3 страница. В том случае, если плоскость максимального увлажнения приходится на стык между двумя слоями, δwΔw в формуле (3.6) принимается равной сумме

В том случае, если плоскость максимального увлажнения приходится на стык между двумя слоями, δ_wΔw в формуле (3.6) принимается равной сумме δ_w1Δw₁ + δ_w2Δw₂, где δ_w1 и δ_w2 – половины толщин стыкующихся слоев;

Парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости максимального увлажнения за годовой период эксплуатации E, Па, равно:

E = (E₁z₁ + E₂z₂ + E₃z₃ )/12, (3.8)

где E₁, E₂, E₃ – парциальные давления насыщенного водяного пара в плоскости максимального увлажнения, соответственно зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов, Па, определяемые по температуре в плоскости максимального увлажнения при средней температуре наружного воздуха соответствующего периода; z₁, z₂, z₃ – продолжительность зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов года, мес., определяемая с учетом следующих условий: к зимнему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха ниже минус 5 °С; к весенне-осеннему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха от минус 5 до 5 °С; к летнему периоду относятся месяцы со средними температурами воздуха выше 5 °С.

Коэффициент η, определяемый по формуле:

, (3.9)

где e_н,отр – среднее парциальное давление водяного пара наружною воздуха периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами, Па.

При определении парциального давления Е₃ для летнего периода температуру в плоскости максимального увлажнения во всех случаях следует принимать не ниже средней температуры наружного воздуха летнего периода, парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха e_в – не ниже среднею парциального давления водяного пара наружного воздуха за этот период.

Плоскость максимального увлажнения определяется для периода с отрицательными среднемесячными температурами следующим образом:

а) Для каждого слоя многослойной ограждающей конструкции вычисляется значение комплекса f_i(t_м.у), характеризующего температуру в плоскости максимального увлажнения:

, (3.10)

где R_п.о. – общее сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции, (м²·ч·Па)/мг; – условное сопротивление теплопередаче однородной многослойной ограждающей конструкции, (м²·°С)/Вт; t_н,отр– средняя температура наружного воздуха для периода с отрицательными среднемесячными температурами, °С; λ₁, μ₁ – расчетные коэффициенты теплопроводности, Вт/(м²·°С), и паропроницаемости, мг/(м·ч·Па), материала соответствующего слоя.

б) По полученным значениям комплекса f_i(t_м.у) по таблице 11 [1] определяются значения температур в плоскости максимального увлажнения, t_м.у, для каждого слоя многослойной конструкции.

в) Составляется таблица, содержащая: номер слоя, t_м.у для этого слоя, температуры на границах слоя, полученные расчетом по формуле (3.11) (при средней температуре наружного воздуха периода с отрицательными среднемесячными температурами).

г) Для определения слоя, в котором находится плоскость максимальною увлажнения, производится сравнение полученных значений t_м.у с температурами на границах слоев конструкции. Если температура t_м.у в каком-то из слоев расположена в интервале температур на границах этого слоя, то делается вывод о наличии в данном слое плоскости максимального увлажнения и определяется координата плоскости х_{м y} (в предположении линейного распределения температуры внутри слоя).

д) Если в каждом из двух соседних слоев конструкции отсутствует плоскость с температурой t_м.у, при этом у более холодного слоя t_м.у выше его температуры, а у более теплого слоя t_м.у ниже его температуры, то плоскость максимального увлажнения находится на границе этих слоев.

Если внутри конструкции плоскость максимального увлажнения отсутствует, то она расположена на наружной поверхности конструкции.

Если при расчете обнаружилось две плоскости с t_м.у в конструкции, то за плоскость максимального увлажнения принимается плоскость расположенная в слое утеплителя. Для многослойных ограждающих конструкций с выраженным теплоизоляционным слоем (сопротивление теплоизоляционного слоя больше 2/3 ) и наружным защитным слоем, коэффициент паропроницаемости материала которого меньше, чем у материала теплоизоляционного слоя, допускается принимать плоскость максимального увлажнения на наружной границе утеплителя при условии выполнения неравенства:

, (3.11)

где λ_ут μ_ут – расчетный коэффициент теплопроводности, Вт/(м²·°С), и паропроницаемости, мг/м·ч·Па, материала теплоизоляционного слоя.

Парциальное давление насыщенного водяного пара Е, Па, при температуре t, °С от минус 40 до плюс 45 °С. определяется по формуле:

, (3.12)

Сопротивление паропроницанию R_пi, м²·ч·Па/мг, однослойной или отдельного слоя многослойной ограждающей конструкции равно:

, (3.13)

где δ_i – толщина слоя ограждающей конструкции, м; μ_i – расчетный коэффициент паропроницаемости слоя ограждающей конструкции, мг/(м·ч·Па).

Сопротивление паропроницанию R_п.о., (м²·ч·Па)/мг, многослойной ограждающей конструкции (или ее части) равно сумме сопротивлений паропроницанию составляющих ее слоев:

R_п.о. = ∑ R_ni, (3.14)

Для обеспечения требуемого сопротивления паропроницанию ограждающей конструкции следует определять сопротивление паропроницанию R_п конструкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости максимального увлажнения. Температуру t, °С, ограждающей конструкции в плоскости, отстоящей от внутренней поверхности, определяем по формуле (3.1).

Пример № 10.Проведем расчет для стены рассматриваемой в главе 2.

Общее сопротивление паропроницанию наружной стены R_п.о. равно:

м²·ч·Па/мг.

Средняя температура для периода с отрицательными среднемесячными температурами равна:

t_н,отр = (–11,8 – 11,1 – 5 – 2,8 – 8,9) /5 = – 7,92 °C.

Парциальное давление насыщенного водяного пара равно:

Парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха равно:

Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха для периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами равно:

e_н,отр = (250+250+360+450+320)/5 = 326 Па

Комплекс f_i(t_м.у) равен, для слоя ограждающей конструкции:

керамического кирпича:

тепловой изоляции:

газобетонных блоков:

штукатурки ц/п:

Определяем температуру на границах слоя, при t_н = t_н,отр. Результат расчета заносятся в таблицу 3.1.

Таблица 3.1.

Определение плоскости максимального увлажнения для периода с отрицательными

среднемесячными температурами

Условия нахождения плоскости максимального увлажнения на границе слоев:

R_ут / = 3/4,328 = 0,693 > 2/3 – условие выполняется;

- условие выполняется.

Сопротивление паропроницанию ограждения, от внутренней поверхности до плоскости максимального увлажнения составляет:

Продолжительность периода влагонакопления z₀ = 151 сут. (5 мес.) Парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости максимального увлажнения (табл. 3.1):

Коэффициент η равен:

.

Зимний период эксплуатации

▪ продолжительность периода: z₁ = 3 мес.

▪ средняя температура периода: t_н.1 = (–11,8 – 11,1 – 8,9)/3 = –10,6 °C.

▪ температура в плоскости максимального увлажнения:

▪ парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости максимального увлажнения:

Весенне-осенний период эксплуатации

▪ продолжительность периода: z₂ = 4 мес.

▪ средняя температура периода: t_н.2 = (–5 + 4,2 – 2,8 + 3,6)/4 = 0 °C.

▪ температура в плоскости максимального увлажнения:

▪ парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости максимального увлажнения:

Летний период эксплуатации

▪ продолжительность периода: z₃ = 5 мес.

▪ средняя температура периода: t _н.3 = (12,0 + 16,4 +18,4 +16,9 + 11)/5 = 14,9 °C

▪ температура в плоскости максимального увлажнения:

▪ парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости максимального увлажнения:

Парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости максимального увлажнения за годовой период эксплуатации составляет:

E = (315·3+661·4+1712·5)/12 = 1013 Па.

Требуемое сопротивление паропроницанию , м²·ч·Па/мг (из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации), составляет:

м²·ч·Па/мг.

Требуемого сопротивление паропроницанию , м²·ч·Па/мг (из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха), составляет:

м²·ч·Па/мг.

Фактическое сопротивление паропроницанию = 2,092 м²·ч·Па/мг < 3,43 м²·ч·Па/мг и = 2,092 м²·ч·Па/мг < 18,2 м²·ч·Па/мг. Требуется устройство гидроизоляционного слоя. В качестве пароизоляции принимаем пароизоляционную мембрану, с сопротивлением паропроницанию R_ni = 7 (м²·ч·Па) /мг.

Определяем температуру на границе слоев ограждения t_i, °C, по формуле (3.1), по полученной температуре определяем (формула (3.12)) парциальное давление насыщенного водяного пара E_i, Па, и парциальное давление пара на границе каждого слоя по формуле:

(3.15)

где e_н – среднее парциальное давление пара наружного воздуха наиболее холодного месяца, 250 Па; t_н – температура наиболее холодного месяца, –11,8 °C.

Результаты расчета приведены на рисунке 3.2.

Как видно из рисунка 3.2., устройство пароизоляционной мембраны все равно не исключает образования влаги в строительной конструкции на границе «облицовка-утеплитель», что свидетельствует о:

1) потребности в дополнительной пароизоляции;

2) необходимости замены облицовочного слоя из керамического кирпича на иной, например трепельный кирпич (p₀= 1000 кг/м³).

3.4. Оценка теплоусвоения поверхности пола

Поверхность пола жилых и общественных зданий должна иметь расчетный показатель теплоусвоения Y_пол, Вт/(м²·°С), не более нормируемой величины = 12 Вт/(м²·°С).

Расчетная величина показателя теплоусвоения поверхности пола Y_пол, Вт/(м²·°С), определяется следующим образом:

▪ если покрытие пола (первый слой конструкции пола) имеет тепловую инерцию D₁ = R₁s₁ ≥ 0,5, то показатель теплоусвоения поверхности пола следует определять по формуле:

Y_пол = 2s₁, Вт/(м²·°С); (3.16)

▪ если первые п слоев конструкции пола (п ≥ 1) имеют суммарную тепловую инерцию D₁ + D₂ + … + D_n < 0,5, но тепловая инерция (п + 1) слоев D₁ + D₂ + …

Рис. 3.2. Схема определения положения в ограждении плоскости максимального увлажнения: 1 – температуру на границе слоев ограждения t_i, °C; 2 – парциальное давление насыщенного водяного пара E_i, Па; 3 – парциальное давление пара на границе каждого слоя e_н, Па, без пароизоляционной мембраны; 4 – тоже, с пароизоляционной мембраной

+ D_n+1≥ 0,5, то показатель теплоусвоения поверхности пола Y_пол следует определить последовательно расчетом показателей теплоусвоения поверхностей слоев конструкции, начиная с n-го до 1-го:

▪ для n-го слоя

; (3.17)

▪ для i-го слоя (i = n – 1; n – 2; …; 1)

. (3.18)

Показатель теплоусвоения поверхности пола Y_пол принимается равным показателю теплоусвоения поверхности первого слоя Y₁.

В формулах (3.16) - (3.18):

D₁ + D₂ + … + D_n+1 – тепловая инерция соответственно 1, 2, (n + 1) слоев конструкции пола, определяемая по формулам:

D₁ = R₁s₁; D₂ = R₂s₂; …; D_n = R_ns_n; (3.19)

R₁, R₂, …, R_n – термические сопротивления, (м²·°С)/Вт, соответственно 1, 2, …, n слоев конструкции пола, определяемые по формулам:

(3.20)

s₁, s_i, s_n, s_n+1 – расчетные коэффициенты теплоусвоения материала соответственно 1, 2, …, n, (n + 1) слоев конструкции пола, Вт/(м²·°С);

δ₁, δ₂, …, δ_n – толщины соответственно 1, 2,..., п слоев конструкции пола, м;

λ₁, λ₂, …, λ_n – расчетные теплопроводности материала соответственно 1, 2, ... , n слоев конструкции пола, Вт/(м²·°С), Вт/(м·°С).

Пример № 11.

Проведем расчет для перекрытия над неотапливаемым подвалом, представленного в главе 2. Основные теплотехнические характеристики, которого приведены в таблице 3.2.

Показатель теплоусвоения верхнего слоя пола перекрытия равен:

11,77 Вт/(м²·°С)

Таблица 3.2

Из расчета видно, что Y_пол = 11,77 Вт/(м²·°С) < = 12 Вт/(м²·°С). Конструкция перекрытия над неотапливаемым подвалом удовлетворяет требованиям к теплоусвоению поверхности пола [1].

3.5. Построение кривых изменения температуры по сечению наружной стены во времени после выключения системы отопления помещений

в холодный период

Для построения кривых изменение температуры по сечению наружной стены во времени методом конечных разностей ограждение разбивают на элементарные слои. Толщину элементарных слоевDх, мм, и продолжительность расчетных интервалов Dz, ч, выбирают так, чтобы удовлетворялось условие:

С·R = 2Dz, (3.21)

где С – теплоемкость 1 м² элементарного слоя ограждения, кДж/(м²×^оС), определяемая по формуле:

С = сgDх, (3.22)

где сg– объемная теплоемкость конструктивного материала слоя (газобетонные блоки на цементном вяжущем), кДж/м³×^оС; R – термическое сопротивление элементарного слоя, м²×^оС/Вт.

Пример № 12.

За эквивалентную теплопроводность принимаем теплопроводность конструктивного слоя l = l_к = 0,26 Вт/м·°C.

Толщина элементарного слоя равна (принимаем 6 слоев):

Dх = ·l_к/6 = 4,328·0,26/6 = 0,188 м.

Термическое сопротивление теплопередаче элементарного слоя равно:

R = Dх/l_к = 0,188/0,26 = 0,723 м²·°C/Вт.

Теплоемкость 1 м² элементарного слоя ограждения составила:

С = 0,84·600·0,188 = 94,8 кДж/м²·°C.

Продолжительность расчетных интервалов равна:

Dz = 94,8·0,723/2 = 34,3 ч.

Температура точки росы при t_в = 21 °C и φ_в = 60 % равна t_р = 12,9 °C.

График изменения температуры по сечению наружной стены после выключения системы отопления приведен на рисунке 3.3.

3.6. Контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы

1) Дайте определение паропроницанию наружных ограждающих конструкций. Как определяется данный показатель?

2) Какова величина максимальной воздухопроницаемости наружных окон и входных дверей в современных зданиях?

3) Как определить плоскость максимального увлажнения наружной стены здания? Перечислите условия нахождения плоскости максимально увлажнения.

4) Что такое сопротивление воздухопроницанию ограждающей конструкции? Как определяется данная величина, чем нормируется?

5) Как определить парциальное давление насыщенных водяных паров?

6) Самостоятельно изучите форму заполнения энергетического паспорта проекта здания, приведенную в приложении Д [1].

Рис. 3.3. График изменения температуры по сечению наружной стены после выключения

системы отопления

Глава 4. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМ ПОМЕЩЕНИЯ

4.1. Определение основных потерь теплоты помещением

Основные потери теплоты помещением ΣQ_о, Вт, определяют суммированием теплопотерь через все ограждения по формуле:

(4.1)

где А – расчетная площадь ограждения, м²; – приведенное сопротивление теплопередаче ограждения, определяемый по формуле (2.5); n – коэффициент учитывающий положение ограждения по отношению к наружному воздуху, 1; Σβ – коэффициент учета добавочных потерь на ориентацию по сторонам света и угловые помещения, согласно приложению 9 [9].

Потери теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха Q_инф, Вт, равны:

(4.2)

где L_в =– производительность системы вентиляции (норма воздухообмена для жилых помещений составляет 3 м³/ч·м², согласно СП [9]), м³/ч; c_в – удельная теплоемкость воздуха, 1,005 кДж/кг·°C; ρ_в – средняя плотность нару-жного и внутреннего воздуха, 1,31 кг/м³.

Суммарные потери теплоты помещения Q_пом, Вт, компенсируемые системой отопления, определяются по формуле:

Q_пом = Q_огр + Q_инф – A_пол·q_быт, (4.3)

где A_пол – площадь пола помещения, м²; q_быт – удельные бытовые тепловыделения на 1 м² помещения, Вт/м², принимаются равными q_быт = 10 Вт/м².

Пример № 13.

Расчет ведется для выделенного помещения верхнего этажа расположенного в многоквартирном жилом доме (вариант № 1, приложение А), с учетом данных полученных в примерах № 1-12.

Потери теплоты на нагрев инфильтрующегося воздуха составляют:

Результаты расчета потерь теплоты через наружные ограждающие конструкции помещения приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Результаты расчета потерь теплоты через ограждения помещения

№. Наименование ограждения	А, м2	, м2·°C/Вт	tв - tн, °C	n	Σβ	Qо, Вт
1. Стена наружная	5,65	2,18
1.1. Плоский элемент (наружная стена) 4,328 м²·°C/Вт
1.2. Линейный элемент №1 (стык окна со стеной) lj Ψj = 8,4·(0,0033·3+0,094)/5,65 = 0,1545Вт/м2·°C
1.3. Линейный элемент №2 (стык стены и этажного перекрытия) lj Ψj = 3·(0,0091·3+0,0486)/5,65 = 0,0403Вт/м2·°C
1.4. Точечный элемент 1/nk χk = 8·0,004 = 0,032 Вт/м2·°C
2. Окно	3,65	0,54
3. Чердачное перекрытие	14,4	3,64
ΣQо, Вт

Суммарные потери теплоты, которые необходимо компенсировать теплоотдачей отопительных панелей системы отопления, равны:

Q_пом = 693 + 822 – 14,4·10 = 1371 Вт

4.2. Определение температуры нагретой поверхности

При обогреве помещения с помощью нагретой поверхности теплоотдача последней должна быть равна теплопотерям помещения. Количество теплоты, отдаваемое нагретой поверхностью заданной площади, зависит от её температуры. Задачей расчета является определение температуры нагретой поверхности. Отдачу теплоты поверхностью в помещение определяют по формуле:

Q_п = А_п[a_к(t_п - t_в) + a_л(t_п - t_в)], Вт. (4.4)

Необходимую для компенсации теплопотерь температуру поверхности ограждения (панели) t_п, ^оС, определяют (при условии Q_п = Q_пом) по формуле:

t_п = , °C (4.5)