коефіцієнти засвоєння тепла визначаються для зовнішніх поверхонь усіх шарів огороджування. Нумерація шарів ведеться від внутрішньої поверхні огороджування. Обчислення коефіцієнта засвоєння тепла починається з поверхні першого шару, оберненого в приміщення. Найбільш слабкою частиною огороджування в теплофізичному відношенні є скління.

Згідно з ДБН·ІІ-А.7-71, необхідний опір теплопередачі R ₀ вікон і ліхтарів залежно від різниці температур внутрішнього і зовнішнього повітря приводиться в табл. 6.2.

 

 

Таблиця 6.2