- •Строительная теплофизика
- •Содержание
- •Введение
- •1. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций
- •1.1 Исходные данные и расчетные параметры внутреннего и наружного воздуха
- •1.2 Расчет толщины утепляющего слоя однородной однослойной и многослойной ограждающей конструкции
- •1.3 Расчет толщины утепляющего слоя неоднородной однослойной и многослойной ограждающей конструкции
- •1.4. Расчет толщины утепляющего слоя конструкции полов над подвалом и подпольем
- •1.5 Теплотехнический расчет утепленных полов, расположенных непосредственно на лагах
- •1.6 Теплотехнический расчет утепленных полов, расположенных непосредственно на грунте
- •1.7 Теплотехнический расчет световых проемов
- •1.8 Теплотехнический расчет наружных дверей
- •2 Расчет теплоустойчивости наружных ограждений в теплый период
- •3 Расчёт теплоусвоения поверхности ограждающих конструкций
- •4 Расчёт влажностного режима наружных ограждений
- •4.1 Проверка внутренней поверхности наружных ограждений на возможность конденсации влаги
- •4.2 Проверка на возможность конденсации влаги в толще наружного ограждения
- •5 Воздушный режим здания
- •5.1 Расчет сопротивления воздухопроницанию ограждающей конструкции (стены)
- •5.2 Расчет сопротивления воздухопроницанию наружных ограждений - окон и балконных дверей
- •5.3 Расчет температуры поверхности и теплопередачи через ограждения при наличии воздухопроницаемости
- •6 Расчет тепловой мощности системы отопления
- •6.1 Уравнение теплового баланса здания
- •6.2 Потери теплоты через ограждающие конструкции зданий: стены, окна, двери, потолки, полы над подвалами и подпольями
- •1 − Пол над подвалом; 2 − пол на лагах; 3 − пол на грунте
- •6.2.1 Основные потери теплоты через утепленные полы на грунте и лагах
- •6.3 Дополнительные потери теплоты через ограждающие конструкции
- •Библиографический список
- •Приложение а Данные для расчета теплотехнических величин
- •Приложение б Характеристики наружных ограждений
- •Строительная теплофизика
- •654007, Г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42
1.8 Теплотехнический расчет наружных дверей
Требуемое общее сопротивление теплопередаче для наружных дверей (кроме балконных) должно быть не менее значения 0,6 для стен зданий и сооружений, определяемого при расчетной зимней температуре наружного воздуха, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 [1, таблица 1 гр.5].
Принимаем фактическое общее сопротивление теплопередаче наружных дверей =, тогда фактическое сопротивление теплопередаче наружных дверей , (м2·С)/Вт,
, (18)
где tв, tн, n, Δtн, αв – то же, что и в уравнении (1).
Коэффициент теплопередачи наружных дверей kдв, Вт/(м2·С), вычисляют по уравнению:
.
Пример 6. Теплотехнический расчет наружных ограждений
Исходные данные.
Здание жилое, tв = 20С.
Район строительства – г. Пенза.
Значения теплотехнических характеристик и коэффициентов tхп(0,92) = -29С (приложение А);
αв = 8,7 Вт/(м2·С) (таблица 8); Δtн = 4С (таблица 6).
Порядок расчета.
Определяем фактическое сопротивление теплопередаче наружной двери по уравнению (18):
(м2·С)/Вт.
Коэффициент теплопередачи наружной двери kдв определяем по формуле:
Вт/(м2·С).
2 Расчет теплоустойчивости наружных ограждений в теплый период
Проверка наружных ограждений на теплоустойчивость осуществляется в районах со среднемесячной температурой воздуха в июле 21С и выше. Установлено, что колебания температуры наружного воздуха Аtн, С, происходят циклически, подчиняются закону синусоиды (рисунок 6) и вызывают, в свою очередь, колебания фактической температуры на внутренней поверхности ограждения , которые также протекают гармонически по закону синусоиды (рисунок 7).
Теплоустойчивость – это свойство ограждения сохранять относительное постоянство температуры на внутренней поверхности τв, С, при колебаниях внешних тепловых воздействий , С, и обеспечивать комфортные условия в помещении. По мере удаления от наружной поверхности амплитуда колебаний температуры в толще ограждения, Аτ, С, уменьшается, главным образом, в толще слоя, ближайшего к наружному воздуху. Этот слой толщиной δрк, м, называется слоем резких колебаний температуры Аτ, С.
Рисунок 6 – Колебания тепловых потоков и температур на поверхности ограждения
Рисунок 7 – Затухание температурных колебаний в ограждении
Проверку на теплоустойчивость осуществляют для горизонтальных (покрытия) и вертикальных (стены) ограждений. Вначале устанавливают допустимую (требуемую) амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности наружных ограждений с учётом санитарно-гигиенических требований по выражению:
, (19)
где tнл − среднемесячная температура наружного воздуха за июль (летний месяц), С, [1 , таблица 2, графа 5].
Эти колебания происходят вследствие колебаний расчетных температур наружного воздуха ,С, определяемых по формуле:
, (20)
где Аtн − максимальная амплитуда суточных колебаний наружного воздуха за июль, С, [1, таблица 3, графа 8];
ρ − коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности (таблица 14);
Imax, Iср − соответственно максимальное и среднее значения суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной), Вт/м3, принимаемые:
а) для наружных стен − как для вертикальных поверхностей западной ориентации [1, таблица 5];
б) для покрытий − как для горизонтальной поверхности [1, таблица 4];
αн − коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждения при летних условиях, Вт/(м2·С), равный
, (21)
где υ − максимальная из средних скоростей ветра за июль, но не менее 1 м/с [9, приложение 4].
Таблица 14 – Коэффициент поглощения солнечной радиации ρ
Материал наружной поверхности ограждения |
Коэффициент поглощения ρ |
Бетоны |
0,7 |
Защитный слой рулонной кровли из светлого гравия |
0,65 |
Кирпич глиняный красный |
0,7 |
Кирпич силикатный |
0,6 |
Облицовка природным камнем (белым) |
0,45 |
Штукатурка известковая темно-серая |
0,7 |
Штукатурка цементная светло-голубая |
0,3 |
Штукатурка цементная темно-зеленая |
0,6 |
Штукатурка цементная кремовая |
0,4 |
Величина фактических колебаний на внутренней плоскости ,С, будет зависеть от свойств материала, характеризуемых значениями D, S, R, Y, αн и способствующих затуханию амплитуды колебаний температуры в толще ограждения Аt. Коэффициент затухания определяют по формуле:
(22)
где D − тепловая инерция ограждающей конструкции, определяемая по формуле ΣDi = ΣRi ·Si;
e = 2,718 − основание натурального логарифма;
S1, S2, …, Sn − расчётные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждения (приложение А, таблица А.3) или таблица 4;
αв – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/(м2·С) (таблица 8);
αн – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, Вт/(м2·С), определяется по формуле (21);
Y1, Y2,…, Yn − коэффициент теплоусвоения материала наружной поверхности отдельных слоев ограждения, определяемый по формулам (23 ÷ 26).
,
где δi – толщина отдельных слоев ограждающей конструкции, м;
λi – коэффициент теплопроводности отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/(м·С) (приложение А, таблица А.2).
Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности Y, Вт/(м2·С), отдельного слоя зависит от значения его тепловой инерции и определяется при расчёте, начиная с первого слоя от внутренней поверхности помещения – к наружной.
Если первый слой имеет Di ≥1, то коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя Y1 следует принимать
Y1 = S1. (23)
Если первый слой имеет Di < 1, то коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя следует определить расчетом для всех слоев ограждающей конструкции, начиная с первого слоя:
для первого слоя ; (24)
для второго слоя ; (25)
для n-го слоя , (26)
где R1, R2,…, Rn – термическое сопротивления 1, 2 и n-го слоев ограждения, (м2·С)/Вт, определяемое по формуле ;
αв – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/(м2·С) (таблица 8);
По известным значениям и определяют фактическую амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции,C,
. (27)
Ограждающая конструкция будет отвечать требованиям теплоустойчивости, если выполняется условие
(28)
В этом случае ограждающая конструкция обеспечивает комфортные условия помещения, защищая от воздействия внешних колебаний теплоты. Если , то ограждающая конструкция является нетеплоустойчивой, тогда необходимо принять для наружных слоев (ближе к наружному воздуху) материал с большим коэффициентом теплоусвоения S, Вт/(м2·С).
Пример 7. Расчет теплоустойчивости наружного ограждения
Исходные данные.
Ограждающая конструкция, состоящая из трех слоев: штукатурки из цементно-песчаного раствора с объемной массой γ1 = 1800 кг/м3, толщиной δ1 = 0,04 м, λ1 = 0,76 Вт/(м·С); слоя утеплителя из глиняного обыкновенного кирпича γ2 = 1800 кг/м3, толщиной δ2 = 0,510 м, λ2 = 0,76 Вт/(м·С); облицовочного силикатного кирпича γ3 = 1800 кг/м3, толщиной δ3 = 0,125 м, λ3 = 0,76 Вт/(м·С).
Район строительства – г. Пенза.
Расчетная температура внутреннего воздуха tв = 18 С.
Влажностный режим помещения – нормальный.
Условие эксплуатации – А.
Расчетные значения теплотехнических характеристик и коэффициентов в формулах:
tнл = 19,8С [1, таблица 2, графа 6];
R1 = 0,04/0,76 = 0,05 (м2·°С)/Вт;
R2 = 0,51/0,7 = 0,73 (м2·°С)/Вт;
R3 = 0,125/0,76 = 0,16 (м2·°С)/Вт;
S1 = 9,60 Вт/(м2·°С); S2 = 9,20 Вт/(м2·°С);
S3 = 9,77 Вт/(м2·°С); (приложение А, таблица А.2);
V = 3,9 м/с [1, приложение 4, гр. 12÷19];
Аtн = 18,4 С [1, таблица 3, гр. 8];
Imax = 607 Вт/м2, [9, приложение 7,гр. 2÷24], Iср = 174 Вт/м2;
ρ= 0,6 (таблица 14);
D = Ri · Si = 0,05·9,6+0,73·9,20+0,16·9,77 = 8,75;
αв = 8,7 Вт/(м2·°С) (таблица 8),
Порядок расчета.
1. Определяем допустимую амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности наружного ограждения по уравнению (19):
С.
2. Вычисляем расчетную амплитуду колебаний температуры наружного воздуха по формуле (20):
С,
где αн определяем по уравнению (21):
Вт/(м2·С).
3. В зависимости от тепловой инерции ограждающей конструкции Di = Ri ·Si = 0,05 · 9,6 = 0,48 <1, находим коэффициент теплоусвоения наружной поверхности для каждого слоя по формулам (24 – 26):
Вт/(м2·°С).
Вт/(м2·°С).
Вт/(м2·°С).
4. Определяем коэффициент затухания расчетной амплитуды колебания наружного воздуха V в толще ограждения по формуле (22):
.
5. Вычисляем фактическую амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции , С.
С.
Если выполняется условие, формула (28), конструкция отвечает требованиям теплоустойчивости.