Теоретические предпосылки расчета. Ограждающие конструкции, эксплуатируемые в районах с высокими среднемесячными

Ограждающие конструкции, эксплуатируемые в районах с высокими среднемесячными температурами, должны проверяться на теплоустойчивость.

Теплоустойчивость – свойство ОК сохранять относительное постоянство температуры внутренней поверхности при колебаниях теплового потока. Это одно из условий комфортности пребывания человека в помещении.

Колебания температуры на наружной поверхности ограждения вызывают колебания в его толще. По мере удаления от поверхности амплитуда колебаний будет затухать (см. рисунок). Кроме этого происходит еще запаздывание этих колебаний во времени.

В результате в толще ограждения образуется температурная волна, затухающая с удалением от поверхности. Для характеристики числа волн, располагающихся в толще конструкции, служит показатель тепловой инерции D. Он является мерой интенсивности затухания колебаний температуры внутри ограждения. При D=8,5 в ограждении располагается примерно одна температурная волна. Показатель тепловой инерции иногда называют условной толщиной ограждающей конструкции.

Для однородного ограждения

, (15)

где s – коэффициент теплоусвоения материала, R – термическое сопротивление ограждения.

Для многослойной конструкции показатель тепловой инерции приближенно (без учета порядка расположения слоев) определяется по формуле

. (16)

Исследования показывают, что при гармонических колебаниях температуры воздуха коэффициент теплоусвоения поверхности ограждения определяется толщиной слоя резких колебаний температурной амплитуды . Этот слой непосредственно примыкает к поверхности ограждения. На противоположной поверхности слоя резких колебаний амплитуда колебаний температуры составляет около половины амплитуды колебаний А_t. В слое располагается около 1/8 длины температурной волны, следовательно

,

откуда для однородного слоя резких колебаний имеем

.

Количественная оценка теплоустойчивости проводится по затуханию в конструкции температурных колебаний. Величина затухания вычисляется как отношение амплитуды колебаний температуры на поверхности, непосредственно воспринимающей температурное воздействие к амплитуде на противоположной поверхности:

.

В соответствии с нормами проектирования [1], проверка теплоустойчивости производится в районах со среднемесячной температурой июля 21 °С и выше для наружных стен с тепловой инерцией D£4 и покрытий с D£5 зданий жилых, больничных и детских учреждений, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, а также производственных зданий, в которых должен соблюдаться определенный температурно-влажностный режим. В этих случаях амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждения должна быть не выше нормативной величины:

. (17)

Нормативная амплитуда колебаний внутренней поверхности ОК определяется по формуле:

, (18)

где t_н – среднемесячная температура наружного воздуха за июль [2].

Фактическую амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ОК следует определять по формуле:

, (19)

где – расчетная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха, °С:

; (20)

n – величина затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в ОК:

(21)

(порядок нумерации слоев ОК – от внутренней поверхности к наружной).

В формуле (20):

- максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха в июле [2];

r - коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности ОК, принимаемый по табл. 13;

I_max, I_ср – соответственно максимальное и среднее значения суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной), Вт/м², принимаемый по [2] для наружных стен – как для вертикальных поверхностей западной ориентации и для покрытий – как для горизонтальной поверхности;

Таблица 13

Материал наружной поверхности ОК	Коэффициент поглощения солнечной радиации r
Аллюминий	0,50
Асбестоцементные листы	0,65
Асфальтобетон	0,90
Бетоны	0,70
Дерево неокрашенное	0,60
Защитный слой рулонной кровли из светлого гравия	0,65
Кирпич глиняный красный	0,70
Кирпич силикатный	0,60
Облицовка природным камнем белым	0,45
Окраска силикатная темно-серая	0,70
Окраска известковая белая	0,30
Плитка облицовочная керамическая	0,80
Плитка облицовочная стеклянная синяя	0,60
Плитка облицовочная белая или палевая	0,45
Рубероид с песчаной посыпкой	0,90
Сталь листовая, окрашенная белой краской	0,45
Сталь листовая, окрашенная темно-красной краской	0,80
Сталь листовая, окрашенная зеленой краской	0,60
Сталь кровельная оцинкованная	0,65
Стекло облицовочное	0,70
Штукатурка известковая темно-серая или терракотовая	0,70
Штукатурка цементная светло-голубая	0,30
Штукатурка цементная темно-зеленая	0,60
Штукатурка цементная кремовая	0,40

a_н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ОК по летним условиям, Вт/м²×°С, определяемый по формуле:

, (22)

где v – минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль, повторяемость которых составляет 16 % и более, но не менее 1 м/с [2].

В формуле (21):

е=2,718 – основание натуральных логарифмов;

D – тепловая инерция ОК, определяемая по формулам (15) или (16);

s_i – расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ОК, Вт/м2×°С, принимаемые по прил. 3;

Y_i – коэффициенты теплоусвоения наружной поверхности отдельных слоев ОК, Вт/м2×°С, определяемые следующим образом:

1) Вычислить тепловую инерцию D каждого слоя по формуле (15).

2) Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя с тепловой инерцией D³1 принимается равным расчетному коэффициенту теплоусвоения s материала этого слоя по прил. 2.

3) Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя с тепловой инерцией D<1 определяется расчетом, начиная с первого слоя от внутренней поверхности ОК:

для первого слоя – по формуле

; (23)

для i-го слоя – по формуле

. (24)

Здесь R_i – термические сопротивления отдельных слоев ОК, определяемые по формуле (6), a_в – то же, что в формуле (4).