Амплитуда температурных колебаний. Влияние различных факторов на теплопередачу ограждения.

Термическое сопротивление

R, м²·^оС /Вт, - важнейшее теплотехническое свойство ограждения. Оно характеризуется разностью температур внутренней и наружной поверхности ограждения, через 1 м² которого проходит 1 ватт тепловой энергии (1 килокалория в час).

, (2)

где δ - толщина ограждения, м;

λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м·^оС.

Чем больше термическое сопротивление ограждающей конструкции, тем лучше её теплозащитные свойства. Из формулы (2) видно, что для увеличения термического сопротивления R необходимо либо увеличить толщину ограждения δ, либо уменьшить коэффициент теплопроводности λ, то есть использовать более эффективные материалы. Последнее более выгодно из экономических соображений.

Сопротивление теплопередачи

является основным теплотехническим показателем ограждения. Есть материалы, которые со временем изменяют свой коэффициент теплопроводности из-за усадки и уплотнения (например, войлок, минераловатные плиты и др.). Для таких материалов вводят повышающий коэффициент.

Как правило, любая ограждающая конструкция не является однослойной. Даже простая конструкция кирпичной стены имеет дополнительные слои в виде внутренней, а иногда и наружной штукатурки. Но каждый слой обладает своим термическим сопротивлением, поэтому общее термическое сопротивление многослойного ограждения складывается из термических сопротивлений каждого слоя.

Существует еще один вид термического сопротивления ограждения. Внутренняя поверхность ограждения всегда немного холоднее, чем воздух в помещении, а наружная - всегда немного теплее, чем воздух на улице. Этот вид сопротивления теплопередачи получил название поверхностного. Падение температуры внутри отдельного слоя происходит равномерно по закону прямой линии.

Пример теплотехнического расчета стен

соответствии с требованиями следующих нормативных документов:

СП 53.13330.2012 «Тепловая защита зданий».

СП 131.13330.2012 «Строительная климатология».

СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».

Пример расчета представлен для жилого здания города Чебоксары, при относительной влажности воздуха: φв=55%, расчетной средней температуры внутреннего воздуха здания: tв=20°C.

Согласно таблице 1 СП 53.13330.2012 при температуре внутреннего воздуха здания tint=20°C и относительной влажности воздуха φint=55% влажностный режим помещения устанавливается, как нормальный.

Базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче Roтрисходя из нормативных требований к приведенному сопротивлению теплопередаче (п. 5.2) СП 50.13330.2012 согласно формуле:

Roтр=a·ГСОП+b

где а и b - коэффициенты, значения которых следует приниматься по данным таблицы 3 СП 50.13330.2012 для соответствующих групп зданий.

Так для ограждающей конструкции вида - наружные стены и типа здания – жилые: а=0.00035; b=1.4.

Определим градусо-сутки отопительного периода ГСОП, °С·сут по формуле (5.2) СП 50.13330.2012:

ГСОП=(tв-tот)zот

где tв - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания,°C

tв=20°C

tот - средняя температура наружного воздуха,°C принимаемые по таблице 1 СП131.13330.2012 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8°С для типа здания – жилые.

tов=-4.9 °С

zот - продолжительность, сут, отопительного периода принимаемые по таблице 1 СП131.13330.2012 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8 °С для типа здания – жилые.

zот=217 сут,

тогда,

ГСОП=(20-(-4.9))х217=5403.3°С·сут

По формуле в таблице 3 СП 50.13330.2012 определяем базовое значение требуемого сопротивления теплопередачи Roтр(м²·°С/Вт).

Roнорм=0.00035·5403.3+1.4=3.29м²°С/Вт.

Поскольку населенный пункт Чебоксары относится к зоне влажности - нормальной, при этом влажностный режим помещения - нормальный, то в соответствии с таблицей 2 СП50.13330.2012 теплотехнические характеристики материалов ограждающих конструкций будут приняты, как для условий эксплуатации Б.

Схема конструкции ограждающей конструкции показана на рисунке

Рисунок. Схема рассчитываемой ограждающей конструкции

Штукатурка (p=1400 кг/м.куб), толщина δ1=0.01м, коэффициент теплопроводности λБ1=0.64Вт/(м°С).

Кладка из блоков Стандартпроизводства Чебоксарский Стройкомбинат (p=1050 кг/м.куб), толщина δ2=0.39м, коэффициент теплопроводности λБ2=0.41Вт/(м°С).

Эффективный утеплитель например: ROCKWOOL ЛАЙТ БАТТС, толщина δ3=0.12м, коэффициент теплопроводности λБ3=0.041Вт/(м°С).

Слой 4 и 5 в теплотехническом расчете не учитываются, ввиду принятой ограждающей конструкции с вентилируемым зазором.
Условное сопротивление теплопередаче R0усл, (м²°С/Вт) определим по формуле E.6 СП 50.13330.2012:

R0усл=1/αint+δn/λn+1/αext

где αint - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2°С), принимаемый по таблице 4 СП 50.13330.2012

αint=8.7 Вт/(м²°С)

αext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкций для условий холодного периода, принимаемый по таблице 6 СП 50.13330.2012:

αext=23 Вт/(м²°С) - согласно п.1 таблицы 6 СП 50.13330.2012 для наружных стен.

R0усл=1/8.7+0.01/0.64+0.39/0.41+0.12/0.041+1/23
R0усл=4.05м²°С/Вт

Приведенное сопротивление теплопередаче R0пр, (м2°С/Вт) определим по формуле 11 СП 23-101-2004:

R0пр=R0усл·r

r - коэффициент теплотехнической однородности ограждающей конструкции, учитывающий влияние стыков, откосов проемов, обрамляющих ребер, гибких связей и других теплопроводных включений

r=0.85

Тогда, R0пр=4.05·0.85=3.44м²·°С/Вт

Вывод: величина приведённого сопротивления теплопередаче R0прбольше требуемого R0норм(3.44>3.29) следовательно, рассматриваемая конструкция стены удовлетворяет требованиям по тепловой защите применительно к климатическим условиям г. Чебоксары.

Мостик холода

появляется там, где конструкции с высокой теплопроводностью, соприкасаются с наружными и внутренними ограждающими конструкциями одновременно.

Одним из самых распространенных мостиков холода в доме является бетонная перемычка окна, фундамент или армопояс дома. При отсутствии теплоизоляции возникает кратчайший путь для выхода тепла. Тепло всегда устремляется наружу из теплого помещения по пути наименьшего сопротивления.

21 Массивность ограждения. Время полного прогрева ограждения. Инерционность. Термическая однородность ограждения.

Массивность ограждений

Массивность так же называется тепловой инерцией ограждения- это свойство ограждения сопротивляться изменению температурных полей при колебаниях внутренних и наружных параметров. Чем больше массивность ограждений тем более устойчив температурный режим помещения. , где - сопротивление теплопередаче, - коэффициент теплоусвоения материала. Для многослойнойконструкции . В зависимости от массивности принимается наружная температура воздуха при определении требуемого сопротивления теплопередач

D>7	7<D<4	1.5<D<4	D<1.5
(т-ра наиб.хол. пятидн.		т-ранаиб.хол. сут.

По массивности ограждения бывают: массивные; средней массивности; малой массивности, легкие.

Водяной пар в ограждения поступает в результате дифузии либо фильтруется с потоком воздуха. Во втором случае количество внесенного в конструкцию пара может быть весьма значительным. Паропроницаемость материалов характеризуется коэф. паропроницанияm - величина экспериментальная, зависит от пористости и структуры материала; Сопротивление паропроницанию слоя материала определяется по . Полное сопротивление ограждения складывается из внешнего и внутреннего сопротивления: ,b_в и b_н–коэф. влагообмена на поверхности.

термическое сопротивление ограждения R зависит исключительно от теплопроводности материалов, составляющих ограждение, а также от структуры самого ограждения. Для определения R необходимо знать коэффициенты теплопроводности К материалов, составляющих ограждение, их расположение, а также размеры отдельных элементов ограждения. Максимальные значениятермических сопротивлений огражденийили соответственно минимальные значения их коэффициентов теплопередачи не нормируются. Их можно выбирать по экономическим соображениям, исходя из того, что эксплуатационные расходы по зданию с учетом расходов по его амортизации, ремонту и отоплению должны быть наименьшими.

Назовите основные типы ТЗИ.

Основные типы ТЗИ: Теплозвукоизоляционные материалы можно разделить на три типа:

1.ТЗИ на органической основе(н-р: арболит,пенополиуретан,пенополистрол, эковата)

2.На неорганической основе (н-р: мин.вата, стекловата, керамовата)

3.Смешанного типа(н-р асбестовые ТЗИ – совелит и вулканит)

Теплоустойчивость—способность материалов сохранять свои основные свойства при воздействии положительных (температуростойкость, температуроустойчивость, теплостойкость) или отрицательных (хрупкость, морозостойкость) температур.

Термическое сопротивление

R, м²·^оС /Вт, - важнейшее теплотехническое свойство ограждения. Оно характеризуется разностью температур внутренней и наружной поверхности ограждения, через 1 м² которого проходит 1 ватт тепловой энергии (1 килокалория в час).

, (2)

где δ - толщина ограждения, м;

λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м·^оС.

Чем больше термическое сопротивление ограждающей конструкции, тем лучше её теплозащитные свойства. Из формулы (2) видно, что для увеличения термического сопротивления R необходимо либо увеличить толщину ограждения δ, либо уменьшить коэффициент теплопроводности λ, то есть использовать более эффективные материалы. Последнее более выгодно из экономических соображений.

Сопротивление теплопередачи

является основным теплотехническим показателем ограждения. Есть материалы, которые со временем изменяют свой коэффициент теплопроводности из-за усадки и уплотнения (например, войлок, минераловатные плиты и др.). Для таких материалов вводят повышающий коэффициент.

Как правило, любая ограждающая конструкция не является однослойной. Даже простая конструкция кирпичной стены имеет дополнительные слои в виде внутренней, а иногда и наружной штукатурки. Но каждый слой обладает своим термическим сопротивлением, поэтому общее термическое сопротивление многослойного ограждения складывается из термических сопротивлений каждого слоя.

Существует еще один вид термического сопротивления ограждения. Внутренняя поверхность ограждения всегда немного холоднее, чем воздух в помещении, а наружная - всегда немного теплее, чем воздух на улице. Этот вид сопротивления теплопередачи получил название поверхностного. Падение температуры внутри отдельного слоя происходит равномерно по закону прямой линии.

Пример теплотехнического расчета стен

соответствии с требованиями следующих нормативных документов:

СП 53.13330.2012 «Тепловая защита зданий».

СП 131.13330.2012 «Строительная климатология».

СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».

Пример расчета представлен для жилого здания города Чебоксары, при относительной влажности воздуха: φв=55%, расчетной средней температуры внутреннего воздуха здания: tв=20°C.

Согласно таблице 1 СП 53.13330.2012 при температуре внутреннего воздуха здания tint=20°C и относительной влажности воздуха φint=55% влажностный режим помещения устанавливается, как нормальный.

Базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче Roтрисходя из нормативных требований к приведенному сопротивлению теплопередаче (п. 5.2) СП 50.13330.2012 согласно формуле:

Roтр=a·ГСОП+b

где а и b - коэффициенты, значения которых следует приниматься по данным таблицы 3 СП 50.13330.2012 для соответствующих групп зданий.

Так для ограждающей конструкции вида - наружные стены и типа здания – жилые: а=0.00035; b=1.4.

Определим градусо-сутки отопительного периода ГСОП, °С·сут по формуле (5.2) СП 50.13330.2012:

ГСОП=(tв-tот)zот

где tв - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания,°C

tв=20°C

tот - средняя температура наружного воздуха,°C принимаемые по таблице 1 СП131.13330.2012 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8°С для типа здания – жилые.

tов=-4.9 °С

zот - продолжительность, сут, отопительного периода принимаемые по таблице 1 СП131.13330.2012 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8 °С для типа здания – жилые.

zот=217 сут,

тогда,

ГСОП=(20-(-4.9))х217=5403.3°С·сут

По формуле в таблице 3 СП 50.13330.2012 определяем базовое значение требуемого сопротивления теплопередачи Roтр(м²·°С/Вт).

Roнорм=0.00035·5403.3+1.4=3.29м²°С/Вт.

Поскольку населенный пункт Чебоксары относится к зоне влажности - нормальной, при этом влажностный режим помещения - нормальный, то в соответствии с таблицей 2 СП50.13330.2012 теплотехнические характеристики материалов ограждающих конструкций будут приняты, как для условий эксплуатации Б.

Схема конструкции ограждающей конструкции показана на рисунке

Рисунок. Схема рассчитываемой ограждающей конструкции

Штукатурка (p=1400 кг/м.куб), толщина δ1=0.01м, коэффициент теплопроводности λБ1=0.64Вт/(м°С).

Кладка из блоков Стандартпроизводства Чебоксарский Стройкомбинат (p=1050 кг/м.куб), толщина δ2=0.39м, коэффициент теплопроводности λБ2=0.41Вт/(м°С).

Эффективный утеплитель например: ROCKWOOL ЛАЙТ БАТТС, толщина δ3=0.12м, коэффициент теплопроводности λБ3=0.041Вт/(м°С).

Слой 4 и 5 в теплотехническом расчете не учитываются, ввиду принятой ограждающей конструкции с вентилируемым зазором.
Условное сопротивление теплопередаче R0усл, (м²°С/Вт) определим по формуле E.6 СП 50.13330.2012:

R0усл=1/αint+δn/λn+1/αext

где αint - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2°С), принимаемый по таблице 4 СП 50.13330.2012

αint=8.7 Вт/(м²°С)

αext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкций для условий холодного периода, принимаемый по таблице 6 СП 50.13330.2012:

αext=23 Вт/(м²°С) - согласно п.1 таблицы 6 СП 50.13330.2012 для наружных стен.

R0усл=1/8.7+0.01/0.64+0.39/0.41+0.12/0.041+1/23
R0усл=4.05м²°С/Вт

Приведенное сопротивление теплопередаче R0пр, (м2°С/Вт) определим по формуле 11 СП 23-101-2004:

R0пр=R0усл·r

r - коэффициент теплотехнической однородности ограждающей конструкции, учитывающий влияние стыков, откосов проемов, обрамляющих ребер, гибких связей и других теплопроводных включений

r=0.85

Тогда, R0пр=4.05·0.85=3.44м²·°С/Вт

Вывод: величина приведённого сопротивления теплопередаче R0прбольше требуемого R0норм(3.44>3.29) следовательно, рассматриваемая конструкция стены удовлетворяет требованиям по тепловой защите применительно к климатическим условиям г. Чебоксары.

Мостик холода

появляется там, где конструкции с высокой теплопроводностью, соприкасаются с наружными и внутренними ограждающими конструкциями одновременно.

Одним из самых распространенных мостиков холода в доме является бетонная перемычка окна, фундамент или армопояс дома. При отсутствии теплоизоляции возникает кратчайший путь для выхода тепла. Тепло всегда устремляется наружу из теплого помещения по пути наименьшего сопротивления.

21 Массивность ограждения. Время полного прогрева ограждения. Инерционность. Термическая однородность ограждения.

Массивность ограждений

Массивность так же называется тепловой инерцией ограждения- это свойство ограждения сопротивляться изменению температурных полей при колебаниях внутренних и наружных параметров. Чем больше массивность ограждений тем более устойчив температурный режим помещения. , где - сопротивление теплопередаче, - коэффициент теплоусвоения материала. Для многослойнойконструкции . В зависимости от массивности принимается наружная температура воздуха при определении требуемого сопротивления теплопередач

D>7	7<D<4	1.5<D<4	D<1.5
(т-ра наиб.хол. пятидн.		т-ранаиб.хол. сут.

По массивности ограждения бывают: массивные; средней массивности; малой массивности, легкие.

Водяной пар в ограждения поступает в результате дифузии либо фильтруется с потоком воздуха. Во втором случае количество внесенного в конструкцию пара может быть весьма значительным. Паропроницаемость материалов характеризуется коэф. паропроницанияm - величина экспериментальная, зависит от пористости и структуры материала; Сопротивление паропроницанию слоя материала определяется по . Полное сопротивление ограждения складывается из внешнего и внутреннего сопротивления: ,b_в и b_н–коэф. влагообмена на поверхности.

термическое сопротивление ограждения R зависит исключительно от теплопроводности материалов, составляющих ограждение, а также от структуры самого ограждения. Для определения R необходимо знать коэффициенты теплопроводности К материалов, составляющих ограждение, их расположение, а также размеры отдельных элементов ограждения. Максимальные значениятермических сопротивлений огражденийили соответственно минимальные значения их коэффициентов теплопередачи не нормируются. Их можно выбирать по экономическим соображениям, исходя из того, что эксплуатационные расходы по зданию с учетом расходов по его амортизации, ремонту и отоплению должны быть наименьшими.

Амплитуда температурных колебаний. Влияние различных факторов на теплопередачу ограждения.

Амплитуда температурных колебаний — важная характеристика погоды и климата, зависящая от ряда условий.

Амплитуда суточных колебаний температуры воздуха зависит от погодных условий. В ясную погоду амплитуда больше, чем в пасмурную, так как облака днем задерживают солнечную радиацию, а ночью уменьшают потерю тепла земной поверхностью путем излучения.

Амплитуда зависит также от времени года. В зимние месяцы при малой высоте Солнца в средних широтах она понижается до 2...3 °С.

Оказывает большое влияние на суточный ход температуры воздуха рельеф: на выпуклых формах рельефа (на вершинах и на склонах гор и холмов) амплитуда суточных колебаний меньше, а в вогнутых (ложбины, долины, котловины) больше по сравнению с равнинной местностью.

Назначение амплитуды влияют и физические свойства почвы:

чем больше суточный ход на самой поверхности почвы, тем больше суточная амплитуда температуры воздуха над ней.

Растительный покров уменьшает амплитуду суточных колебаний температуры воздуха среди растений, так как он днем задерживает солнечную радиацию, а ночью — земное излучение. Особенно заметно уменьшает суточные амплитуды лес.

.Годовой ход температуры воздуха в разных географических зонах различен в зависимости от широты и континентальное™ местоположения. По средней многолетней амплитуде и по времени наступления экстремальных температур выделяют четыре типа годового хода температуры воздуха.

Влажность способствует повышению теплопроводности: сырой материал имеет больший коэффициент теплопередачи и обладает худшими теплозащитными характеристиками по сравнению сухим. Плотный материал имеет больший коэффициент теплопередачи по сравнению с пористым материалом. Увеличение плотности способствует повышению к. Уменьшение плотности приводит к снижению к.