Построение линий распределения температур и упругости водяного пара в толще наружного ограждения с учетом термического сопротивления стены и теплопередачи

термическое сопротивление ограждения,  (^оС · м² · ч) / ккал.

Термическое сопротивление однородной стены, а также отдельного её слоя находится по формуле:

R = σ / λ,          (1)

где  σ - толщина стены (или слоя в многослойной стене), м;

λ – коэффициент теплопроводности материала, ккал / (м · ч · ^оС).

Выражая термическое сопротивление через тепловой поток  Q и разность температуры на противоположных поверхностях стены, имеем R = (t_в – t_н ) / Q.

Принимая Q= 1 ккал / (м² · ч · ^оС), получим:

R = τ_в – τ_н = Δt, т.е. численное значение термического сопротивления стены равно разности температур на её внутренней и наружной поверхностях, при которой через стену проходит тепловой поток, равный 1 ккал / (м² · ч).

Термическое сопротивление многослойной стены определяется по формуле:

R = σ₁ / λ₁  +  σ₂ / λ₂  +  …  +   σ_n / λ_n  =  R₁  +  R₂  + … + R_n,          (2)

где  σ₁, σ₂, … σ_n – толщина слоев стены, м;

λ₁, λ₂, … λ_n  - коэффициенты теплопроводности материалов отдельных слоев стены;

R₁, R₂, … R_n  - термическое сопротивление слоев стены.

Общее сопротивление теплопередаче ограждения с учетом тепловосприятия и теплообмена Rо находится из выражения:

Rо = R_в + ∑ (σ / λ )+  R_н = 1/α_в +  ∑ (σ / λ ) + 1/α_н,          (3)

где R_в  - сопротивление теплообмену на внутренней поверхности ограждения;

R_н  - сопротивление теплообмену на наружной поверхности ограждения.

Проходящий через однородную стену установившийся тепловой поток не изменяет ни своей величины, ни направления.  На различных участках пути его движения тепловой поток определяется следующими уравнениями:

а) при переходе от внутренней среды к внутренней поверхности стены

Q = (t_в – τ_в) / R_в     →   t_в – τ_в = Q · R_в ;

б) при прохождении через толщу стены           

Q = (τ_в - τ_н) / R     →   τ_в – τ_н = Q · R ;

в) при переходе от наружной поверхности во внешнее пространство

Q = (τ_н – t_н) / R_н      →   τ_н – t_н = Q · R_н .

При суммировании этих значений получаем:

Q = (t_в – t_н) / ( R_в + R + R_н)  =  (t_в – t_н) / Rо  =  К · (t_в – t_н) , где К – коэффициент теплопередачи стены в ккал / (м2 · ч · ^оС) является величиной обратной сопротивлению теплопередаче, т.е.    К = 1 / R о .

Распределение температуры в слоистом ограждении, выполненным из материалов с  различной теплопроводностью, может быть представлено в виде ломанной линии, которая вычерчивается в масштабе действительной толщины каждого слоя; при этом уклон этой линии определяется из отношения

Δt / σ  =  Q / λ .

Этот уклон будет тем круче, чем выше коэффициент теплопроводности материала λ (в пределах рассматриваемого слоя).  Схема распределения температур внутри ограждения при установившемся тепловом потоке представлена на рисунке 1.

Теплозащитное свойство теплофизически однородных ограждающих конструкций при постоянном установившемся тепловом потоке характеризуется требуемой величиной сопротивления R_о^тр , которое должно быть равным или превышать нормируемое.

Численное значение R_о^тр находится из уравнения

R_о^тр = ( t_в – t_н) / (t_в – τ_в) х R_в·n ,          (4)

где n – коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху (берется по табл.1 СНиП II – 3 – 79^* «Строительная теплотехника»).

Основной параметр гигиенического характера – разность температур между температурой воздуха в помещении t_в  и температурой внутренней поверхности огра-ждения τ_в, т.е.  (t_в – τ_в) =Δt^н.  сопротивление теплопередаче увеличивается при уменьшении этой разности.  Поэтому выбор параметра t_в – τ_в  связан с экономичностью конструктивного решения ограждения. Нормируемые значения разности температур t_в – τ_в  для различных помещений приводится в таблице 1.

Таблица 1                  Нормируемые  значения  Δt^н

В отапливаемых помещениях с повышенной влажность воздуха температура на поверхности ограждений и конструкций не должна превышать температуры точки росы τ_р, при которой содержащийся в воздухе водяной пар имеет относительную влажность 100% (предел насыщения); в этом случае в помещении не образуется конденсации влаги.

Колебания температуры внутренней поверхности стен и покрытий возникают в основном в результате изменения температуру наружного воздуха.  Свойства ограждения сохранять постоянство или ограничивать колебания температуры на внутренних поверхностях называют теплоустойчивостью. Теплоустойчивость характеризует степень затухания температурных колебаний в толще ограждения при прохождении через него теплового потока и, следовательно, от теплоустойчивости зависит постоянство температуры в помещении.

В районах с неустойчивой зимой температура наружного воздуха может значительно изменяться в течение нескольких суток; летом же возможны большие колебания температуры наружного воздуха в течение суток. Поэтому тепловое состояние помещений периодически изменяется. Это изменение особенно остро ощущается во второй половине дня (даже в районах с умеренным климатом), поскольку в результате интенсивного воздействия солнечной радиации на стены и покрытия и прохождения солнечных излучений через окна и фонари воздух в помещении перегревается. В зданиях, возводимых в северных районах, вследствие переохлаждения