Исследование температурно - влажностного состояния ограждающих конструкций здания

Определение запаздывания температурных колебаний

• Положение слоя резких колебаний и коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности первого слоя Y_int остаются теми же, что и в п. 2.7.
• Запаздывание температурных колебаний на внутренней поверхности исследуемой конструкции по сравнению с колебаниями наружной температуры (сдвиг фаз колебаний) в часах (здесь величины arctg берутся в градусах):

 ч.

Проверка: ориентировочно    x = 2,7D – 0,4 = 2,7×5,07 – 0,4 = 13,3 ч.

Выводы:

• При максимуме температуры на наружной поверхности стены, обращённой на юг, в 12 часов дня, максимум температуры на внутренней поверхности будет в (12 + 12) – 24 = 0 часов утра.
• При максимуме температуры на наружной поверхности стены, обращённой на запад, в 17 часов дня, максимум температуры на внутренней поверхности будет в (17 + 12) – 24 = = 5 часов утра.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

• Численные исследования температурно-влажностного режима рассмотренных конструкций  позволяют сделать следующие  выводы.
• К конструкциям с благоприятным температурным режимом относятся … , а с неблагоприятным – …. . Для них характерно … (почему режим считается неблагоприятным) . Чтобы обеспечить благоприятный температурный режим ограждающей конструкции, необходимо располагать слои таким образом, чтобы …
• К конструкциям с благоприятным влажностным режимом относятся … , а с неблагоприятным – …. . Для них характерно … (почему режим считается неблагоприятным, каков критерий оценки влажностного режима) . Чтобы обеспечить благоприятный влажностный режим ограждающей конструкции, необходимо располагать слои таким образом, чтобы …
• Назначение пароизоляции – …, она должна быть расположена … .
• Назначение  вентилируемой воздушной прослойки – …
• К колебаниям температуры наружного воздуха более устойчивы конструкции, в которых … . Каков критерий оценки теплоустойчивости. Чтобы обеспечить высокую устойчивость ограждающей конструкции к колебаниям температуры наружного воздуха, необходимо располагать слои таким образом, чтобы … .
• К колебаниям температуры внутреннего воздуха более устойчивы конструкции, в которых … . Каков критерий оценки теплоустойчивости. Чтобы обеспечить высокую устойчивость ограждающей конструкции к колебаниям температуры внутреннего воздуха, необходимо … .
• Применение данных выводов при проектировании ограждающих конструкций позволит … (необходимо указать, какова по Вашему мнению практическая значимость результатов проведённой работы).

 

ГЛОССАРИЙ

 

• Здесь предлагается самостоятельно выбрать любые 12 терминов, используемых в данной работе, и дать им определения.

 

№	Термины	Определения
1	Стационарный температурный режим
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СНиП 23-01-99. Строительная климатология.
2. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.
3. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий.
4. Рекомендации по проектированию навесных фасадных систем с вентилируемым воздушным зазором для нового строительства и реконструкции зданий / Москомархитектура, 2002.
5. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий: Учебник. – М.: Стройиздат, 1973. – 287 с.
6. Ильинский В.М. Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат зданий): Учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 1974. – 320 с.
7. Соловьев А.К. Физика среды: Учебник. – М.: Изд-во АСВ, 2008. – 344 с.

 

Приложение 1. Справочные данные

Определение значений температур по толщине ограждающей  конструкции (к рис. 2.2)

• По оси абсцисс в выбранном масштабе откладываем (рис. 2.2,а) последовательно термические сопротивления R_i всех слоев конструкции, а также внутреннего и наружного пограничных слоев воздуха (из табл. 2.2).
• По вертикали на внешних границах воздушных слоев в принятом масштабе откладываются значения температур внутреннего t_int и наружного (из табл. 1.2) воздуха: для зимнего (t_ext,2), летнего (t_ext,4), весеннего (t_ext,3) или осеннего (t_ext,1) периодов года.
• Строятся температурные графики для выбранных периодов года (в условиях стационарной теплопередачи графики – прямые линии).
• Найденные значения температур в каждом сечении с рис. 2.2,а переносим на разрез конструкции, выполненный в масштабе реальных толщин (рис. 2.2,б).

Проверка возможности  конденсации влаги внутри конструкции (к рис. 2.3)

• По оси абсцисс в выбранном масштабе откладываем последовательно сопротивления паропроницанию всех слоёв конструкции R_vp,i (рис. 2.3,а); с рис. 2.2 переносим отмеченные ранее сечения с сохранением их нумерации.
• По оси ординат в выбранном масштабе откладываем со стороны внутренней поверхности значение e_int, а со стороны наружной поверхности – среднее значение парциального давления водяного пара за зимний период e_ext2, и соединяем их прямой линией (пунктирная линия). Полученная прямая представляет собой график изменения парциального давления водяного пара в ограждающей конструкции без учета возможной конденсации при установившемся процессе диффузии водяного пара.
• По данным табл. 2.3 для зимнего периода строим график изменения давления насыщенного водяного пара Е (тонкая линия).
• Проводим анализ взаимного расположения графиков Е и e: если графики не пересекаются, то конденсация водяного пара в ограждении отсутствует; в случае пересечения или касания графиков в конструкции возможна конденсация влаги.
• Если конденсация влаги отсутствует, влажностный режим ограждающей конструкции считается удовлетворительным, и далее расчёт не проводится.
• В случае конденсации влаги (зимой) определяется плоскость или зона конденсации, для этого из концов прямой e_int - e_ext,2 проводятся касательные к графику Е. Область между точками касания Е_к' и Е_к" – зона конденсации. При совпадении точек касания получается плоскость конденсации. Затем проводится итоговый график изменения парциального давления с учетом конденсации водяного пара (жирная линия).
• Аналогичные построения можно выполнить для остальных периодов года.
• На графике Е для периода испарения влаги (рис. 2.3,б) отмечаем границы зоны (плоскость), где происходила конденсация влаги, и соединяем их прямыми с точками e_int и e_ext,4. Стрелками показываем направление движения влаги от зоны конденсации (в сторону уменьшения парциального давления водяного пара).

Определение необходимой  толщины пароизоляции (к п. 2.6)

• Слой пароизоляции предназначается для увеличения сопротивления паропроницанию R_vp,int так, чтобы выполнялось как условие недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации, так и условие ограничения накопления влаги за период конденсации. Требуемое сопротивление паропроницанию слоя пароизоляции определяется по формуле:

ΔR_vp ³ R_vp,int (m – 1) ,

где m – коэффициент, показывающий во сколько раз надо увеличить сопротивление на пути движения влаги к зоне конденсации R_vp,int .

• Если не выполняется условие недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации, то

.

Здесь суммирование проводится по всем периодам года.

• Если не выполняется условие ограничения накопления влаги в конструкции за период конденсации, то

.

Здесь суммирование проводится по тем периодам, когда  происходит конденсация влаги в  конструкции.

Определение коэффициентов  теплоусвоения (к п. 2.7)

• Определение коэффициентов теплоусвоения наружной поверхности слоёв ограждения при направлении тепловой волны снаружи внутрь Y_i начинаем от внутренней поверхности ограждающей конструкции.
• Для слоёв, имеющих показатель тепловой инерции D_i > 1, коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя Y_i принимается равным коэффициенту теплоусвоения материала s_i .
• Для слоёв с тепловой инерцией D_i < 1 коэффициент теплоусвоения наружной поверхности определяется следующим образом:
• для первого слоя – по формуле

;

• для каждого последующего i-го слоя - по формуле

,

где R₁, R_i – термические сопротивления соответственно первого и i-го слоев ограждающей конструкции, м²×°С/Вт;

s₁, s_i – расчётные коэффициенты теплоусвоения материала соответственно первого и i-го слоев, Вт/(м²×°С);

Y₁, Y_i, Y_i-1 – коэффициенты теплоусвоения наружной поверхности соответственно первого, i-го и (i - 1)-го слоев ограждающей конструкции, Вт/(м²×°С).

 

• Определение коэффициента теплоусвоения внутренней поверхности ограждения при направлении тепловой волны изнутри наружу Y_int производится в пределах слоя резких колебаний (для слоя резких колебаний тепловая инерция D = 1).
• Если первый (внутренний) слой ограждающей конструкции имеет тепловую инерцию D > 1, то слой резких колебаний лежит в первом слое конструкции, а значит, Y_int = s₁.
• Если для n слоёв тепловая инерция D₁ + D₂ + ... + D_n-1 < 1, но D₁ + D₂ + ... + D_n > 1, то коэффициент Y_int определяется последовательно расчётом коэффициентов теплоусвоения внутренней поверхности слоев конструкции, начиная с (п – 1) слоя:

для (n – 1) слоя – по формуле

,

для каждого  последующего i-го слоя (i = n – 2, n – 3, ... , 1) – по формуле

,

и коэффициент Y_int будет равен коэффициенту теплоусвоения последнего слоя: Y_int = Y₁.

• Если тепловая инерция всей ограждающей конструкции D < 1, то коэффициент Y_int определяется для наружного (n-го слоя) - по формуле

,

для каждого  последующего i-го слоя (i = n - 2, n - 3, ... , 1) – как в предыдущем случае.

Приложение 2. Теплотехнические характеристики некоторых фасадных систем

№	Материал  экрана (фасадная система)	Плот-ность r0, кг/м3	Толщина слоя d, м	Расчётные коэффициенты
				тепло-проводности l, Вт/(м×°С)	тепло-усвоения s, Вт/(м2×°С)	паропро-ницаемости m, мг/(м×ч×Па)
1	Панель-экран  цементно-волокнистая (Краспан)	1800	0,008	0,93	8,1	0,114 (0,03)*
2	Керамогранит (Гранитогресс)	2800	0,01	3,49	25,04	0,52 (0,008)*
3	Стальные  кассетные панели (U-KON)	7850	0,004	58	126,5	0,108 (0,018)*

* Без учёта проницаемости стыковых швов экрана