Расчет теплоустойчивости ограждающей конструкции для летнего периода года

Рассмотрим инженерный метод расчёта теплоустойчивости многослойного ограждения, состоящего из нескольких однородных слоёв

(рис. 5.1), выполняемый в соответствии со СНиП II-3-79*[1].

Рис. 5.1 Затухание температурных колебаний в ограждении

Цель расчета - определение амплитуды колебания температуры на внутренней поверхности ограждения (рис.5.2) и сравнение её с требуемой амплитудой колебания по условию ; при необходимости - наметить меры уменьшения действительной амплитуды колебания температуры на внутренней поверхности стены.

Требуемую амплитуду колебания температуры внутренней по­верхности ограждения определяют по формуле, °С:

для районов со среднемесячной температурой июля t_н (УП)=21°С и выше

 

(5.4)

;

для районов с температурой t_н (УП)<21°С

	(5.5)

°С.

 

Рис. 5.2 Распределение температур в толще
трёхслойной наружной стены

 

Амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ограждения следует определять по формуле

 

(5.6)

,

где - расчетная амплитуда колебаний температуры на­ружного воздуха, °С; - величина затухания расчетной амплитуды в ограждающей конструкции.

Порядок расчета следующий:

1) Значение определяют по формуле

(5.7)

;

2) - максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха в июле (по приложению 7),

3) - коэффициент поглощения солнечной радиации мате­риалом наружной поверхности ограждения;

4) I_max и I_ср - соответственно максимальное и среднее значения суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной), принимаемые по приложению 7, Вт/м².

5) - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения для летних условий, Вт/(м²·К), определяют по формуле

 

(5.8)

,

 

где - минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль –месяц, принимают по исходным данным прил. 7, но не менее 1 м/с.

 

Порядок расчета следующий

6) Показатель сквозного затухания колебаний температуры определяют по формуле

(5.9)

;

7) e=2,718 - основание натуральных логарифмов;

8) S₁, S₂, S₃ - расчетные коэффициенты теплоусвоения ма­териала отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/м^2. К, при­нимаемые по исходным данным прил. 8;

(5.10)

9) Тепловая инерция ограждающей конструкции, определяемая по формуле

;

10) - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверх­ности ограждения, Вт/(м² • К);

11) Коэффициент определяют по формуле (5.8);

12) Y₁ - коэффициент теплоусвоения наружной поверхности первого слоя (поверхность I-I на рис. 5.2), Вт/м²·К, прини­мается в зависимости от тепловой инерции первого слоя D₁=R₁S₁ по условию:

(5.11)

если , коэффициент Y₁ принимают равным коэф­фициенту теплоусвоения материала слоя S₁, т.е,

Y₁=S₁;

если , коэффициент теплоусвоения следует опреде­лять расчетом по формуле для первого слоя

 

(5.12)

,

 

S₁ – по прил. 8; – см. п. 10 расчета;

13) Y₂ – коэффициент теплоусвоения наружной поверх­ности второго слоя (поверхность П-П на рис.5.2), Вт/м²·К, принимают в зависимости от величины D₂=R₂S₂, соблюдая ус­ловия, указанные в п.12:

если , то Y₂=S₂;

если , то

(5.13)

 

где S₂ – по прил. 8; Y₁ – по п. 12;

14. Y₃ – коэффициент теплоусвоения наружной поверхности третьего слоя (см.рис.5.2), определяют аналогично коэффициенту Y₂ (см.п.13) по двум условиям в зависимости от D₃=R₃S₃:

если , то Y₃=S₃;

если , то

(5.14)

,

 

где S₃ – по исходным данным прил. 8; Y₂ – по п.13.

Подставив величины, определенные в пп.6 ÷ 14 в формулу (5.9), получают значение .

Полученные значения (п.1) и (п.6) позволяют найти из выражения (5.6) величину амплитуды колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции A_tвп, которую затем сравнивают с требуемой величиной определенной по формуле (5.4) или (5.5). Если результат удовлетворительный. Если , необходимо повысить теплоустойчивость ограждения, что можно осуществить без изменения его толщины за счет уменьшения коэффициента погло­щения солнечной радиации материалом его наружной поверхности. Для этого необходимо наружную поверхность ограждения покрыть штукатуркой светлых тонов (см.прил.5). В таком случае следует вы­полнить пересчет расчетной амплитуды колебаний температур наруж­ного воздуха, определить новое значение и сопоставить его с .

Тренировочные задания

Задание 4. Проверить теплозащитные свойства теплоустойчивости наружной стены жилого дома для летнего режима (район строительства – г. Киев).

Исходные данные

Конструктивные размеры стены принимаем по прил. 13.

Толщины слоёв: = 0,04 м; = 0,12 м; = 0,10 м.

Коэффициенты теплоусвоения материалов слоёв Вт/(м^2. К) и коэффициенты теплопроводности, λ Вт/(м ^. К), принимаем по прил. 8:

S₁ = 17,88; S₂ = 1,95; S₃ = 17,88;

= 1,86; = 0,13; = 1,86.

Материалы слоёв: внутренний – из бетона = 2400 кг/м³; утеплитель - газобетон = 300 кг/м³; наружный слой из того же бетона, что и внутренний.

Необходимые климатические характеристики района строительств выписываем из прил. 7: = 1,0 м/с; I_max = 601 Вт/м²; I_ср= 174 Вт/м²; А_tн = 18,4 ^оС; t_н(VII) 19,8 ^оС.

Коэффициент поглощения солнечной радиации наружным бетонным слоем равен = 0,7 (прил. 5).

Порядок расчета

1. Находим коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения для летних условий по формуле (5.8):

;

здесь при табличном значении υ = 0 м/с принимаем υ = 1,0 м/с.

2. Определяем расчетную амплитуду колебаний температуры наружного воздуха по формуле (5.7):

.

3. Определим термическое сопротивление слоёв ограждения по формуле (4.3)

4. Находим тепловую инерцию слоев ограждения по формуле (5.10):

;

;

5. Вычисляем коэффициенты теплоусвоения наружных поверхностей слоев ограждения:

первого слоя при D₁ < 1 по формуле (5.12)

;

второго слоя при D₂ > 1

;

третьего слоя при D₃ < 1 по формуле (5.14)

.

6. Тепловая инерция ограждения равна

D = D₁ + D₂ + D₃ = 0,38 + 1,8 + 0,96 = 3,14.

7. Определяем величину затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха по формуле (5.9):

7. Находим амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности стены по формуле (5.6)

.

8. Находим требуемую величину амплитуды колебаний температуры внутренней поверхности стены. Поскольку средняя температура наружного воздуха за июль t_н(VII) = 19,8⁰С < 21⁰С, принимаем в соответствии со СНиП II-3-79^* [1]

.

9. Из сравнения следует, что ограждение удовлетворяет требованию теплоустойчивости для летнего режима.

 

ТЕСТЫ

1. Согласно теории теплоустойчивости тепловой поток через ограждения в летний период изменяется:

а) по линейному закону;

б) по квадратичному закону;

в) по закону гармонических колебаний;

г) по экспоненциальному закону;

д) по гиперболическому закону.

 

2. Коэффициент теплоусвоение материала ограждения имеет размерность:

а) Вт/(м ^. К); б) (м^2. К)/Вт; в) Вт/(м^2.К); г) д) .

 

3. Тепловая иннерция ограждающей конструкцией зависти от:

а) температуры и влажности;

б) термического сопротивления и коэффициента теплоусвоения;

в) скорости воздуха и упругости водяных паров;

г) теплоемкости и вязкости воздуха;

д) паропроницаемости и воздухопроницаемости материала.

4.Расчётная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха равна = 22,7 ^оС; показатель сквозного затухания температуры в ограждении ν= 12,3. Амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждения равна:

а) 1 ^оС; б) 1,85 ^оС; в) 5 ^оС; г) 3,25 ^оС; д) 0,5 ^оС.

 

5. Термическое сопротивление материала ограждения равна R=2,1 (м^2. К)/Вт, коэффициент теплоусвоения S= 1,68 Вт/(м^2. К). Тепловая инерция ограждения равно:

а) 3,53; б) 1,92; в) 0,85; г) 4,57; д) 7,28.

 

6. Требуемая амплитуда колебаний температуры внутренний поверхности ограждения = 2,5 ^оС. При какой величине расчётной амплитуды колебаний температуры внутренней поверхности ограждение будет удовлетворять требованиям теплоустойчивости?

а) 3,5 ^оС; б) 1,8 ^оС; в)4,5 ^оС; г) 3 ^оС.

Контрольные вопросы

1.Что называется теплоусвоением?

2. От каких факторов зависит коэффициент теплоусвоения материала?

3. Что определяет коэффициент теплоусвоения материала S? Назовите его размерность.

4. Что характеризует коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя ограждения Y _i и как он определяется?

5. Как определить величину показателя тепловой инерции ограждения?

6. По какому закону изменяется температура наружного воздуха и тепловой поток в ограждении в летний период времени?

7. Что называется теплоустойчивостью наружного ограждения? Для какого периода года она рассчитывается?

8. От чего зависит расчётная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха и как она определяется?

9. Как рассчитывается величина затухания расчётной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в ограждении?

10. Определите расчётную величину амплитуды колебаний температуры внутренней поверхности ограждения.

11. Сформулируйте условие соответствия наружной стены требованию теплоустойчивости.