Теплозащитные качества трехслойных ограждающих конструкций из традиционных материалов характеризуются приведенным сопротивлением теплопередаче и, соответственно, разностью температуры воздуха помещений и приведенной температурой внутренней поверхности, а также температурой внутренней поверхности теплопроводных включений.
Для определения приведенного сопротивления теплопередаче ограждающую конструкцию условно разрезают плоскостями, параллельными направлению теплового потока, на участки, из которых одни могут быть однородными, а другие неоднородными. Термическое сопротивление /?|| определяют по формуле
Я«= Е^/І^І/ЯІ. (IV.9)
1=1 і=1
Где Fi — площадь t-ro участка конструкции, м2; Ri — термическое сопротивление t-ro участка конструкции, м2- К/Вт, определенное для неоднородных участков по формуле (1.8); п — количество участков.
Затем ограждение условно разрезают плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, на однородные и неоднородные слои, термическое сопротивление которых определяют по соответствующим формулам. Термическое сопротивление R± определяют как сумму термических сопротивлений однородных и неоднородных слоев.
Для ограждающих конструкций, у которых R\ превышает R± не более чем на 25 %, приведенное термическое сопротивление рассчитывают по выражению
/^пр _ —и_!---- L-
3
Пример. Определить приведенное сопротивление теплопередаче трехслойной железобетонной панели.
Исходные данные приведены в примере расчета толщины стен жилого здания (см. с. 99). Размеры панели стены жилого дома 6X2,9 м. Плотность слоев бетона 2500 кг/м2. В стыках панелей толщиной 300 мм термовкладыш из минераловатных плит толщиной 50 мм, снаружи стык зачеканен гернитовым шнуром теплопроводностью 0,09 Вт/(м-К) и цементным раствором. Внутренняя полость стыка замоноличена бетоном теплопроводностью 1,92 Вт/(м-К). Ширина железобетонных ребер в панелях 40 мм.
Термическое сопротивление панели при условном разрезании ее плоскостями, параллельными направлению теплового потока,
>5,32 + 0,68+ 1,42
15,32 0,68 f 1,42
= ^----------- ТТ^" = 1.27 м2 • К/Вт, |
2,02 0,155 0,87
Где ^1=5,76-2,66=15,32 м2—площадь участков стены с утеплителем; F2=0,04X Х2 (5,8+2,7) =0,68 м2 — площадь участков ребер стены; ^з=0,08-2 (6+2,9) = = 1,42 м2—площадь участков стыков панелей с термовкладышем;
««.б+^в 0,07 + 0,1 0,13
—'.92 + = 2,02 м2' Wt ~тер'
Мическое сопротивление участков стены с утеплителем; 6СТ 0,3
Rt= —------- = = 0,155 ма ■ К/Вт — термическое сопротивление участков ре-
Ж.6 1 *92
Бер стены.
D _ 6СТ-6Т 6Т 0,3 - 0,05 0,05
8 ~ + м8'«/Вт-термическое
Сопротивление участков стыков панелей с термовкладышем.
Термическое сопротивление панели при условном разрезании ее плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, состоит из суммы термических сопротивлений однородных железобетонных слоев R' и однородного внутреннего слоя R"
К 6 + Чсб О'[2]*0'1
Д' =----------------- — =---------- —------- =0,088 ма ■ К/Вт;
Лдаб 1,92
Fi + F* + F» 15,32 + 0,68 + 1,42 Л „„„ 0
ЛГ -^KTJKTJ^^" •к/в*
Ri Rt Rs Ь96 + 0,089 + 0,71
6 0 13
Где /?і=——!----- =1,96 м2-К/Вт—термическое сопротивление утеплителя;
Яут 0,0674
R2— 0,069 м2-К/Вт — термическое сопротивление ребер стены;
Я-ж. б 1,92
6т 0,05
Р. =—— =—!--------- =0,74 и2-К/Вт — термическое сопротивление участков панели
8 Ят 0,0674
С термовкладышем;
Rl = R'+R"=0,088+0,885=0,973 м2-К/Вт.
Приведенное термическое сопротивление рассматриваемого ограждения
/?п+2#. 1,27+2-0,973 „ m
R"р= 11 ^—JL = ■ ------------------ 5----- =1,16 М2-К/Вт.
3 3
Приведенное сопротивление теплопередаче трехслойной железобетонной ограждающей конструкции
Л5Р _ _L + ^ + _L _ _L_ +,, 16+_±_ ., ,32 *. к/вт.
Температуру внутренней поверхности теплопроводных включений трехслойных ограждений определяют по формуле
Тв — «В--------
Где R'o, Ro — сопротивления теплопередаче ограждения соответственно в местах теплопроводных включений и вне этих мест; v —
коэффициент, характеризующий интенсивность деформаиии теплового поля и зависящий от геометрической формы и размеров теплопроводного включения. Значения коэффициента v для наиболее характерных видов теплопроводных включений приведены в табл. IV.6.
Таблица. IV.6. Значения коэффициента v в зависимости от его геометрической формы и размеров (по СНиП Н-33-79)*
|
0,12 0,24 0,38 0,55 0,74 0,83 0,87 0,9 0,95 |
T„ |
Л |
А
T„
7-- 7
Ч Ч а |
Ч (н |
0,25 0,5 0,96 1,26 1,27 1,21 1,16 1,1 I |
Ч *в ч ^І—ЬI |
0,04 0,1 0,17 0,32 0,5 0,62 0,71 0,77 0,89
Ч
Минимальную температуру внутренней поверхности в углу типовой конструкции стыка трехслойных железобетонных панелей многоэтажных зданий с примыканием к стыку внутренней перегородки определяют по формуле Ф. В. Ушкова [47]
Aq X ~Г KOTH
Бп 63 6р |
Где R0CT — приведенное сопротивление стыка, определяемое по фор-
Муле =--------- 7------ С---- — Здесь бп — половина толщины пере
городки бя — толщина зазора между перегородкой и ребром панели; бр — толщина обрамляющего ребра; R0n, R03, /?0Р — сопротивление теплопередаче панели соответственно в сечениях по оси перегородки, зазору и обрамляющему ребру, а0Тн — относительный коэффициент интенсивности теплообмена между перегородкой и стыком
Здесь
ССв. экв — коэффициент теплообмена, пропорциональный количеству тепла, передаваемому по перегородке в зону стыка, равный
«в-экв = ссв—^ ; (IV.13)
Г DI
Ві — критерий Био для перегородки, характеризующий в данном случае отношение тепла, поступающего из помещения через поверхность перегородки, к распределяющемуся внутри конструкции
Bi= а*6
Я '
Где б — характерный размер перегородки, равный половине ее толщины; % — теплопроводность материала перегородки.
Теплотехнические показатели ограждающих конструкций существенно изменяются при совместном действии процессов передачи тепла и фильтрации воздуха через них, так как последняя вызывает увеличение потерь тепла через ограждение и деформацию температурного поля по сравнению с тепловым состоянием при отсутствии фильтрации.
Температурное поле ограждающей конструкции при наличии установившегося потока фильтрационного воздуха через нее описывают уравнением, полученным Ф. В. Ушковым [47]:
CGRX _
Т (X) = /и + ft, - Q, (IV. 14)
Где Rx — термическое сопротивление части конструкции от наружной ее поверхности до плоскости х; Ro — сопротивление теплопередаче всей конструкции; G — количество воздуха, фильтрующегося через ограждающую конструкцию, кг/(м2-ч); С — удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении кДж/(кг-К).
Показатель степени CGR в уравнении (IV.14)—безразмерная величина, характеризующая относительную интенсивность фильтрации. С точки зрения теории подобия она представляет собой число Пекле Ре, которое характеризует отношение теплоты, переносимой конвенцией (потоком фильтрующегося воздуха) к теплоте, переносимой теплопроводностью (теплопередача без фильтрации воздуха).
Формулу для определения плотности теплового потока в произвольном сечении ограждения получают путем дифференцирования уравнения (IV.14)
Rr CGRX
Ч = -------------- Св — О - (IV. 15)
Е х — 1
При эксфильтрации воздуха из помещения через ограждение G в формулах (IV.14) и (IV. 15) берут со знаком минус. Из формулы "(IV. 14) следует, что при инфильтрации тепловой поток на внутренней поверхности ограждения оказывается наибольшим. По мере приближения к наружной поверхности он уменьшается. Такое явление возникает в результате рекуперации (частичного возврата) тепла на нагрев наружного воздуха, фильтрующегося через ограждение навстречу потоку тепла.
Сопротивление теплопередаче при установившемся потоке фильтрационного воздуха рассчитывают по выражению
CCRo _ ,
К = - i^- • <IV-16>
При больших значениях потока фильтрующегося воздуха отно-
ECCR0 _ J „1
Шение —^^--------- 1, a R0 ^г ->0. При этом сопротивление теплопередаче определяют ПО приближенной формуле Ro — ^ _I_CG '
Где Ко — коэффициент теплопередачи.
Теплозащитные свойства ограждающих конструкций с неплотностями и щелями в основном определяются показателями проницаемости холодного воздуха. При недостаточной герметизации эти свойства могут быть полностью утрачены.
Сопротивление воздухопроницанию многослойных ограждающих конструкций вычисляют по уравнению
/=і
Где Rh.—сопротивление воздухопроницанию і-го слоя; п — количество слоев, предполагающее одномерное направление потока воздуха сквозь конструкцию (сквозная фильтрация).
В многослойных конструкциях, отдельные слои которых существенно отличаются друг от друга по сопротивлению фильтрации, а контакты в плоскостях сопряжения слоев неплотные, наблюдается также и продольная фильтрация, когда поток воздуха достигает поверхности более плотного слоя и распространяется параллельно ей, т. е. в направлении наименьшего сопротивления.
Распределяющие потоки по направлениям х и у прямо пропорциональны градиентам давлений ДР по соответствующим направлениям и обратно пропорциональны сопротивлениям R„x и R.
Для большинства многослойных ограждающих конструкций указанные характеристики экспериментально не определены и общее сопротивление воздухопроницанию определяют по приближенной зависимости (IV.17).
Дополнительные потери тепла в помещении при наличии воздухопроницаемых ограждений рассчитывают по формуле
Д<2 = (J; ACBGiFl + Д ЛСвед. j (tB - У, (IV. l8)
Где А — коэффициенты, учитывающие затраты тепла на нагрев воздуха, проникшего в помещение в результате инфильтрации; Fi— площлдь стен, окон, м2; /у — протяженность стыков, щелей, м.
Ориентировочно принимают [15] такие значения А:
TOC o "1-3" h z Для массива стен.................................................................................... 0,5
Для стыковых соединений................................................. 0,7
Для двойных стен.................................................................................. 0.8
Для открытых проемов окон и дверей и одинарного остекления 1
Наибольшее значение AQ — в здании у помещений первого этажа, расположенных с наветренной стороны. Некоторое уменьшение основных теплопотерь будет у помещений в зоне эксфильтрации здания, наибольшее — у помещений верхнего этажа на заветренной стороне.
Пример. Определить дополнительные теплопотери от инфильтрации ё помещении первого зтажа наветренной стороны 10-этажного административного корпуса в Киеве. Окна со спаренными переплетами, уплотненными пенополиурета - новыми прокладками. Коэффициент воздухопроницаемости t=0,39 кг/(м2-ч-Па), сопротивление воздухопроницанию Ru=2,6 м2-ч-Па2/3/кг. Площадь оконных проемов /*ок=9,6 ма. Стены из трехслойных железобетонных панелей. Толщина внутреннего и наружного слоев по 0,05 м. Средний слой из минераловатных плит плотностью 300 кг/м3 и толщиной 0,1 м. Площадь наружных стен в помещении Fc= 17,4 м2. Сопротивление воздухопроницанию стыковых соединений RK= =42 м2-ч-Па/кг. Общая длина стыков /=60 м. Высота этажа 3 м.
Климатические условия: tH=—22 °С, *уи=13,8 Н/м3, t>„=5 м/с.
В помещении: /В=+18°С, - ув=12,8 Н/м3.
Решение. По формуле (1.23)
АР —0,55 • 3 • 10(13,8— 12,8)+0,03 ■ 13,8-52 = 26,8 Па.
Количество воздуха, фильтрующегося через 1 м2 окна, по формуле (1-24) GOK= = 0,39 (26,8)2/3=3,47 кг/(м2-ч).
Сопротивление воздухопроницанию массива наружной стены RK= = 19620 м2-ч-Па/кг (прил. 9 СНиП II-3-79).
Количество воздуха, фильтрующегося через 1 м2 массива наружной стены, по зависимости (1.22) Gc=26,8/19620= 1,31-Ю"3 кг/(м2-ч).
Количество воздуха, фильтрующегося через 1 м стыкового соединения, Gct=26,8/42=0,614 кп/(м-ч).
Дополнительные затраты на нагрев инфильтрующегося воздуха по уравнению (IV. 18), приняв Си =1005 Дж/(кг-К),
AQ = (1 . 100Б. 3,47 - 9,6 + 0,5 - 1005. 1,31 ■ 10~3 . 17,4 + 0,7- 1005-0.614.60) X X (18 + 22) / 3600 = (35 000 + 4,6 + 26 000) - 40 / 3600 = 680 Вт.
Как следует из примера, основные затраты тепла идут на подогрев воздуха, фильтрующегося через окно (57 %) и стыка (42,5 %)• Поэтому особое внимание следует уделять герметизации этих участков ограждений зданий и сооружений.
Оставить комментарий