Теплоустойчивость ограждающих конструкций

При рассмотрении вопроса теплообмена в ограждающих конструкциях зданий и сооружений предполагалось, что проходящий через ограждение тепловой поток является стационарным, т.е. не изменяется во времени и по направлению.

В действительности температура наружного воздуха постоянно изменяется, что влияет на тепловое состояние помещений.

Вследствие периодических изменений температур внутреннего и наружного воздуха происходят колебания температуры внутри ограждения и на ее внутренней поверхности, что может способствовать образованию конденсата водяных паров на поверхности ограждающей конструкции в зимний период времени и чрезмерному перегреву помещений в летний период времени. Для нейтрализации этого процесса необходимо учитывать дополнительные теплотехнические требования, направленные на обеспечение минимальных колебаний температуры на внутренней поверхности ограждения с целью поддержания в помещениях комфортных условий проживания.

Колебания температуры на внутренней поверхности ограждения зависят не только от колебаний температуры наружного воздуха, но и от теплотехнических свойств самого ограждения, в силу чего, применяя соответствующие материалы, можно снизить до нормируемых пределов колебания температуры на внутренней поверхности ограждений.

Ограждающие конструкции, обеспечивающие меньшие колебания температуры на внутренней поверхности называются более теплоустойчивые. Под теплоустойчивостью ограждения понимается его свойство обеспечивать постоянство температуры на внутренней поверхности при колебании величин теплового потока, проходящего через ограждающую конструкцию. За расчетную величину теплоусвоения материала ограждения принят коэффициент теплоусвоения , Вт/(м²∙^оС), который представляет собой максимальное изменение амплитуды колебаний потока тепла (Вт), отнесенное к единице поверхности (м²) ограждения и единице времени (ч), которое вызвано нагреванием или остыванием слоев конструкции при периодических колебаниях температуры ее поверхности с амплитудой в 1^оС. Значения коэффициентов теплоусвоения различных материалов приведены в приложении (Д) СП-23-101-04.

Наибольшие колебания температуры происходят на наружных поверхностях ограждающих конструкций, постепенно уменьшаясь при удалении от поверхности. Схематически график затухающих колебаний температуры изображен на рис. 2.10.

Сплошная прямая линия и показывает среднее изменение температуры в ограждении при прохождении теплового потока. Пунктирные линии выше и ниже этой прямой обозначают границы колебаний температуры при ее действительном колебании во времени.

Расстояния по вертикали от точек 1, 3 и 4 до средней сплошной линии называются амплитудами колебаний температуры, которые по мере удаления от наружной поверхности ограждения все время уменьшаются. Кроме этого, колебания температур по мере удаления их от наружной поверхности запаздывают во времени (рис. 2.10, б).

Расстояние между двумя соседними максимумами или минимумами называются длиной температурной волны (l).

Число температурных волн, располагающихся в ограждении, принято называть характеристикой тепловой инерции, обозначаемой буквой . Она показывает интенсивность затухания температурных колебаний в ограждении и его свойство сохранять или медленно изменять распределение температуры внутри ограждающей конструкции.

Рис. 2.10 Схематический график колебания температуры внутри ограждения:

а – натуральная температурная волна; б – условные температурные волны; I – температурная кривая в данный момент; II – то же, в последующий момент времени; l – длина волны; А_τ – амплитуда колебания температуры на наружной поверхности ограждения;

Для однослойного однородного ограждения определяется по формуле

= (2.76)

Для многослойной ограждающей конструкции характеристику тепловой инерции D определяют как сумму характеристик тепловой инерции отдельных слоев

, (2.77)

где , ,… – термические сопротивления отдельных слоев ограждающих конструкций, (м₂· ^оС)/Вт;

, ,… – расчетные коэффициенты теплоусвоения материалов отдельных слоев,

Вт/(м²∙⁰С), принимаемые по приложению (Д) СП 23-101-04.

Характеристика тепловой инерции является безразмерной величиной.

Чем больше условных температурных волн будет размещаться внутри ограждающей конструкции, тем меньше температурные колебания будут наблюдаться на внутренней поверхности ограждения. Таким образом, величина характеристики тепловой инерции может служить критерием оценки теплоустойчивости ограждающих конструкций.

Для легких ограждающих конструкций, утепленных эффективными теплоизоляционными материалами, характерна малая величина затухания амплитуды. Такие конструкции быстро охлаждаются при отключении отопления и быстро нагреваются при действии солнечных лучей и высокой температуре воздуха, т.е они обладают малой тепловой инерцией.

В суровых климатических условиях с резкими колебаниями температуры наружного воздуха в течение суток, а также при периодически действующих системах отопления ограждающие конструкции зданий должны обладать не только требуемым сопротивлением теплопередаче, но и достаточной теплоустойчивостью.

В силу того, что наибольшие колебания температуры наружного воздуха проявляются в летний и зимний период эксплуатации зданий и сооружений, необходимо проводить проверочные расчеты на теплоустойчивость ограждающих конструкций для летнего и холодного периодов года.