3.1. При проектировании ограждающих конструкций с учетом их теплоустойчивости необходимо руководствоваться следующими положениями:
теплоустойчивость конструкции зависит от порядка расположения слоев материалов;
величина затухания амплитуды колебаний температуры наружного воздуха v в двухслойной конструкции увеличивается, если более теплоустойчивый материал расположен изнутри;
наличие в конструкции ограждения воздушной прослойки увеличивает теплоустойчивость конструкции. В замкнутой воздушной прослойке целесообразно устраивать отражательную теплоизоляцию;
слои конструкции, расположенные между вентилируемой наружным воздухом воздушной прослойкой и наружной поверхностью ограждающей конструкции, должны иметь минимально возможную толщину. Наиболее целесообразно выполнять эти слои из тонких металлических или асбестоцементных листов.
3.2. Теплоустойчивость ограждающей конструкции здания должна соответствовать требованиям СНиП II-3-79**; для этого определяют:
|
|
требуемую амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции A tвтр, °С, по формуле [18];
величину затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха v в ограждающей конструкции, состоящей из однородных слоев по формуле [21], а величину v для многослойной неоднородной ограждающей конструкции с теплопроводными включениями в виде обрамляющих ребер в соответствии с ГОСТ 26253-84 (см. пример 3).
расчетную амплитуду колебаний температуры наружного воздуха A tнрасч, °С, по формуле [20] и амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции A tв, по формуле [19].
Если A tв£ A tвтр, то ограждающая конструкция удовлетворяет требованиям норм по теплоустойчивости.
Пример 1. Определить, удовлетворяет ли требованию теплоустойчивости керамзитобетонная панель толщиной 250 мм в г. Одессе.
А. Исходные данные
1. Панель состоит из следующих слоев, считая от ее внутренней поверхности: фактурный слой из цементно-песчаного раствора плотностью 1800 кг/м3, толщиной 20мм, керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией плотностью 1000 кг/м3, толщиной 210 мм, наружный фактурный слой такой же, как внутренний.
2. Среднемесячная температура наиболее жаркого месяца (июль) t н=22,2°С.
3. Максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха A tн=14,7°С.
4. Максимальное и среднее значения суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации для вертикальных поверхностей западной ориентации I макс=752 Вт/м2 и I ср=182 Вт/м2.
5. Расчетная скорость ветра V =4,3 м/с.
Значения параметров пп. 2-5 определяются по СНиП 2.01.01-82.
|
|
6. Теплотехнические характеристики материалов панели выбираются по условиям эксплуатации А из прил. [3*]:
для фактурных слоев из цементно-песчаного раствора
l1=l3=0,76 Вт/(м·°С); s 1= s 3=9,60 Вт/(м2·°С);
для керамзитобетона на кварцевом песке с поризацией
l2=0,41 Вт/(м·°С); s 2=5,49 Вт/(м2·°С).
Б. Порядок расчета
1. Термические сопротивления отдельных слоев стеновой панели:
фактурных слоев
Вт/(м2·°С);
слоя керамзитобетона
Вт/(м2·°С).
2. Тепловая инерция слоев и самой стены:
фактурных D 1= D 3=0,263<1.
3. Керамзитобетона D 2=0,512·5,49=2,81
панели S Di =0,252·2+2,81=3,31.
Поскольку тепловая инерция стеновой панели Д <4, требуется расчет панели на теплоустойчивость.
4. Требуемая амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности определяется по формуле [18]
А tвтр=2,5-0,1(22,2-21)=2,38°С.
5. Расчетная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха вычисляется по формуле [20]
°С,
где aн - по летним условиям вычисляется по формуле [24];
°С.
6. Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя:
для внутреннего фактурного слоя с тепловой инерцией D <1рассчитывается по формуле [22]
Вт/(м2·°С)
для среднего слоя из керамзитобетона, имеющего D >1, принимается равным коэффициенту теплоусвоения материала
Y 2= s 2=5,49 Вт/(м2·°С);
для наружного фактурного слоя с тепловой инерцией D <1 рассчитывается по формуле [23]
Вт/(м2·°С)
7. Величина затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в ограждающей конструкции вычисляется по формуле [21]
.
8. Амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности стеновой панели определяется по формуле [19]
°С.
что отвечает требованиям СНиП II-3-79**.
Пример 2. Определить, удовлетворяет ли требованию теплоустойчивости экранированная стена с замкнутой воздушной прослойкой в г. Одессе.
А. Исходные данные
1. Стена такой же конструкции, как в примере 1, имеет с наружной стороны воздушную прослойку 60 мм, ограниченную стальным листом 8 мм.
2. Коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности ограждающей конструкции для стали листовой, окрашенной белой краской r=0,45.
3. Теплотехнические характеристики и климатические данные по летним условиям принимаются как в предыдущем примере. Коэффициент теплоусвоения воздушной прослойки s 4=0, стального листа s 5=126,5 Вт/(м2·°С).
Б. Порядок расчета
1. Термические сопротивления слоев стены:
фактурных R 1= R 3=0,0263 м2·°С/Вт;
керамзитобетона R 2=0,512 м2·°С/Вт;
воздушной прослойки R 4=0,14 м2·°С/Вт;
стального листа R 5 = 0,08/0,58=0,0014 м2·°С/Вт.
2. Тепловая инерция слоев стены:
фактурных D 1= D 3=0,0263·9,60=0,252<1;
керамзитобетона D 2=0,512·5,49=2,81;
воздушной прослойки D 4=0;
металлического экрана D 5=0,177;
стены D =S Di =0,252·2+2,81+0,177=3,48<4, т.е. требуется проверка на теплоустойчивость.
3. Значения требуемой амплитуды колебаний температуры внутренней поверхности стены А tвтр и расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха тоже, что в предыдущем примере,
А tвтр=2,38, А tнрасч=15°С
4. Коэффициент теплоусвоения наружных поверхностей слоев:
внутреннего фактурного слоя, среднего слоя керамзитобетона и наружного фактурного слоя Y 1, Y 2 и Y 3, как в примере 1;
воздушной прослойки (s 4=0)
Вт/(м2·°С);
металлического экрана (s 5=126,5; s 4=0)
Вт/(м2·°С).
5. Величина затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха для вентилируемой ограждающей конструкции определяется по формуле [21]:
Рис. 12. Схема конструкции панели из керамзитобетона с термовкладышами из газобетона
Амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности стеновой панели определяется по формуле [19]
°С.
что отвечает требованиям СНиП II-3-79**.
Пример 3. Определить, удовлетворяет ли требованию теплоустойчивости панель (рис. 12) из керамзитобетона на кварцевом песке с поризацией плотностью 1200 кг/м3, толщиной 260 мм, имеющей термовкладыш из газобетона плотностью 300 кг/м3, толщиной 70 мм в г. Ростове-на-Дону,
|
|
А. Исходные данные
1. Среднемесячная температура наиболее жаркого месяца (июль) t н=22,9°С.
2. Максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха Аt н=20,8°С.
3. Максимальное и среднее значения суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации для вертикальных поверхностей западной ориентации I макс=764 Вт/м2 и I ср=184 Вт/м2.
4. Расчетная скорость ветра V =3,6 м/с.
Значения параметров в пп. 1-4 определяются по СНиП 2.01.01-82.
5. Теплотехнические характеристики материалов панели выбираются по условиям эксплуатации А по прил. [3*]:
для керамзитобетона на кварцевом песке с поризацией
l1=0,52 Вт/(м·°С), s 1=6,77 Вт/(м2·°С);
для газобетона l2=0,11 Вт/(м·°С); s 2=l,68 Вт/(м2·°С).
Б. Порядок расчета
1. Термические сопротивления отдельных слоев стеновой панели:
для керамзитобетона R 1=0,1/0,52=0,192 м2·°С/Вт;
для газобетона R 2=0,07/0,11=0,636 м2·°С/Вт;
для керамзитобетона R 3=0,09/0,52=0,173 м2·°С/Вт.
2. Тепловая инерция каждого слоя:
D 1=0,192·6,77=1,299;
D 2=0,636·1,68=1,068;
D 3=0,173·6,77=1,171
и всей панели S Di =1,299+1,068+1,171=3,538<4 и требуется расчет панели на теплоустойчивость.
3. Так как D 1, D 2, D 3>1, то коэффициенты теплоусвоения слоев панели принимаются равными коэффициентам теплоусвоения материалов
Y 1= Y 3= s 1=6,77 и Y 2= s 2=1,68 Вт/(м2·°С).
4. Требуемая амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности определяется по формуле [18]
A tвтр=2,5-0,1(22,9-21)=2,3°С.
5. Расчетная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха вычисляется по формуле [20]
°С,
где aн - по летним условиям вычисляется по формуле [24]:
Вт/(м2·°С).
6. Величина затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в ограждающей конструкции вычисляется по формуле [21]
7. Так как тепловая инерция участка панели со сквозными ребрами >1
D p=3,385>l, то значение Y р= s р=6,77.
8. Величина затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха для участка панели со сквозными ребрами
.
9. Площадь участка панели с термовкладышем:
|
|
f 1=2,76·2,78-1,56·1,7=5,02 м2;
То же, с ребрами
F 2=2,96·2,98-5,02-1,36·1,50=1,76 м2.
Их отношение f =1,76:5,02=0,35.
10. Величину затухания амплитуды колебаний наружного воздуха для неоднородной ограждающей конструкции с одним видом включения определяют по формуле, приведенной в ГОСТ 26253-84:
.
где f=F 2 /F 1 - отношение площади участка конструкции с ребрами F 2 к площади участка с термовкладышами F 1; v 1 и v 2; D 1 и D 2 - соответственно величина затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха и тепловая инерция участков конструкции.
11. Амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности стеновой панели определяется по формуле [19]
.
что отвечает требованиям СНиП II-3-79**.
Пример 4. Определить, удовлетворяет ли требованиям теплоустойчивости трехслойная железобетонная панель плотностью 2500 кг/м3 (2 слоя 60 и 80 мм) с ребрами из керамзитобетона на кварцевом песке с поризацией плотностью 800 кг/м3 сечением 40´80 мм и с утеплителем из плит полужестких минераловатных на крахмальном связующем плотностью 200 кг/м3 и толщиной 80 мм в г. Ростове-на-Дону (рис. 13).
А. Исходные данные
Рис. 13. Схема трехслойной железобетонной панели с ребрами из керамзитобетона и с утеплителем из минераловатных плит
1 - керамзитобетон; 2 - железобетон
1. Среднемесячная температура наиболее жаркого месяца (июль) t н=22,9°С.
2. Максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха А t н=20,8°С.
3. Максимальное и среднее значение суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации для вертикальных поверхностей западной ориентации I макс=764 Вт/м2 и I ср=184 Вт/м2.
4. Расчетная скорость ветра V =3,6 м/с.
Значения параметров в пп. 1-4 определяются по СНиП 2.01.01-82.
5. Теплотехнические характеристики материалов панели выбираются по условиям эксплуатации А:
для железобетона l1=l,92 Вт/(м·°С), s 1=17,98 Вт/(м2·°С);
для керамзитобетона на кварцевом песке с поризацией l2=0,29 Вт/(м·°С), s 2=4,13 Вт/(м2·°С);
для минераловатных плит l3=0,076 Вт/(м·°С); s 3=1,01 Вт/(м2·°С).
Б. Порядок расчета
1. Термические сопротивления отдельных слоев участка панели с утеплителем:
для железобетона R 1=0,08/l,92=0,0417 м2·°С/Вт;
для минераловатных плит R 2=0,08/0,076=1,05 м2·°С/Вт;
для железобетона R 3=0,06/1,92=0,0312 м2·°С/Вт.
2. Тепловая инерция участка панели с утеплителем:
D 1=0,0417·17,98=0,75;
D 2=1,05·1,01=1,06;
D 3=0,0312·17,98=0,56.
Суммарное значение тепловой инерции участка панели с утеплителем
D =0,75+1,06+0,56=2,37.
3. Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя Y:
для внутреннего слоя с тепловой инерцией D <1 рассчитывается по формуле [22]
Вт/(м2·°С)
для утеплителя, имеющего D >1, принимается равным коэффициенту теплоусвоения материала Y 2= s 2=1,01 Вт/(м2·°С);
для наружного слоя с тепловой инерцией D <1 определяется расчетом по формуле [23]
Вт/(м2·°С)
4. Величина затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха для участка панели с утеплителем по формуле [21]
.
5. Термические сопротивления отдельных слоев участка панели с ребрами R 1 и R 3 определяются так же, как в примере 1; для керамзитобетонных ребер R 2=0,08/0,29=0,276 м2·°С/Вт
6. Тепловая инерция участка панели с ребрами D 1 и D 3 определяется так же, как в примере п. 2, D 2=0,276·4,13=1,14. Суммарное значение тепловой инерции участка панели с ребрами
D =0,75+1,14+0,56=2,45.
7. Коэффициент теплоусвоения участка панели с ребрами:
для внутреннего слоя определяется так же, как в п. 3;
для керамзитобетонных ребер, имеющих D >1, принимается равным коэффициенту теплоусвоения материала
Y 2= s p=4,13;
для наружного слоя с тепловой инерцией D <1 определяется расчетом по формуле [23]
.
8. Величина затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха для участка панели с ребрами
.
9. Площадь участков панели с утеплителем:
F 1=2,88·2,9- 1,44·1,58=6,1 м2;
площадь участков панели с ребрами:
F 2=2,96·2,98-6,1-1,36·1,5=0,71 м2;
отношение площадей участков панели:
f =0,71/6,1=0,116.
10. Величину затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха для неоднородной ограждающей конструкции с одним видом включения определяют по формуле ГОСТ 26253-84 (см. п. 10 примера 3)
.
11. Требуемая амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности определяется по формуле [18]
А tвтр=2,5-0,1 (22,9-21)=2,3°С.
12. Расчетная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха вычисляется по формуле [20]:
°С,
где aн - по летним условиям вычисляется по формуле [24]:
Вт/(м2·°С).
13. Амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности стеновой панели определяется по формуле [19]:
.
что отвечает требованиям СНиП II-3-79**.