Цель работы: Знакомство с приборами для измерения температуры поверхностей ограждения, измерение распределения температура различных участков ограждений.

Литература

1. Исаченко В.П.,Осипова В.А. Сукомол А.С. Теплопередача.- М.:

Энергия. 1981,§1.2 – 1.4,с.8-11, §2.1с.29

2. Синицына И.Е., Корепанов Е.B. Методические указания по теплогидравлическим расчетам в дисциплине ТГВ. - Ижевск; Ротапринт ИМИ, I986, с.13-15 (ч.Т) , с.4-5 (ч.2) .

Задание

1. Измерить распределение температуры по поверхности участка сте­ны в углах, в участках с радиаторами отопления или с оконными проемами (по указанию преподавателя). Построить температурное поле в выбранном масштабе.

2. Вычислить распределение плотности теплового потока по поверх­ности заданной области. Изобразить результаты графически. Сравнить теплопотери с теплопотерями с анало-гичной площади, с изотермической поверхностью (температу-ра изотермической поверхности принимается равной темпе-ратуре наружной стены аудитории без оконных проемов вдали от радиаторов отопления).

3. Оформить отчет.

Основные сведения

На ограждающие конструкции зданий приходится значительная (до 80%) часть общих потерь тепла. При проектировании ограждающих конструкций часто возникает необходимость в расчете теплопотерь с учетом отдельных элементов конструкций ограждений. В таких конструкциях расчет участков, в пределах которых образуются одномерные температурные поля не отражает фактического распределения температур, так как в этих конструкциях возникают двух- и трехмерные температурные поля. Из всего многообразия геометрических форм и конструктивных решений ограждающих конструкций можно выделить следующие элементы, в которых нарушается одномерность температурного поля: ограждения в зоне стыка, около угла; карнизные узлы, около проемов, в зоне примыкания перекрытая и перегородок к стенам; ограждения с теплопроводными включениями; участки стены с радиаторами отопления.

Теплопередача в установившихся условиях предполагает не-изменность теплосодержания материалов конструкций и условий на поверхности с течением времени. Для определения коэф-фициентов теплоотдачи следует руководствоваться указаниями СНиП 11-3-79**. Для зимних условий коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности a н принимается от 6 до 23 Вт/(м2 · град) в зависимости от расположения ограждающей конструкции. Для условий внутри помещения коэффициент теплоотдачи aв прини-мается от 7,6 до 9,9 Вт/(м2 х град) в зависимости от выступающих ребер. Рекомендуется также определить коэффициент конвек-тивного теплообмена в помещении по формуле:

a B =1,66(t B -t B) 0,333 (1)

где t B и t B - температура воздуха и поверхности.

Теплопотери рассчитываются по закону Ньютона-Рихмана:

Q=qF=a B (t B -t B)F , (2)

Q=(t B -t B)/ (1/a B +d c /l c +1/a н) (3)

Измерительная аппаратура

Температура поверхности измеряется термощупом. В основе термощупа либо термопара, либо термистор (полупроводниковый термометр сопротивления). Тип используемого термощупа определяет преподаватель.

I. Термощупы с термопарой,

По выбору преподавателя может быть использован термощуп или с одиночной термопарой, или с гипертермопарой. Преподава-

телем задается также и вторичный прибор (милливольтметр или потенциометр). На рис.II показана схема включения измери-тельных приборов.

2. Термощуп с термистором

В качестве вторичного прибора для термощупа с термистором

используется омметр. Схема включения показана на рис.12.

Каждый термистор имеет индивиду-альную характеристику, прилагаемую к

термощупу Рис.12. Схема включения

термистора

Порядок проведения измерений

1. Разбить заданную область исследования на равные пло- щадки.

2. Измерить температуру в центре площадок.

3. Вычислить по фоомуле (I) коэффициент теплоотдачи a B .

4. По формуле (3) вычислить теплопотери через каждую пло-щадку, приняв a н =20 Вт/(м2°С).

5. Вычислить общие твплопотери.

6. Измерить температуру "глухой" изотермической наружной стены аудитории, вычислить для этой температуры a B и q . Сравнить теплопотери.

7. Построить изотермы, распределение коэффициентов тепло-

отдачи тепловых потоков.

8. Оформить отчет.

1. Чертеж заданной области с изображением разбивки на участки и значениями температур.

2. Описание измерительной аппаратуры и схема ее подключения.

3. Графическая обработка результатов измерений.

4. Выводы.

5. Лабораторная работа № 4.

Исследование теплотехнических характеристик наружной стены.

Цель работы: Ознакомление с экспериментальными методами определения граничных условий теплообмена, методами расчета теплотехнических характеристик наружных стен.

Список литературы

1. Богословский В.Н., Щеглов В.П., Разумов Н.Н. Отопление и вентиляция. - М.: Стройиздат, I98O. - 295 с. §,3,5,6.

2. Исаченко В.П., Осипова В.А.,Сукомол А.С. Теплопереда-ча.-М.: Энергия. I981. §2.1, с.24-32.

3. Синицына И.Е., Корепанов Е.В, Методические указания по тепло-гидравлическим расчетам в дисциплине ТГВ. - Ижевск: Ро-тапринт ИМИ. 1986, с.7-9, 13. 21-22.

Задание

1. Измерить температуру внутреннего t в и наружного t н.воздуха, температуру внутренней t в и наружной t н поверхности стены. Вычислить плотность теплового потока q .

2. По результатам эксперимента вычислить коэффициенты теплоотдачи на внутренней a B и наружной a н поверхностях стены.

3. Вычислить термическое сопротивление теплопередаче через стену Rо, коэффициент теплопередачи k. Сравнить термическое сопротивление Rо с требуемым Rо тр.

4. Оформить отчет.

Основные сведения

Потери тепла через ограждающие конструкции здания определяются по формуле

Q=qF= k(tв -tн)Fn=(tв -tн)Fn/Ro ,

где k = 1/Ro – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 х град);

Ro – термическое сопротивление ограждающих конструкций, (м2 х град)/Вт;

F - площадь, м2; tв и tн - температуры внутреннего и наружного воздуха; n - поправочный коэффициент на разность температур (для наружных стен, омываемых наружным воздухом, n= I).

Величину r o для многослойных конструкций следует опреде-лить как результат сложения термического сопротивления тепло-восприятияю Ra B (конвективный теплообмен на внутренней по-верхности), суммы термических сопротивлений теплопроводности отдельных слоев конструкции ∑ R ٨i и термического сопротив-ления теплоотдаче Ra н и (конвективный теплообмен на наруж-ной поверхности),то есть

Rо= Ra B + ∑ R ٨i + Ra н =1/a B + ∑ δi/λi + 1/a н

Требуемое термическое сопротивление

Rо тр =n(tв -tн)/(Δt н a B).

где Δt н - нормальный температурный перепад (t B -t B),

Для Ижевска tв =18ºС , tн = - 38 0 C, Δtн = 6ºС,

a B = 8,7 Вт/(м2 х град), aн =23,2Вт/(м2 х град).

Описание экспериментального участка

Исследования проводятся на участке наружной стены (рис. 13), состоящей из слоя шту-катурки толщиной δ ш =0,015± 0,001 м, (δ ш = 0,75 Вт/(м х град)), слоя керамзито бетона 6с= 0,26 ± 0,005м (λс= 0,17 Вт/(м х град)) и фактурного слоя 6 ф =0,03± 0,001 м

(λ ф = 1,3 Вт/(м х град)). Температура внутреннего воз-духа измеряется жидкостным термометром tв, а наружного -жидкостным термометром tн. Для измерения температуры внутренней τ в и наружной по-верхности стены установлены гипер-термопары хромель-копель (10 последовательно вклю-ченных термопар). Термо-Э.Д.С с термопар подаются на потенциометр через переключатели термопар ПТ и полярности В 4 Потенциометр от измерительной цепи отключается выключателемВ 2 Холодный спай термопар поддерживается при t кс = 0°С, для чего холодный спай помещен в сосуд Дьюара.

Порядок проведения измерений

1. Ознакомиться с описанием измерительного участка, про-верить правильность включения измерительных приборов, довести калибровку потенциометра (правильность подготовительной ра-боты проверяется преподавателем или лаборантом).

2. Измерить температуру внутреннего tв и наружного t н воздуха. Установить переключатель полярности в положение ‘+’. В положении переключателя ПТ "I" измеряется температура tв, а в положении "2" - температура τ н. Если стрелка потенциометра зашкаливает влево (за ноль), то переключатель полярности

необходимо установить в положение "-" (отрицательная темпера-тура). Результаты измерения заносятся в протокол.

3. Обработать результаты измерений. Вычислить теплотехнические характеристики наружной стены.

Оформить отчет.

Обработка результатов измерений Термическое сопротивление теплопроводности стены

R λ =∑ R ٨i =δш/ λш + δc/λc + δф/λф,м2 * град/Вт,

Плотность теплового потока

q=(tв –tн)/ R λ Вт/м2

Относительная погрешность вычисления q

Δq/q = (Δtв + Δtн)/ (tв –tн) + ΔR λ / R λ

Коэффициенты теплоотдачи на поверхностях стен

a B =q/(tв –τв) ,Вт/(м2*град),

a н =q/(τн –tн) ,Вт/(м2*град),

Относительная погрешность вычисления a B и a н

Δa B / a B = Δq/q + (Δtв +Δτв)/ (tв –τв),

Δa н / aн = Δq/q + (Δtн +Δτн)/ (τн- tн),

Термическое сопротивление теплопередачи

Rо=1/ a B +R λ +1/ aн,(м2*град)/Вт,

Относительная погрешность вычисления Rо

ΔRо/Rо =Δ a B / a B + Δ R λ / R λ + Δaн/ aн

Коэффициент теплопередачи k=1/Rо,Вт/(м2 х град).

Относительная погрешность

1. Краткое описание работа.

2. Схема рабочего участка, тип приборов и датчиков.

3. Протокол проведения измерений,

4. Результаты обработки измерений.

5. Выводы.

Протокол исследований

Продолжение

6.Лабораторная работа №5

Объект экспертизы: квартира в жилом многоквартирном доме.

Предмет экспертизы: определение причины плесени на конструкциях квартиры. Выдача рекомендаций по устранению промерзания в наружной стене.

Общие положения

Основанием для проведения строительно-технической экспертизы служит Договор, в котором указывается предмет экспертизы и перечень работ, которые необходимо выполнить. При выполнении экспертизы производился учет полученных данных, выборочная фотофиксация.

1. Экспертом произведено визуальное и инструментальное (тепловизионное) исследование объекта, в результате чего зафиксировано и установлено следующее:

В угловом жилом помещении квартиры, расположенной на 1-ом этаже здания минимальная температура поверхности наружной стены составляет 13 °С. При вскрытии с внутренней стороны отделочного покрытия наружной стены под текстильными обоями зафиксировано наличие 2-х слоев гипсокартона и слоя пенополистирола. Минимальная температура поверхности наружной стены без слоя утеплителя составляет 9 °С.

Температура воздуха в угловом жилом помещении составляет 20 °С.

В угловом жилом помещении квартиры имеется один оконный проем, непосредственно под которым располагается отопительный прибор (радиатор), который находится в рабочем (включенном) состоянии.

2. Экспертная оценка .

Согласно СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий” «Температурный перепад, °С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не должен превышать нормируемых величин, °С, установленных в таблице 5».

Таблица 5 - Нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции

Таким образом температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности наружной стены в жилом помещении квартиры здания составляет = tв - tп = 20-13 = 7 ºС, что превышает нормируемый температурный перепад для наружных стен равный 4 ºС. Следовательно, наружные ограждающие конструкции (стены) жилого помещения квартиры здания не отвечают требованиям СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий”.

Достижение температуры на внутренней поверхности наружных стен температуры (9 °С) ниже температуры точки росы является нарушением требований СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий” иСП 23-101-2004 “Проектирование тепловой защиты зданий”, согласно которым «Температура внутренних поверхностей наружных ограждений здания, где имеются теплопроводные включения (диафрагмы, сквозные включения цементно-песчаного раствора или бетона, межпанельные стыки, жесткие соединения и гибкие связи в многослойных панелях, оконные обрамления и т.д.), в углах и на оконных откосах не должна быть ниже, чем температура точки росы воздуха внутри здания (таблица 3) при расчетной относительной влажности и расчетной температуре внутреннего воздуха».

Таблица 3 - Температура точки росы воздуха внутри здания для холодного периода года

Согласно СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий” «Нормами установлены три показателя тепловой защиты здания: а) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания; б) санитарно-гигиенический, включающий температурный перепад между температурами внутреннего воздуха и на поверхности ограждающих конструкций и температуру на внутренней поверхности выше температуры точки росы; в) удельный расход тепловой энергии на отопление здания, позволяющий варьировать величинами теплозащитных свойств различных видов ограждающих конструкций зданий с учетом объемно-планировочных решений здания и выбора систем поддержания микроклимата для достижения нормируемого значения этого показателя.Требования тепловой защиты здания будут выполнены, если в жилых и общественных зданиях будут соблюдены требования показателей "а" и "б" либо "б" и "в"».

Исходя из вышеуказанного, экспертиза может сделать вывод, что требования тепловой защиты жилого помещения квартиры здания не выполняются, т.к. не выполняются требования показателей “б”.

Согласно “Классификатор основных видов дефектов в строительстве и промышленности строительных материалов” «Дефектом является каждое единичное отступление от проектных решений или неисполнение требований норм».

Вывод строительной экспертизы

Предмет экспертизы: определение причины промерзания в наружной стене квартиры. Выдача рекомендаций по устранению промерзания в наружной стене.

Экспертное заключение: на основании проведенного исследования, экспертиза может сделать вывод, что причиной промерзания в наружной стене квартиры является нарушение требований тепловой защиты здания по санитарно-гигиеническому показателю, обусловленное низким температурным перепадом между температурой внутреннего воздуха и на поверхности ограждающей конструкции (стена), и температурой на внутренней поверхности стены ниже температуры точки росы.

Согласно “ВСН 58-88(р) Положение об организации и проведении реконструкции, ремонта и технического обслуживания зданий, объектов коммунального и социально-культурного назначения” «Перечень основных работ по текущему ремонту зданий и объектов: 7. Утепление промерзающих участков стен в отдельных помещениях».

Согласно СП 23-101-2004 “Проектирование тепловой защиты зданий” «В двухслойных стенах предпочтительно расположение утеплителя снаружи. Используются два варианта наружного утеплителя: системы с наружным покровным слоем без зазора и системы с воздушным зазором между наружным облицовочным слоем и утеплителем. Не рекомендуется применять теплоизоляцию с внутренней стороны из-за возможного накопления влаги в теплоизоляционном слое, однако в случае необходимости такого применения поверхность со стороны помещения должна иметь сплошной и долговечный пароизоляционный слой».

Исходя из вышеуказанного, рекомендуется в теплый период года с предварительным контролем влажности наружных стен (при необходимости просушить стены) выполнить усиление теплозащиты наружных стен с применением пенополистирольных плит марки 25 по ГОСТ 15588-86 толщиной 70 мм с расположением утеплителя снаружи и устройством (восстановлением) защитного слоя из штукатурки. Работы проводить в соответствии с действующими на территории РФ нормативно-техническими требованиями СНиП 3.03.01-87 “Несущие и ограждающие конструкции”, СП 12-101-98 “Технические правила производства наружной теплоизоляции зданий с тонкой штукатуркой по утеплителю”, МДС 55-1.2005 “Стены с теплоизоляцией из пенополистирола и минераловатных плит с отделочным слоем из тонкослойной штукатурки. Материалы для проектирования и рабочие чертежи узлов” и “Расчет и проектирование ограждающих конструкций зданий (Справочное пособие к СНиП II-3-79**)”.

• Определение причины промерзания - Определение причины промерзания в наружной стене квартиры. Выдача рекомендаций по устранению промерзания в наружной стене.

Причины увлажнения ограждающих конструкций. Коэффициент теплопроводности материала существенно возрастает с повышением влажности, что приводит к снижению теплозащитных качеств ограждения. Рост теплопотерь здания сопровождается понижением температуры на внутренней поверхности ограждения и внутреннего воздуха, повышением влажности воздуха и появлением сырости на наиболее охлаждаемых участках внутренней поверхности ограждения.

Возможными причинами увлажнения ограждения могут быть следующие:

1. Строительная влага, которая попадает в ограждения во время возведения здания. Ее количество зависит от начальной влажности применяемых материалов, сборных деталей, а также от увлажнения в связи с применением мокрых технологических процессов (кладка кирпича на растворах, штукатурка мокрым способом и т. д.).

2. Грунтовая влага, проникающая в ограждение из грунта, под действием капиллярных сил при отсутствии или плохом выполнении гидроизоляции между подземными и наземными конструкциями.

3. Метеорологическая влага, проникающая в ограждение в связи с выпадением косых дождей, мокрого снега или инея. Воздействие этой влаги в сухих или умеренных районах обычно бывает непродолжительным. Однако, в некоторых климатических районах с ветрами постоянного направления и сопровождающими их дождями (например, в приморских районах Дальнего Востока) этот вид влаги является основным источником увлажнения ограждений.

4. Гигроскопическая влага, проникающая в ограждения вследствие гигроскопичности его материала, т. е. его способности поглощать (сорбировать) влагу из воздуха.

5. Конденсационная влага, появляющаяся в ограждениях, вследствие конденсации проникающих из воздуха водяных паров. Конденсация водяных паров может происходить как на внутренней поверхности, так и в его толще.

Из перечисленных источников увлажнения конденсация водяных паров является основной причиной повышенного увлажнения ограждения в процессе его эксплуатации.

Характеристики влажностного состояния воздуха.

е – парциальное давление водяного пара или упругость водяного пара, Па. Это часть общего давления паровоздушной смеси, обусловленная наличием пара в воздухе. Парциальное давление возрастает по мере увеличения количества водяных паров в воздухе.

Е – давление насыщенного водяного пара, Па. Зависит от температуры: чем выше температура, тем больше Е. Предельное значение парциального давления Е возрастает с ростом температуры. Степень насыщения воздуха водяными парами выражается относительной влажностью воздуха.

φ (фи) – относительная влажность воздуха – это выраженное в процентах отношение парциального давления водяного пара е к давлению насыщенного пара Е при той же температуре.

φ = е / Е ·100%

t d – температура точки россы – температура, при которой воздух достигает насыщения водяными парами. Должно выполняться условие t si > t d , где t si -

Параметры микроклимата помещений. Теплопроводность плоской стенки. Коэффициент теплопроводности материала.

Параметры микроклимата.

t int – внутренняя температура воздуха, о С, о К

φ int – относительная влажность воздуха, %

v int – подвижность воздуха, м/с

t si – средняя температура внутренней поверхности ограждающей конструкции, о С, о К.

Теплопроводность плоской стенки. Плоская стенка – простейший вид расчетной модели ограждающей конструкции здания, разделяющая воздушные среды с разными температурами.

Рассматривается холодный период, температура наружного t se и внутреннего t si воздуха заданы и не меняются с течением времени. То есть процесс теплопроводности через стенку является стационарным.

Рассмотрим однородную стенку (выполненную из одного материала) толщиной δ, коэффициент теплопроводности которой равен λ. Выделим внутри стенки слой толщиной dx, ограниченный двумя изотермами (линии на диаграмме состояния, изображающие процесс, происходящий при постоянной температуре). В пределах этого слоя температура изменяется на dt.

На основании закона Фурье уравнение для этого случая можно записать как , откуда

Величина плотности теплового потока q при стационарных условиях постоянна в каждом сечении. Поэтому, интегрируя, получим:

Постоянная С определяется из граничных условий, а именно: при x = 0 t = t si = C, при x = δ t = t se .

Подставим эти значения и получим выражение для плотности теплового потока:

Можно сделать вывод: количество теплоты, проходящее через единицу поверхности стенки в единицу времени, прямо пропорционально коэффициенту теплопроводности λ, разности температур на поверхностях стенки (t si - t se) и обратно пропорционально толщине стенки δ.

Последнюю формулу можно записать как

Отношение δ/λ называется термическим сопротивлением однородного ограждения или отдельного слоя в многослойном ограждении

Коэффициент теплопроводности материала - характеризует способность материала проводить тепло.

Численно коэффициент теплопроводности равен количеству теплоты, проходящему за 1 сек через 1 м 2 поверхности при grad t, равном 1˚C/м. Единица измерения λ: Вт/(м · ˚C). Большое влияние на теплопроводность материалов оказывает их влажностное состояние: λ увеличивается с повышением влажности.

Термическое сопротивление. Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции.

Термическое сопротивление. Отношение δ/λ называется термическим сопротивлением однородного ограждения или отдельного слоя в многослойном ограждении

Термическое сопротивление численно равно разности температур, при которой через стенку проходит тепловой поток плотностью 1 Вт/м 2 , и измеряется в м 2 ·ºС/Вт.

Для многослойной конструкции, состоящей из n слоев, термическое сопротивление равно сумме сопротивлений отдельных слоев

где δ i – толщины отдельных слоев, м; λ i – коэффициенты теплопроводности материалов этих слоев, Вт/(м · ˚C); i = 1, 2,…, n.

Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции.

.

сопротивлением теплопередаче однослойного ограждения:

Требуемое сопротивление теплопередаче. СНиП 23-02-2003. Наружные ограждающие конструкции должны быть запроектированы таким образом, чтобы их сопротивление теплопередаче R 0 (для однородных конструкций) или приведенное сопротивление теплопередаче R r 0 (для неоднородных конструкций) было не меньше нормируемого значения R req . Следовательно, должно выполняться условие:

Для однородных конструкций - R 0 ≥ R req ;

Для неоднородных конструкций - R r 0 ≥ R req .

Установление требований к теплозащитным свойствам ограждений неразрывно связано с задачей энергосбережения в зданиях, а именно: с уменьшением затрат на отопление. Количественной характеристикой, определяющие эксплуатационные расходы. то есть издержки на отопление, являются градусо-сутки отопительного периода – D d , ºС·сут. Величина D d зависит от расчетной температуры внутреннего воздуха t int , а также от средней температуры наружного воздуха отопительного периода t ht , ºС, и от продолжительности отопительного периода z ht , сут.

D d = (t int - t ht)· z ht

Значения t ht и z ht следует принимать согласно СНиП 23-01-99 для соответствующего города или населенного пункта. Требуемое сопротивление теплопередаче R req зависит от D d , назначения помещения и вида ограждающей конструкции.

Стены. Однослойные стены выполняют из конструкционно-теплоизоляционных материалов, совмещающих несущие и теплозащитные функции (пенобетоны, ячеистые бетоны и др.) В двухслойных стенах утеплитель может располагаться как внутри, так и снаружи. Возведение трехслойных стен с внутренним расположением утеплителя возможно с использованием различных конструкционных материалов (лесоматериалы, штучные каменные материалы, различные панели и монолитные конструкции). Внутренний и наружный слои трехслойной конструкции должны быть связаны между собой (жесткими или гибкими связями).

Толщина первого слоя – внутренней несущей стены – определяется прочностными требованиями; толщина теплоизоляционного слоя диктуется теплофизическими требованиями и определяется по расчету; назначение третьего (лицевого) слоя – защитить утеплитель от внешних воздействий.

Специальные требования предъявляются к утеплителю, так как в данном случае ремонтно-восстановительные работы невозможны. Основными из этих требований являются устойчивость к деформациям и влагостойкость. Данным требованиям отвечают и, чаще всего, применяются минеральная вата, пенополистирол и стекловата.

При проектировании и эксплуатации трехслойных стен с внутренним расположением утеплителя существует проблема – это конденсация влаги внутри конструкции. Водяной пар, в результате диффузии попадающий в толщу стены, может привести к прогрессирующему отсыреванию утеплителя и потере им своих теплоизоляционных качеств. Утеплитель может не просохнуть даже в теплое время года, так как наружный слой является барьером на пути испаряющейся влаги. Чтобы этого избежать, рекомендуется с внутренней стороны ограждающей конструкции устраивать слой пароизоляции или – снаружи – воздушный вентиляционный зазор.

Предпочтительнее расположение утеплителя снаружи. Используются два варианта наружного утепления : системы с наружным покровным слоем без зазора и системы с воздушным зазором между наружным облицовочным слоем и утеплителем.

Системы с наружным покровным слоем иначе называют системами наружного утепления «мокрого типа». В теплоизоляционной системе можно выделить три основных слоя:

Теплоизоляционный – плиты из теплоизоляционного материала с низким коэффициентом теплопроводности (например, минераловатные или из пенополистирола);

Армированный – слой из специального клеевого состава, армированного устойчивой к щелочи сеткой;

Защитно-декоративный – грунтовка и декоративная штукатурка (минеральная или полимерная); возможна окраска водопроницаемыми красками, могут также использоваться облицовочные материалы (например, клинкерная плитка).

Покрытия. Покрытия жилых и общественных зданий могут быть бесчердачными (совмещенными) и раздельной конструкции, верхнее и нижнее перекрытия которой образуют чердачное пространство. В зависимости от способа удаления вентиляционного воздуха оно может быть холодным или теплым. В крыше с холодным чердаком внутреннее пространство должно вентилироваться наружным воздухом через специальные отверстия в стенах. В этом случае теплоизоляция укладывается по чердачному перекрытию. В крыше с теплым чердаком чердачное пространство, имеющее утепленные наружные стены и утепленное кровельное покрытие, обогревается теплым воздухом, который поступает из вытяжной вентиляции дома.

Распределение температур в ограждающей конструкции.

В условиях стационарной теплопередачи распределение температур в конструкции подчиняется определенным закономерностям, поэтому можно определить температуру в любом сечении стены.

Установим, как меняется температура по толщине однослойной стенки, на поверхностях которой заданы постоянные температуры t si и t se . Подставим в уравнение найденное значение константы С и получим зависимость температуры от толщины

Следовательно, температура однородной стенки меняется по линейному закону. График изменения – прямая линия с угловым коэффициентом -q/λ, равным тангенсу угла наклона температурного графика к оси X:

То есть tg α обратно пропорционален коэффициенту теплопроводности.

Следовательно, чем лучше материал проводит тепло, тем меньше угол наклона температурного графика к оси X (и меньше градиент температур), и наоборот .

В многослойной стене график распределения температур представляет собой ломаную линию, каждый участок которой соответствует одному слою конструкции, а угол наклона участка ломаной зависит от теплопроводности материала данного слоя. В плотном теплопроводном слое стены часть графика является пологой, основное изменение температуры отмечается в теплоизоляционном слое.

Рассмотрим две двухслойные стены, состоящие из слоя кирпичной кладки и слоя утеплителя. Материалы и толщины слоев одинаковы, но их расположение различно.

В случае а утеплитель находится с внутренней стороны стены, в варианте б – снаружи. Термические сопротивления этих конструкций равны. Сравним температурные графики. При наружном расположении слоя теплоизоляции температура на поверхности кладки падает незначительно. Это означает, что кладка всегда будет теплой, не будет возникать трещин от температурных деформаций. При внутреннем утеплении стены кирпичная кладка в течение года подвергается воздействию больших колебаний температуры, что приводит к возникновению температурных напряжений в ней; зимой эта стена будет более холодной.

График распределения температур в многослойной конструкции из ломаной линии превратится в прямую, соединяющую t si и t se , если эту конструкцию вычертить в масштабе термических сопротивлений, то есть по оси абсцисс отложить не толщины слоев δ i , а значения их термических сопротивлений R i = δ i /λ i .

Рассмотрим для простоты двухслойную стенку, температура на границе слоев – t 1 . Построим два треугольника: ABD и ACE.

Из Δ ABD ; изΔ ACE .

В масштабе термических сопротивлений температурный график – прямая линия.

На этой закономерности основан графический способ определения температур в любом сечении стены x (рис.3.5). Это же значение можно рассчитать аналитически, зная величину термического сопротивления R x от внутренней поверхности до данного сечения

Значение температуры в сечении x можно найти по графику или вычислить по формуле

.

Светопрозрачные ограждающие конструкции. Сопротивление теплопередаче.

Светопрозрачные ограждающие конструкции. Существенное влияние на формирование микроклимата помещений оказывают светопрозрачные ограждения. Основные теплопотери зимой и теплопоступления летом происходят именно через окна и фонари вследствие их небольшого сопротивления теплопередаче, поэтому добиться комфортных тепловых условий в помещении при больших размерах светопроемов достаточно сложно. Это требует значительных расходов энергии на отопление зданий зимой и на их охлаждение летом. Поэтому в СНиП 23-02-2003 введено ограничение на площадь окон жилых и общественных зданий.

Выбор светопрозрачных ограждающих конструкций производится по следующей методике. Определяется коэффициент остекленности фасада f (это выраженное в процентах отношение площадей окон к суммарной площади наружных стен, включающей светопроемы, все продольные и торцевые стены).

Если коэффициент остекленности фасада f не превышает 18% - для жилых зданий и 25% - для общественных зданий , то конструкция окон выбирается следующим образом.

По формуле D d = (t int - t ht)· z ht вычисляют градусо-сутки отопительного периода D d . В зависимости от величины D d и типа проектируемого здания, используя данные таблицы, определяют требуемое сопротивление теплопередаче светопрозрачных конструкций R req .

Выбор светопрозрачных ограждающих конструкций осуществляется по значению приведенного сопротивления теплопередаче R r 0 . Оно может быть получено в результате сертификационных испытаний.

Если выполняется условие: R r 0 ≥ R req , то светопрозрачная конструкция удовлетворяет нормативным требованиям.

Если объемно-планировочное решение здания требует больших площадей остекления и если коэффициент остекленности фасада f более 18% - для жилых зданий и более 25% - для общественных зданий, то следует выбрать окна с приведенным сопротивлением теплопередаче R r 0:

Не менее 0,51, если D d  3500, Ссут;

Не менее 0,56, если 3500 < D d  5200, Ссут;

Не менее 0,65, если 5200 < D d  7000, Ссут.

Сопротивление теплопередаче. Рассмотрим однородную плоскую стенку с коэффициентом теплопроводности λ и толщиной δ. Она разделяет две воздушные среды: внутреннюю с температурой t int и наружную с температурой t ext , которые не меняются с течением времени. Следовательно, процесс теплопередачи через стенку является стационарным.

В холодное время года существуют температурные перепады t int - t si и t se - t ext , следовательно, происходит теплообмен между поверхностями ограждающей конструкции и окружающим воздухом. Коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхностей, соответственно, равны α int и α ext . Перенос тепла через стенку, вызванный разностью температур t si - t se , происходит путем теплопроводности.

При стационарной теплопередаче количество тепла, переданного от теплого воздуха стенке, равно количеству тепла, отданному от стенки наружной среде. Исходя из закона Ньютона, плотность теплового потока от внутреннего воздуха стенке определяется выражением

Плотность теплового потока, переносимого теплопроводностью сквозь стенку, равна

Аналогично, тот же самый поток передается от наружной поверхности холодному воздуху

Из этих уравнений определим температурные перепады и запишем систему:

Сложив левые и правые части, получим разность температур внутреннего и наружного воздуха

.

Знаменатель этого выражения называется сопротивлением теплопередаче однослойного ограждения:

Для многослойной конструкции нужно учитывать термическое сопротивление каждого слоя. В этом случае сопротивление теплопередаче определяется следующим образом

где n – число слоев конструкции.

Сопротивление теплопередаче определяет теплозащитные свойства ограждающей конструкции в стационарных условиях. Такие условия характерны для холодного периода года: зимой температура наружного воздуха часто бывает устойчивой, а отопление поддерживает постоянную внутреннюю температуру.

Санитарно-гигиенический показатель тепловой защиты зданий. Ограничение температуры и конденсации влаги на внутренней поверхности ограждения.

Санитарно-гигиенический показатель тепловой защиты зданий. Согласно методике проектирования тепловой защиты зданий, изложенной в СП 23-101-2004, ограждающие конструкции следует проверить на обеспечение комфортных условий в помещениях и на невыпадение конденсата в местах теплопроводных включений. Эти требования соответствуют показателю «б» - санитарно-гигиеническому показателю тепловой защиты зданий. Этот показатель включает температурный перепад между температурами внутреннего воздуха и внутренней поверхности ограждения, а также температуру на внутренней поверхности выше точки росы. на тепловой комфорт в помещении оказывают влияние температуры внутренних поверхностей. Так, в холодный период температура внутренней поверхности наружной ограждающей конструкции t si не должна быть намного ниже, чем температура воздуха помещения t int , иначе, находясь вблизи ограждения, человек будет испытывать неприятное чувство холода из-за отвода тепла излучением в сторону холодной поверхности.

Вводится температурный перепад Δt между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения:

Δt = t int - t si

Выведем формулу для определения Δt. Рассмотрим стационарную теплопередачу через ограждающую конструкцию (например, однородную в теплотехническом отношении) с сопротивлением теплопередаче R 0 . Плотность теплового потока через конструкцию определяется по формуле

У внутренней поверхности ограждающей конструкции теплоперенос происходит по закону Ньютона

Приравняв правые части выражений для стационарного теплового потока q, выразим Δt:

В СНиП 23-02-2003 в формуле для Δt вводится поправочный коэффициент n, и она принимает вид

где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху (приведен в таблице),

α int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, (принимаемый по таблице);

t int – расчетная температура внутреннего воздуха;

t ext - расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01-99.

Расчетный температурный перепад Δt между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения не должен превышать нормируемых величин Δt n , то есть должно выполняться условие:

Δ t ≤ Δ t n

Значения Δt n приведены в таблице.

Ограничение температуры и конденсации влаги на внутренней поверхности ограждения. В холодный период года температура поверхности ограждающих конструкций, обращенной в отапливаемое помещение, всегда на несколько градусов ниже температуры внутреннего воздуха. Воздух, соприкасающийся с внутренней поверхностью ограждающих конструкций, охлаждается до температуры самой поверхности, и в процессе такого охлаждения может достигнуть точки росы t d . В этом случае на поверхности ограждения происходит образование конденсата. Во избежание этого должно выполняться условие:

t si > t d ,

где t si - температура внутренней поверхности ограждающей конструкции.

Наиболее вероятно выпадение конденсата на участках поверхности с пониженными температурами: углах наружных стен, местах теплопроводных включений.

Температура внутренних поверхностей наружных ограждений здания, где имеются теплопроводные включения (диафрагмы, сквозные включения цементно-песчаного раствора или бетона, межпанельные стыки, жесткие соединения и гибкие связи в многослойных панелях, оконные обрамления и т.д.), в углах и на оконных откосах не должна быть ниже, чем температура точки росы воздуха внутри здания t d при расчетной относительной влажности  int и расчетной температуре внутреннего воздуха t int . Для жилых и общественных зданий температура точки росы t d приведена в таблице при расчетных значениях температуры и относительной влажности воздуха.