Влажностный режим ограждений конструкций

Содержание

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

  Строительная теплофизика — раздел строительства, науки и техники, в котором рассматривается тепломассообмен в зданиях, сооружениях, ограждающих конструкциях, системах обеспечения микроклимата, в технологических процессах изготовления строительных материалов, конструкций и изделий. Строительная теплофизика — теоретическая основа строительства. Она находится на стыке строительства и энергетики, поэтому в ней широко используются теории строительных конструкций, тепломассообмена, термодинамики, климатологии, санитарии и гигиены, методы теории подобия, аналитических и числительных расчетов на ЭВМ, метод аналогии, теории измерений. Она возникла в XVII—XVIII вв. в работах Н.А.Львова, И.И.Свиязева, С.Б.Лукашевича на основе теорий теплоты М.В.Ломоносова и гигрометрии Г.В.Рихмана. Однако основоположником строительной теплофизики, вероятно, следует считать О.Е.Власова, издавшего в 20-х гг. ряд работ по этой отрасли знаний. В 40-е - нач. 50-х гг. были разработаны классическая теория теплоустойчивости ограждений и помещения (О.Е.Власов, С.Н.Муромов, А.М.Школовер, Л.А.Семенов), теории строительной климатологии (К.Ф.Фокин, В.М.Ильинский), теплопередачи ограждений (В.Д.Мачинский, К.Ф.Фокин, Б.Ф.Васильев), влажностного режима ограждений (О.В.Власов, К.Ф.Фокин, А.В.Лыков, Ф.В.Ушков, Э.Х.Одельский, А.М.Шкловер), воздухопроницаемости ограждений (Р.Е.Брилинг, Ф.В.Ушков), теплообмена в помещении (С.Н. Шорин, Л.А. Семенов) и летнего теплового режима (Б.Ф.Васильев). 
  Главным предметом рассмотрения в строительной теплофизике является теплофизика зданий и сооружений. Ее основные разделы: внутренний микроклимат, общий теплообмен в помещении, комфортность, оптимальность внутренних условий (защитные свойства ограждающих конструкций, их теплопередача, воздухопроницаемость и влажностный режим); строительная климатология, расчетные зимние и летние условия, годовой режим изменения внешним климатам, воздействий; тепловой, воздушный и влажностный режимы здания как единой энергетической системы; создание современного здания с заданной обеспеченностью внутренних условий и эффективным использованием энергии и др. ресурсов. 
   Значение строительной теплофизики заметно возросло в связи с индустриализацией, массовостью и многообразием строительства, с появлением и широким применением новых конструкций и строительных материалов. Основополагающими стали конструктивные решения при сооружении зданий с комфортным для человека и оптимальными для технологических процессов микроклиматом в условиях крайне разнообразного и сурового климата внешней среды. В строительной теплофизике разработаны различные конструктивные и производственные решения и приемы, связанные с тепломассообмеными процессами в зданиях, сооружениях и др. объектах строительства.  
   Строительная теплофизика определяет основополагающие параметры, которые должны учитываться при проектировании здания; его ориентацию в застройке относительно сторон света и доминирующих ветров, форму, этажность, планировку, устройство лоджий, балконов, уменьшение "изрезанности" фасадов, наличие специальных устройств для аэрации, возможность сквозного проветривания помещений и пассивного использования солнечной радиации и др. низкопотенцальных нетрадиционных источников энергии.     Важную роль для обеспечения комфортных для человека условий строительная теплофизика отводит наружным ограждениям здания. Они должны обладать хорошими теплозащитными свойствами, равноэффективными в различных сечениях, быть достаточно герметичными и иметь сопротивление воздухопроницаемости, достаточное для обеспечения вентиляций воздухообмена, удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям и быть оптимальными в технико-экономическом отношении. Конструкция ограждения должна исключать накопление влаги. На основе теории теплоустойчивости с использованием показателей теплоусвоения и теплопоглощения помещения рассчитывают теплоустойчивость ограждений и помещений, определяющую стабильность температуры.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Теплотехнический  расчет ограждений  конструкций по  показателю тепловой  инерции D и ГСОП

  Ограждения  здания должны обладать требуемыми  теплозащитными свойствами и  быть в достаточной степени  воздухе и влагонепроницаемыми.

  От теплотехнических  качества наружных ограждений  зависит:

• благоприятный микроклимат зданий, то есть обеспечение температуры и влажности воздуха в помещении не ниже нормативных требований;
• количество тепла, теряемого зданием в зимнее время;
• температура внутренней поверхности ограждения, гарантирующая от образования на ней конденсата;
• влажностный режим ограждения, влияющий на теплозащитные качества ограждения и его долговечность.

   Методика  теплотехнического расчета основана  на том, что оптимальная толщина  ограждающей конструкции находится  исходя из:

• климатических показателей района строительства;
• санитарно-гигиенических и комфортных условий эксплуатации зданий и помещений;
• условий энергосбережения.

    Методика  теплотехнического расчета заключается  в определении экономически целесообразного  сопротивления теплопередаче наружной  ограждающей конструкции.

  При этом  сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции должно быть не менее требуемого сопротивления теплопередаче.

  1.1 Расчет стены

 Характеристика  слоев: 

1 слой – цементно-песчаный  раствор ρ = 1800 кг/м³

2 слой – шлакопемзобетон  ρ = 1200 кг/м³

3 слой – плиты  полужесткие минераловатные ρ = 50 кг/м³

4 слой – керамическая  кирпичная кладка ρ = 1600 кг/м³ 

1. Установим внутренние метеорологические условия 

помещения по температуре воздуха и его  относительной 

влажности согл. (1):

,   

2. По параметрам и установим влажностный режим

 помещения  здания согл. (1):

Влажностный режим - влажный

3. Установим зону влажности территорий застройки согл. (1):

Зона  влажности - сухая

4. Определим условие эксплуатаций ограждающей конструкций согл. (1):

Условие эксплуатаций ограждающей конструкции - А

5. Согл. (1) для материалов слоев 1-4 установим теплопроводности и коэффициенты теплоусвоения S:

                                     δ₁=0.02 м     λ₁=0.93 Вт/м°С     S₁=11.09 Вт/(м²°С)

                                     δ₂=0.25 м     λ₂=0.44 Вт/м°С     S₂=6.73 Вт/(м²°С)

                                                          λ₃=0.06 Вт/м°С    S₃=0.48 Вт/(м²°С)

                                     δ₄=0.12 м     λ₄=0.64 Вт/м°С     S₄=8.48 Вт/(м²°С)

6. Определяем градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) по формуле:

ГСОП = (t_в - t_от.пер.) z_от.пер.,

где  t_в - расчетная температура внутреннего воздуха, °С;

t_от.пер., z_от.пер. - средняя температура, °С, и продолжительность, сут, периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С согл. (2)

t_от.пер =-6⁰С      z_от.пер.=181сут

ГСОП = (20-(-6))*181=4706°С·сут

7. Определяем требуемое сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения определяющихся согл. (1) в зависимости от назначения здания, ГСОП, видов ограждающих конструкций:

 С помощью  формулы интерполяции находим:

:

 где:

y – величина ГСОП, которую мы определили

y = 4706°С·сут

y₁ – величина ГСОП взятая со значением меньше найденного ГСОП, согл. (1)

y₁ = 4000°С·сут

y₂ – величина ГСОП взятая со значением больше найденного ГСОП, согл. (1)

y₂ = 6000°С·сут

x – искомое сопротивление теплопередаче , м²°С/Вт

x₁, x₂ – данные согл. (1) соответствующие величинам y₁, y₂

 м²°С/Вт

8. Определяем требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных), отвечающих санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, по формуле:

 
         п - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху согл. (1)

п = 1

t_в -  расчетная температура внутреннего воздуха, °С

Dt^н - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемых согл. (1)

Dt^н = 4°С

a_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый согл. (1)

a_в = 8.7 Вт/(м²°С)

t_н - расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по (2):

 

 м²°С/Вт

  Т.к. величина требуемого сопротивления  теплопередаче для заданной конструкции  должно быть не менее требуемых значений и определяемых исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий и условий энергосбережения, к расчету принимается значения

9. Определяем действительное термическое сопротивление теплопередаче по формуле:

, м²°С/Вт

a_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый согл. (1)

a_в = 8.7 Вт/(м²°С)

a_н - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности ограждающих конструкций, принимаемый согл. (1)

a_н = 23 Вт/(м²°С)

δ_i - толщина однородного слоя ограждений конструкций.

λ_i – коэффициент теплопроводности однородного слоя ограждения.

  В последней  формуле имеется одна неизвестная  величина δ₃ – толщина теплоизоляции, которую необходимо найти. С этой целью действительное сопротивление приравниваем к требуемой:

δ₃ = 0.048 м 

10. Общая толщина  конструкции:

  

11. Тепловая инерция ограждающей конструкции D:

S_i – коэффициент теплоусвоения материала слоя.

12. Определяем  коэффициент теплопередачи по формуле:

Вт/(м²°С) 
 
 
 
 

  1.2 Расчет над подвальным перекрытием

Характеристика  слоев:

1 слой – линолеум  поливинилхлоридный многослойный

2 слой – цементно-перлитовая  стяжка  ρ = 1000 кг/м³

3 слой – гравий керамзитовый ρ = 600 кг/м³

4 слой – рубероид  ρ = 600 кг/м³

5 слой – железобетонная  плита ρ = 2500 кг/м³ 

1. Согл. (1) для  материалов слоев 1-5 установим 

теплопроводности  и коэффициенты теплоусвоения S:

                            δ₁=0.004 м    λ₁=0.38 Вт/м°С     S₁=8.56 Вт/(м²°С)

                            δ₂=0.02 м      λ₂=0.30 Вт/м°С     S₂=5.42 Вт/(м²°С)

                                                  λ₃=0.2 Вт/м°С       S₃=2.91 Вт/(м²°С)

                         δ₄=0.003 м    λ₄=0.17 Вт/м°С     S₄=3.53 Вт/(м²°С)

                         δ₅=0.22 м      λ₅=2,04 Вт/м°С     S₅=18.95 Вт/(м²°С)

2. В связи с тем, что в начале расчетов тепловая инерция неизвестна, т.к. неизвестна толщина третьего слоя δ₃, то для того чтобы принять к расчету t_н величину D принимаем «искусственно». Пусть D>7, поэтому используем температуру наиболее пяти холодных суток обеспеченностью 0.92

3. Определяем  требуемое сопротивление теплопередаче  ограждающих конструкций:

          п - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху согл. (1)

п = 0.9

t_в -  расчетная температура внутреннего воздуха, °С

Dt^н - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемых согл. (1)

Dt^н = 2°С

a_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый согл. (1)

a_в = 8.7 Вт/(м²°С) 

t_н - расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, принимается в соответствии с принятым значением тепловой инерции:

 

 м²°С/Вт

4. Как предыдущей задаче термическое сопротивление теплопередаче приравниваем к действительному и определяем толщину третьего слоя:

a_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый согл. (1)

a_в = 8.7 Вт/(м²°С)

a_н - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности ограждающих конструкций, принимаемый согл. (1)

a_н = 17 Вт/(м²°С)

δ_i - толщина однородного слоя ограждений конструкций.

λ_i – коэффициент теплопроводности однородного слоя ограждения.

δ₃ = 0.42 м

5. Тепловая инерция ограждающей конструкции D:

   В связи  с тем что расчетное значение  тепловой инерций 8.668 для подвального  перекрытия соответствует принятому  значению температуры наружного воздуха наиболее холодных пяти суток обеспеченностью 0.92, то после определения коэффициента теплопередачи расчет считается законченным. 
 
 
 

6. Определяем  коэффициент теплопередачи по формуле:

Вт/(м²°С) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  1.3 Расчет чердачного перекрытия

Характеристика  слоев:

1,5 слой – сложный раствор ρ = 1700 кг/м³

2 слой – железобетонная  плита ρ = 2500 кг/м³

3 слой – рубероид  ρ = 600 кг/м³

4 слой – гравий  керамзитовый ρ = 600 кг/м³

6 слой – листы асбестоцементные плоские

 ρ = 1800 кг/м³ 

1. Согл. (1) для  материалов слоев 1-6

установим теплопроводности и коэффициенты

теплоусвоения S:

                      δ₁=0.02 м    λ₁=0.87 Вт/м°С     S₁=10.42 Вт/(м²°С)

                      δ₂=0.22 м      λ₂=2.04 Вт/м°С     S₂=18.95 Вт/(м²°С)

                      δ₃=0.003 м    λ₃=0.17 Вт/м°С     S₃=3.53 Вт/(м²°С)

                                            λ₄=0.2 Вт/м°С       S₄=2.91 Вт/(м²°С)

                      δ₅=0.02 м      λ₅=0.93 Вт/м°С     S₅=11.09 Вт/(м²°С)

                      δ₆=0.008 м    λ₆=0.52 Вт/м°С     S₆=18.02 Вт/(м²°С)       

2)   В связи  с тем, что в начале расчетов  тепловая инерция неизвестна, т.к.  неизвестна толщина четвертого  слоя δ₄, то для того чтобы принять к расчету t_н  задаемся тепловой инерцией  D. Пусть 4<D<7, тогда t_н определяем по формуле:

где  - температура наиболее пяти холодных суток обеспеченностью 0.92

= -28°С

       - температура холодных суток обеспеченностью 0.92

= -31°С  

°С

3)   Определяем  требуемое сопротивление теплопередаче  ограждающих конструкций:

          п - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху согл. (1)

п = 1

t_в -  расчетная температура внутреннего воздуха, °С

Dt^н - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемых согл. (1)

Dt^н = 4°С

a_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый согл. (1)

a_в = 8.7 Вт/(м²°С)

t_н - расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, принимается в соответствии с принятым значением тепловой инерции:

 

 м²°С/Вт

4)   Определяем  действительное термическое сопротивление  теплопередачи. Снова находим  неизвестную величину δ_4.

a_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый согл. (1)

a_в = 8.7 Вт/(м²°С)

a_н - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности ограждающих конструкций, принимаемый согл. (1)

a_н = 12 Вт/(м²°С)

δ_i - толщина однородного слоя ограждений конструкций.

λ_i – коэффициент теплопроводности однородного слоя ограждения.

δ₄ = 0.21 м 
 

5)   Определяем  тепловую инерцию перекрытия  D

Тепловая инерция  совпадает с предварительно выбранной  тепловой инерцией 4<D=5.764<7 

6)   Определяем  коэффициент теплопередачи по  формуле:

 

Вт/(м²°С)