Теоретические предпосылки расчета

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

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).