ВЫБОР ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Ограждающие конструкции, кроме прочностных и конструктивных требовании, должны удовлетворять экономическим теплотехническим и санитарно-гигиеническим требованиям.

Теплотехнические свойства ограждений характеризуются сопротивлением теплопередаче, теплоустойчивостью воздухо- и паропроницаемостью.

Оптимальную толщину ограждающих конструкций можн найти путем сопоставления стоимости и эксплуатации здания с стоимостью эксплуатации отопительных устройств в ем. Очевидно, ограждения оптимальной толщины будут характеризоваться наименьшей величиной приведенных затрат и возведение здания и эксплуатационных расходов по зданию, включают систему отопления.

Определить наивыгоднейшую толщину ограждения можно аналитически и графически. Оптимальна толщина ограждения (на графике — Рис. 1.3. Графическое определение оптимальное сопротивление тепло- оптимальной толщины ограждения передаче), отмечаемая на оси абсцисс (рис. 1.3), будет соответствовать минимальным суммарным расходам на эксплуатацию здания (кривая а) и эксплуатацию систем отопления (кривая б).

Определение оптимального сопротивления теплопередаче ограждения является задачей чрезвычайно важной и сложной, особенно если иметь в виду, что сопротивление теплопередаче является показателем расхода топлива, потребление которого на отопление в масштабах страны составляют 30—40% от его общего количества.

Проф. В. Н. Богословский рекомендует следующую формулу для определения оптимального значения сопротивления теплопередаче RoonT [3] в м2-ч-град/ккал:

Из выражения (1.23) видно, что при дешевой изоляции и высокой стоимости топлива величина 7% опт будет расти, т. е. ограждения будут более массивными.

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций из экономических условий возможно определить также по методике СНиП II-A.7—71.

Чем меньше будут колебания температуры внутренней поверхности при различных колебаниях температуры наружного воздуха, тем ограждение будет более теплоустойчивым. Отсюда следует, что необходимо дополнительно выявить, удовлетворяют ли проектируемые конструкции ограждений условиям тепловой устойчивости.

Разность температур воздуха помещений и внутренней поверхности наружных ограждений имеет большое санитарно-гигиеническое значение.

Для обеспечения нормальной терморегуляции человек должен отдать тепло в окружающую среду. Тепло, отдаваемое телом человека, передается в окружающую среду следующими способами: теплопроводностью, конвекцией, излучением и, наконец, испарением влаги с поверхности тела и с влагой, содержащейся в выдыхаемом воздухе.

Потеря тепла излучением зависит от температуры внутренних поверхностей ограждений: чем ниже температура внутренней поверхности ограждений, тем интенсивнее передается тепло лучеиспусканием. Слишком большая разность температур воздуха может вызвать чрезмерно высокую отдачу тепла телом человека излучением, что нежелательно. По этой причине разность температур между воздухом помещения tB и внутренней поверхностью ограждения тв нормируется, т. е. указывается максимально допустимая разность этих температур. Кроме того, разность температур ( в Тв) должна гарантировать от выпадения конденсата на внутренней поверхности ограждения. Температура внутренней поверхности наружного ограждения должна быть не ниже температуры точки росы.

Темпер атурой точки росы называют температуру, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного практически наружная температура существенно изменяется в течение суток и по дням отопительного периода.

При изменении наружной температуры или резком колебании теплоотдачи отопительных приборов (например, при печном отоплении) будет изменяться температура на внешней поверхности, по толщине и, что особенно важно, на внутренней поверхности ограждения.

Из формулы (1.24) следует, что толщина слоя резких колебаний является в основном физической характеристикой материала той части ограждения, которая входит в слой резких колебаний температуры.

При решении практических задач теплоустойчивости ограждений нужно выявить количество тепла, воспринимаемого ограждением при колебании температуры на его внутренней поверхности.

Количество тепла, воспринимаемое 1 м2 внутренней поверхности ограждения при повышении температуры ее на 1 град, называют коэффициентом теплоусвоения и обозначают буквой s.

Физически коэффициент теплоусвоения внутренней поверхностью ограждения выражает отношение величины амплитуды колебания теплового потока А, к величине амплитуды колебания температуры внутренней поверхности ограждения Пт

Величину В называют коэффициентом теплопоглощения поверхности ограждения. Как видно из формулы (1.31), коэффициент теплопоглощения выражает амплитуду колебания теплового потока Ад, проходящего через поверхность ограждения при амплитуде колебания температуры воздуха Агв =1°.

Определение коэффициента теплоусвоения s. Для определения коэффициента теплопоглощения поверхности ограждения следует определить величину коэффициента теплоусвоения s. Величина коэффициента теплоусвоения s, являющаяся физической характеристикой материала ограждения, зависит от коэффициента теплопроводности материала X, удельной теплоемкости с, объемной массы материала ограждения у.

На основании общей формулы распределения температуры в ограждении (уравнение Фурье) О. Е. Власовым доказано, что коэффициент теплоусвоения материала s выражается формулой

Определение s по формуле (1.32) будет справедливым только для такого ограждения, в котором слой резких колебаний температуры не выходит за пределы первого материального слоя ограждения, характеризующегося неизменными физическими данными (с, у, X), Ограждения, как правило, cqctoht из нескольких материальных ( слоев (например, конструкция кирпичной стены состоит из внутренней штукатурки, кирпичной кладки и внешней штукатурки).

Количество тепла, усваиваемое внутренней поверхностью ограждения, зависит от того, ограничивается ли слой колебаний температуры одним (первым со стороны внутренней поверхности ограждения) материальным слоем или же захватывает второй, третий материальный слой, входящий в слой резких колебаний температуры.

Если слой резких колебаний температуры не ограничивается первым материальным слоем, то коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения определяют по приведенным ниже формулам, учитывающим способность к теплоуовоению второго, третьего или л-.го материальных слоев.

При проникновении слоя резких колебаний температуры в пределы второго материального слоя коэффициент теплоусвоения внутренней поверхностью ограждения определяют из выражения

Аналогично определяют коэффициенты теплоусвоения следующих слоев до 1-го слоя, коэффициент теплоуовоения которого и будет искомым, т. е. sB

В формуле (1.33) и (1.36) обозначены: si, s2> .., sn—коэффициенты теплоусвоения отдельных материальных слоев, входящих в слой резких колебаний температуры ограждения, определяемые по формуле (1.32); sBn — коэффициент теплоусвоения ограждения, толщина слоя резких колебаний которого включает часть или полностью я-й материальный слой.

Из сказанного следует, что величина коэффициента теплоусвоения зависит от того, сколько материальных слоев ограждения попадает в слой резких колебаний температуры. Поэтому при определении коэффициента теплоусвоения следует предварительно выявить, сколько материальных слоев ограждения захватывает слой резких колебаний температуры.

Эта задача решается следующим образом. Теплотехнические свойства материальных слоев ограждения характеризуются: термическим сопротивлением слоя материала R, толщиной слоя резких колебаний температуры 0 и коэффициентом теплоусвоения материала s:

После определения толщины слоя резких колебаний температуры, а следовательно, и решения вопроса, в каком материальном слое ограждения оканчивается слой резких колебаний температуры, можно определить величину коэффициента теплоусвоения путем применения одной из соответствующих формул [(1 32) (1 33) (1.34) или (1.35) и (1.36)].

Теплоустойчивость помещений. Свойство помещений сохранять внутреннюю температуру с минимальным отклонением в большую или меньшую сторону от расчетной при периодических колебаниях теплопоступления называется теплоустойчивостью помещений.

Суточные колебания температуры внутреннего воздуха в зимнее время не должны превышать: при центральном отоплении — 1,5°; при печном — ±3°.

Характеристика тепловой инерции многослойного ограждения выявляется из выражения

Амплитуду колебания температуры внутреннего воздуха определяют расчетом по упрощенной формуле

Требуемое сопротивление теплопередаче В0тр. Сопротивление теплопередаче ограждения, при котором обеспечивается заданная температура (по санитарно-гигиеническим требованиям) на внутренней поверхности ограждения тв при расчетной наружной температуре 4 для данного климатического района, называется требуемым и обозначается Вотр

За расчетную зимнюю температуру 4 при определении Я0 принимают:

а) для ограждений массивных» (при D>7) —среднюю температуру воздуха наиболее холодной пятидневки из восьми зим за 50-летний период;

б) для ограждений малой массивности» (при D4)—среднюю температуру наиболее холодных суток из восьми зим за 50-летний период;

в) для ограждений средней массивности (при 4D7) —среднюю из двух температур, указанных в пп. а и б»;

г) для ограждений из эффективных теплоизолирующих листовых материалов легкой массивности, характеристика тепловой инерции которых Dl,5 — абсолютную минимальную температуру наружного воздуха; AtH — нормируемый по санитарно-гигиеническим требованиям температурный перепад между температурой воздхха и температурой внутренней поверхности ограждения (СНиП II-A.7—71), град; ав, RB — соответственно коэффициент тепловосприятия ав и величина сопротивления тепловосприятию RB, +_ коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху (ем. СНиП Ц-А.7—71); Ротр— для наружных дверей, а также полов на грунте и на лагах не нормируется.

Для внутренних ограждений RoIV нормируют только в случаях, когда разность температур в разделяемых помещениях превышает 10°.

Требуемое сопротивление теплопередаче Ротр остекленных поверхностей наружных ограждений (окон, балконных дверей и фонарей) указано в СНиП II-A.7—71, табл. 3.

Конструкции заполнения световых проемов, удовлетворяющие Д0тр, можно выбрать, пользуясь табл. 5. СНиП II-A.7—71.

После определения 0тр находят фактическое значение сопротивления теплопередаче ограждения R0 по формуле

Влажностный режим помещений в зависимости от фв считают сухим три фв<50%, нормальным — при фв = 50—60%, влажным — при фв = 61—75%, мокрым —при фв>75%.

Характеристика влажности зоны, где расположено здание, в котором проектируется отопление, определяется по схематической карте территории СССР для назначения коэффициентов теплопроводности материалов ограждающих конструкций зданий (СНиП И-А.7—71).

Зависимость X от ф1 и ф2 отражает условия эксплуатации (условия А и Б) и, естественно, уточняет теплопотери и тепловую мощность отопительной системы. Коэффициент (ф1; ф2) определяется по табл. 1 приложения 2 СНиП II-A.7—71, но перед этим по табл. 2 того же СНиП выявляются условия эксплуатации здания.

Проверка ограждения на отсутствие конденсации водяных па> ров на его внутренней поверхности. Проверка конструкций ограждений на отсутствие конденсации на их внутренних поверхностях состоит в определении температуры внутренней поверхности наружных ограждений (стен и покрытия верхнего этажа) и температуры точки росы».

Температура внутренней поверхности ограждения определяется по формуле

Температура точки росы» определяется по таблице Физические свойства влажного воздуха» или /—of-диаграмме влажного воздуха (см. курс Вентиляция»).

Для определения температуры точки росы» нужно задаться; температурой внутреннего воздуха и его относительной влажностью.

Зная тв, следует определить перепад температур Дt~tH—тв- Этот перепад должен быть не больше указанного в СНиП II-A.7—71. Например, для наружных стен жилых помещений этот перепад должен быть не более 6°. Температура же внутренней поверхности должна быть во избежание конденсации влаги не ниже температуры точки росы внутреннего воздуха.

Температура внутренней поверхности ограждения в местах более теплопроводных включений также должна быть проверенной на отсутствие конденсации (в соответствии с рекомендациями СНиП II-A.7—71).

Проверка теплоустойчивости наружных ограждений в летний период. Наружные ограждения (стены, покрытия и чердачные перекрытия) жилых, общественных (больниц, поликлиник, детских садов), а также производственных зданий (оборудованных установками кондиционирования воздуха), расположенных в южных районах со среднемесячной температурой июля 20° С и выше, проверяются на теплоустойчивость в летнее время в отношении воздействия на них солнечной радиации.

Теплоустойчивость ограждающих конструкций допускается не проверять, если характеристика тепловой инерии D стен превышает 4 н перекрытий — 5.

Проверка ограждений на теплоустойчивость в летнее время состоит в определении амплитуды колебания температуры внутренней поверхности ограждений Л-в, которая не должна быть больше -опускаемой А“в, определяемой по формуле

Проверка ограждающих конструкций на воздухопроницаемость. При фильтрации воздуха, возникающей под действием ветра и давления, создаваемого разностью объемных весов наружного и внутреннего воздуха, меняются теплозащитные свойства ограждений. Воздухопроницаемость ограждений характеризуется коэффициентом воздухопроницаемости. Коэффициент воздухопроницаемости аналогичен коэффициенту теплопроводности, он означает количество воздуха в кг, фильтрующегося через слой материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 ч при разности давлений 1 мм вод. ст.

Воздухопроницаемость строительных материалов и конструкций существенно различна. Коэффициенты воздухопроницаемости стекла, пластмасс, прослоек битума (не имеющих трещин) равны нулю. Кирпичные стены со сплошной штукатуркой на наружной поверхности достаточно воздухонепроницаемы.

По аналогии с сопротивлением теплопередаче определяют сопротивление воздухопроницанию R011.

Сопротивление воздухопроницанию наружных ограждений Rov должно быть не меньше требуемого 0итр.

Количество воздуха G0 в кг/м2-ч, проникающего через окна жилых п общественных зданий, зависит от наружной температуры и должно быть не более допустимых значений воздухопроницаемости ио в кг/м2-ч, определяемых по графику (рис. 1.7).

Расчет ограждающих конструкций на паропроницание производится для зданий с повышенным температурно-влажностным режимом. Отсутствие конденсации влаги на внутренней поверхности не гарантирует ограждение от увлажнения, так как оно может пр( исходить вследствие конденсации водяных паров в толще самоограждения.

В зимнее время разность упругостей (парциальных давлений водяного пара внутри и снаружи зданий достигает наибольшей величины. Разность упругостей вызывает диффузию водяного пар через ограждение изнутри наружу.

Нужно, чтобы величина сопротивления паропроницанию Рп была не менее требуемого сопротивления Рптр

В наружных ограждающих конструкциях, на внутренней поверхности которых допускается конденсация водяного пара, необходимо предусматривать с внутренней стороны водонепроницамый слой.

Для зданий, строящихся в прибрежных районах с продолжи тельными дождями и ветрами, следует применять наружные стен с водонепроницаемым слоем с наружной стороны.

Дроздов В. Ф. Отопление и вентиляция. Отопление. Учебник для строит, вузов. М., «Высш. школа», 1976