Справочная и нормативная литература по строительной теплотехнике оперирует старыми тепловыми единицами. Поэтому изложение настоящей главы также дается в старых тепловых единицах, которые в табл. 2 сравниваются с единицами системы СИ.

Теплопередача и температура в ограждениях

Основным теплотехническим показателем ограждения является его сопротивление теплопередаче R, определяющее способность ограждения сопротивляться прохождению через него тепла. Сопротивление ограждения теплопередаче зависит от термического сопротивления каждого однородного по материалу слоя, составляющего конструкцию ограждения, определяемого по формуле

где 8- толщина однородной ограждающей конструкции или отдельного слоя многослойной конструкции, ж; я, - коэффициент теплопроводности материала, принимаемый по СНиП в ккал1м-ч-град.

Из формулы (1) видно, что чем больше толщина слоя, тем больше сопротивление теплопередаче и вместе с тем: чем легче материал, тем выше сопротивление теплопередаче.

Некоторые теплоизоляционные материалы с течением времени дают усадку деформируются, уплотняются, вследствие чего ограждение в целом может снизить свето- и теплотехнические качества в процессе эксплуатации здания Поэтому для материалов, подверженных усадке, уплотнению, деформации (минеральная вата и изделия на ее основе, войлок, и т п ). следует табличные значения Я, увеличивать на 20%. Для теплозащитных конструкций применяют материалы с возможно меньшим коэффициентом теплопроводности. Величина этого коэффициента зависит не только от материала, но и от направления рас-про1транения тепла внутри конструкции. Так, для сосны и ели, если тепло проникает поперек волокон. Я, =0,15 ккал1м-ч-град, а если вдоль волокон, то Я, = 0,30 ккал/м-ч-град.

Чем легче материал, тем меньше его коэффициент теплопроводности

Объемный вес и коэффициент теплопроводности насыщенного влагой материала увеличиваются, а термическое сопротивление конструкции уменьшается Поэтому при технических расчетах величину коэффициента теплопроводности материала принимают по СНиПу с учетом влажностной географической зоны и влажностного режима помещений.

Величина общего сопротивления теплопередаче многослойной конструкции /?о (рис. 29) вычисляется по формуле (м-ч-град/ккал)

"в On

,деа коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции (ккал1м-ч-град)\ Ri, R... -сопротивления теплопередаче отдельных слоев ограждения, вычисляемые по формуле (iy,a„ - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции (ккал/м "Ч-град).

Значения а, ан принимают по СНиП П-А. 7-71. Так для внутренних поверхностей стен, полов, а также потолков гладких или с выступающими ребрами при от-

1слои\,

1слои

Виитрениий Воздух

Направление теплового потока

=>

пошении высоты ребра h к расстоянию между гранями ребер а {hia < 3) а в = =7,5 ккал/м-ч-град.

Для ограждений, наружная поверхность которых непосредственно соприкасается с наружным воздухом (наружная стена, покрытие), при зимних условиях коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения а„ = =20 ккал/м-ч-град.

Формула (2) действительна для ограждения с однородным материалом по вертикали. Для конструкций, в которых материал по вертикали не однороден, сопротивление теплопередаче определяется по другим формулам (приводятся в СНиПе, справочниках и т. д.).

Если один из слоев конструкции представляет собой замкнутую воздушную прослойку, то термическое его сопротивление R,„ определяется по СНиПу. Для горизонтальных прослоек при потоке тепла снизу вверх и для вертикальных прослоек в зимнее время iB.n (в м- ч-град/ккал) равно:

Нарутьш Воздух

Рис. 29. Распределение температур в наружном ограждении при постоянном тепловом потоке

При толщине прослойки S=0.01 м . . .

То же Ь=0.02 м . . .

6 =0.03 м . . . » Ь =0,05 ж . . ,

1 Й=0.10-Н0,15 Л1

в. п

=0.17 =0.18 =0,19 =0.20 =0,21

В СОСТОЯНИИ покоя воздух хорошо сопротивляется теплопередаче. Если же воздух в прослойке сообщается с внешней средой и может перемещаться, то в этом случае он принесет только вред теплозащитным свойствам конструкции.

Общее сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (/?о) должно быть не меньше сопротивления теплопередаче (/?р), тре-

буемого по санитарно-техническим условиям, и сопротивления теплопередаче определяемого экономическим расчетом.

Сопротивление теплопередаче (в м-ч-град/ккал) вычисляем по формуле

DTP "(<в- н)

где <в - расчетная температура внутреннего воздуха, принимаемая по нормам проектирования зданий, °С; /„ - расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, принимаемая по СНиП «Строительная климатология и геофизика»; п - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху (по СНиП П-А. 7-71) При проектировании наружных стен, покрытий, перекрытий над проездами принимают п=1. Для чердачных перекрытий со стальной, черепичной или асбестоцементной кровлей по разреженной обрешетке и покрыгий о вентилируемыми прослойками « = 0,9, а для чердачных перекрытий в рулонной кровлей п = 0,8; At" - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, в °С (по СНиП). Например, для жилых помещений и помещений больниц, детских садов, для стен д" = 6°, для покрытий и чердачных перекрытий At" = 4°; ав - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции.

В северных районах, а также в районах где низкие зимние расчетные температуры наружного воздуха сочетаются с частыми устойчивыми "Ьильными зимними ветрами, теплозащитным свойствам ограждающих конструкций уделяется особое внимание. Теплотехнические расчеты для таких районов ведутся по формулам, учитывающим скорость ветра и высоту здания.

Следует помнить, что для стен и потолков одного и того же помещения расчетная температура наружного воздуха может оказаться различной, так как она принимается в зависимости от массивности каждого ограждения.

Например, для массивных ограждений (сплошная кладка стен толщиной более 50 см из обычного полнотелого кирпича и других монолитных стен с объемным весом более 1600 кг/см) равна средней температуре наиболее холодной пятидневки (для Москвы t„ - -z5°); для легких ограждений (слоистые крупнопанельные стены, сборные покрытия с легким утеплителем) t„ равиа средней температуре наиболее холодных суток (для Москвы <„ = -32°, СНиП П-А. 6-72) для ограждений средней массивности (эффективной кладки из пустотелого кирпича или керамики с пустотами, шлакобетонных стен толщиной 40 см и менее) t„ равна среднему значению.

Такая методика определения наружных расчетных температур обусловливается тем, что самая низкая температура внутренней поверхности массивного ограждения наступает через пять наиболее холодных суток, а легкого ограждения - уже через одни сутки.

Степень массивности ограждения определяется по величине тепловой инерции D, вычисляемой по сюрмуле

D = + /?Л + ••• + RnSn, (4)

где Ru Ri, ... , Rn - термические сопротивления отдельных слоев ограждения, -ч-град!ккал, вычисляют по формуле (I); Sj, S, ... , - коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции, вычисляемые по формуле (в ккал!м-ч-град)

5 = 0,51 ylJCl,

где Я, - коэффициент теплопроводности материала; С„-удельная теплоемкосгь материала, определяемая (в ккал1кг-град) по формуле

Со-f 0,01. 1 -f 0,01 О) •

объемный вес материала, определяемый (в кг1м по формуле

/ О) >

В формулах (6) и (7) - удельная теплоемкость сухого материала, ккал!кг •град; - объемный вес материала в сухом состоянии, кг!м\ (О-весовая влажность материала, % (принимают по СНиП П-А. 7-71).

Характеристика тепловой инерции D - величина безмерная, так как значения /? и 5 представляют собой обратные величины.

Ограждающие конструкции от1юсятся к легким при D 4, к массивным при D >» 7 и к ограждениям средней массивности при 4 <D <7.

В южных районах с жарким климатом учитывается также возможность перегрева здания, исключаемого соответствующей ориентацией окон, отделкой наружных поверхностей в светлые тона, увеличением свесов крыши, устройством защитных козырьков, лоджий и применением специальных конструкций слоистых стен с продухами. Характер конструкций наружных ограждений устанавливают специальными теплотехническими и статическими расчетами.

Для наружных дверей и ворот, а также полов на грунте и на лагах величина R не нормируется. Для остекленных поверхностей наружных ограждений (окна, балконные двери и др.) /?тр устанавливается СНиПом.

С помощью формул (1)-(7), зная, что R RV, можно определить толщину решающего (с точки зрения теплотехники) слоя проектируемой или существующей конструкции.

Если при определении толщины слоя утеплителя однослойной ограждающей конструкции принять /?о = RlF, то получим предельно допустимую наименьшую толщину слоя, которая будет соответствовать и наименьшей начальной стоимости ограждения. Но такое решение не является лучшим и рекомендуется принимать R„ на 10-30% больше Rl".

При эксплуатации зданий или проектировании ограждающих конструкций часто возникает необходимость в определении температу-

ры на внутренней поверхности ограждения или в толще его, так как слишком низкие температуры на поверхности или в толще ограждения могут способствовать образованию конденсационной влаги. В связи с этим температурный перепад Д" между температурой внутреннего воздуха tg и температурой внутренней поверхности ограждения нормируется по еанитарным требованиям.

Температуру на внутренней поверхности ограждающей конструкции можно определить по формуле

а температуру поверхности, обращенной в сторону помещения любого слоя ограждающей конструкции, считая от внутренней поверхности ограждения, по формуле

(8а)

где -сумма термических сопротивлений всех слоев, считая от

внутренней поверхности ограждения.

При наличии в ограждениях (рис. 30) конструктивных элементов с теплопроводностью, превышающей теплопроводность основной части ограждающей конструкции (так называемые температурные мостики), температуру внутренней поверхности ограждения определяют по формулам, в которых учитывается отношение ширины теплопроводной вставки к ширине ограждения (отношение а/Б на рис. 30).

Если же площадь поверхности теплопроводных вставок превышает 15% от всей площади ограждения, то конструкция рассчитывается по методу, указанному в СНиПе для расчета ограждения из неоднородного (в направлении, перпендикулярном направлению движения тепла) материала.

Для помещения с мокрым режимом температура внутренней поверхности ограждения в местах теплопроводных вставок не проверяется.

Сильному охлаждению подвергаются не только места холодных вставок, но и наружные углы угловых помещений. Эти углы иногда промерзают и покрываются сыростью, так как охлаждающаяся наружная поверхность стены в этом месте значительно превышает внутреннюю поверхность, воспринимающую тепло. Поэтому при технических расчетах угловых помещений вводят поправочные коэффициенты и прибегают к конструктивным приемам, показаным на рис. 30.

Влажностный режим и качество ограждений

В толщу ограждения может проникнуть влага. При строительстве она заносится с влажными материалами. При неисправности гидроизоляции фундаментов влага поднимается по капиллярам материала и во время эксплуатации поглощается из воздушной среды. Дожди непосредственно увлажняют поверхность наружных стен.

конденсат

Рис. 30. Предупреждение промерзания наружных стен1 о -в местах теплопроводных вставок; б -в наружных углах; / - теплопроводная вставка; 2 - стеновой материал; .* - стояв центрального отоолевня; 4 - местное утолшенне стен

Степень влияния влажности на теплотехнические качества и на долговечность ограждения зависит от материала и конструктивных особенностей ограждения, температурно-влажностного режима помещений и насыщенности влагой внешней среды. Влажность материалов, применяемых при строительстве, не должна превышать пределов,

установленных СНиПом.

Правильный выбор конструкции и материалов о учетом местных климатических условий и эксплуатационных требований, а также строгое соблюдение правил эксплуатации значительно удлиняют срок службы здания и его элементов.

Способность материала или конструкции сохранять свои качества при воздействии влаги и колебаниях поломштельной температуры называют влагостойкостью; при воздействии влаги и колебаниях отрицательных температур - морозостойкостью, а при воздействии влаги, содержащей растворенные агрессивные вещества, - стойкостью

против коррозии.

Влага является активным ускорителем процесса изменения структуры строительного материала.