13 Дек 11 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОГРАЖДЕНИЙ С ВОЗДУШНЫМИ ПРОСЛОЙКАМИ

Воздушные прослойки в наружных стенах и перекрытиях обыч­но используют для снижения влагосодержания теплоизолирующе­го материала конструкции. Они бывают герметичными и вентили­руемыми. Сопротивление теплопередаче воздушной прослойки сле­дует определять с учетом того, что передача тепла через нее проис­ходит в основном конвекцией и излучением. Плотность теплового потока через герметичную воздушную прослойку оценивают по фор­муле

Я = Як + Чл = «К (Т! — т2) + ал (тх —Та) = (сс'к + ал) Дт.

Конвективный теплообмен в прослойке обусловлен циркуляцией воздуха. В вертикальных прослойках при соизмеримых их высоте и толщине восходящие потоки вдоль поверхности с температурой Ті и нисходящие ВДОЛЬ поверхности С температурой Т2 могут дви­гаться без взаимных помех. В тонких прослойках они взаимно тор­мозятся и образуют внутренние циркуляционные контуры, высота которых зависит от ширины щели.

Коэффициент конвективного теплообмена а'и рассчитывают в зависимости от произведения критериев Грасгофа и Прандтля. При <?гРг<СІ000 и средней температуре воздуха в прослойке О °С

= MU, (IV. 39)

Т. е. передача тепла через слой воздуха происходит при GrRr> 1000 и средней температуре воздуха в прослойке 0°С

А'к = 2,4 (Дт/6В. П)0"25. (IV. 40)

Численный коэффициент в формуле (IV.40) увеличивается при­близительно на 4 % при понижении средней температуры на 10 °С [14].

В горизонтальной прослойке, если верхняя поверхность нагрета больше чем нижняя, перемешивание воздуха незначительно и а'к можно оценивать по формуле (IV.39). При потоке тепла снизу вверх значения а'к оценивают по формуле (IV.40), но увеличивают его в зависимости от толщины прослойки: при бв. п=10 мм — на 20%, при 6в. п=50 мм— на 45, при 6В. П=Ю0 мм — на 25, при бв. п=200 мм — на 5 [14].

Коэффициент лучистого теплообмена для прослоек с плоской формой каналов и соотношением сторон 1 :3 и менее для большин­ства строительных материалов при средней температуре воздуха О °С составляет около 4 Вт/(м2-К) (расчет ведут по формуле (IV.20), а для квадратных прослоек — 4,8 Вт / (м2-К).

А'л значительно больше а'к — основное тепло через прослойку передается излучением. Для уменьшения потока тепла теплую по­верхность прослойки покрывают фольгой, что уменьшает лучистый поток приблизительно в 10 раз [14]. Оклейка фольгой второй по­верхности не приносит результата. Эффективный метод увеличения сопротивления теплопередаче воздушной прослойки — разделение ее тонкими стенками на ряд узких слоев.

Наиболее эффективная толщина воздушной прослойки без экра­нов в вертикальных ограждениях 75...95 мм. Для горизонтальной прослойки при передаче тепла снизу вверх или сверху вниз с уве­личением толщины сопротивление теплопередаче возрастает, одна­ко утолщение больше 50 мм нерационально, так как при этом теп­лопередача уменьшается уже незначительно.

С уменьшением герметичности прослойки снижается ее сопро­тивление теплопередаче, особенно резко для прослойки, располо­женной ближе к внутренней стороне, при попадании в нее наруж­ного воздуха. Внутренний воздух может содержать значительное количество влаги, которая конденсируется при проникании воздуха в прослойку, что приводит к увлажнению конструкции и также снижает ее теплозащитные качества. Для предупреждения переув­лажнения в ограждающих конструкциях устраивают вентилируе­мые воздушные прослойки.

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций с вентили­руемыми воздушными прослойками заключается в определении тем­пературы в произвольном сечении прослойки, определении тепло­передачи через конструкцию, расхода воздуха через прослойку и оценки возможности конденсирования паров воздуха в ней.

На некотором расстоянии I поток воздуха приобретает неизмен­ную температуру зависящую от условий теплопередачи через ог­раждение и не связанную с его начальной температурой [14]

'' = 'в - - jrV & - = ' (IV"4°)

Где

^о = ~~ + - р = + • <IV-41)

При определении коэффициентов теплопередачи Кв и Кн учи­тывают только конвективные составляющие теплообмена на поверх­ностях прослойки

Кв =---------------------- ; Кп =------------------------- - (IV. 42)

1(«в + ^ + 1)«к 1(Ок + /?+1)«н

Массовый расход воздуха в прослойке определяют по формуле

/ = оубЗбОО, (IV. 43)

Где v — скорость движения воздуха, рассчитываемая по формуле

X-^K+oWcp-g

Ч (IV. 44)

Здесь Кь к2 — аэродинамические коэффициенты на входе в прослой­ку и выходе из нее; vH — скорость ветра; h — высота прослойки;

— сумма коэффициентов местных сопротивлений (ориентировоч­но 0,5 — на входе, 1 — на выходе, 1 — на каждый поворот потока воздуха). Если местными сопротивлениями являются только вход и выход воздуха с двумя поворотами потока, а отверстия вертикаль­ной прослойки расположены на одной стороне здания (/сь /с2), то формулу (IV.44) представляют в виде v = 0,15 V h (tcp — /и).

Увлажнения внутренней части ограждающей конструкции с вен­тилируемой воздушной прослойкой не будет, если воздух способен ассимилировать влагу на всем протяжении прослойки, т. е. если пар­циальное давление пара по всей длине меньше парциального давле­ния насыщенного водяного пара. Условие отсутствия конденсации паров воздуха в прослойке записывают в виде неравенства

EtCEtl. (IV. 45)

Парциальное давление пара в конце канала рассчитывают по формуле [14]

Е(х) — е' Яп + Яп

1------ Xt (IV.46)

Е0 — е' 1,2/т]

Где RBп, /?нп — сопротивления паропроницанию соответственно внут­реннего и наружного (относительно прослойки) слоев, определяе­мые по формуле (IV.5); г) — удельная влагоемкость воздуха (спо­
собность 1 кг воздуха ассимилировать определенное количество во­дяного пара, г, при изменении его парциального давления на 1 Па), рассчитываемая по формуле

/Л. (IV.53)

^ср

Г] = 8,27 ■ 10* / (Р — 0,387е). (IV.47)

Здесь Р — полное барометрическое давление.

Точность теплотехнического расчета вертикальных ограждений с вентилируемой воздушной прослойкой можно увеличить, если ско­рость движения воздуха определять по зависимости

V = v'JxJ^ (IV. 48)

Где v' рассчитывают по формуле [63]

V> = - А + у A I tgBCBKHh* (1И + 273) (/„ - tj' IV

2ВСвЬ (t„ + 273)

Здесь B=6B. ny/h] 0 = 1 + £ (IV.50)

А = 2gBCJi (t„ -10) + (Кв + /Сн) Ь (tB + 273). При t0=tH_

/ _ Кв + Кк і, Кв + Кн. 2g/CH^ + tB) . ..у g J ч v =~ 2ВСв I 2В2Св ВСв$ (/н -f 273) ' [3] ' '

/ь /2 — поправочные коэффициенты, полученные путем сопоставле­ния результатов точного решения задачи на ЭВМ с инженерным методом для различных вариантов вентилируемых конструкций [63]: ті = 1,23 при 0,25...0,75 м/с, п = 1,1 при и=0,75...0,9 м/с, ті = 1 при 0—0,25 м/с и а=0,9...1 м/с, т2=0,01/н+1,12— —0,0195Л — для стен с наружной частью в виде утепленного экра­на и т2= (0,043—0,001/г)*н-И,45—0,024/г — для стен с наружной частью в виде утепленного экрана.

Коэффициент конвективного теплообмена а'к воздуха по длине прослойки оценивают по формуле [63]

А'к = (3,474 — 0,0079/ср) с0'86~°-2. (IV.52)

Среднюю температуру воздуха в вентилируемой прослойке оп­ределяют по формуле
деляют Ro по формуле (IV.41). Оценивают возможность выпадения конденсата в прослойке по формулам (IV.45)...(IV.47).

Учет снижения уровня теплозащиты облегченных слоистых ог­раждающих конструкций с вентилируемыми воздушными прослой­ками и каналами за счет внутренней конвекции воздуха можно осу­ществлять по формуле [23] R= RovrK,

Где гк — коэффициент, учитывающий дополнительный перенос теп­ла за счет внутренней конвекции воздуха, определяемый по зави­симости rK = Q0 / (Q0 + QK),

Где Q0 — количество тепла, передаваемое через основное поле ог­раждения; QK — количество тепла, переносимое при внутренней кон­векции воздуха от одной поверхности ограждения к другой, и оп­ределяемое по зависимости QK = hC (tx —12) (*у2 — Yi) &

8RK

Здесь h — высота воздушной прослойки; RK — сопротивление воз­духопроницанию утеплителя; k — коэффициент, учитывающий осо­бенности вертикальных каналов, образованных вертикально распо­ложенным профилированным листом с высотой складки не менее 10 мм, рассчитываемый по формуле k= (a+l—b)/2l, где а и b — со­ответственно ширина полки профилированного листа, удаленной от утеплителя и прилегающей к нему; I — шаг складки профилиро­ванного листа.

Лучистую составляющую теплообмена в прослойке можно учи­тывать по графикам, приведенным в [63]. Влажностное состояние многослойных ограждающих конструкций с вентилируемыми воз­душными прослойками достаточно точно определяют расчетами на ЭВМ по методике [40].