Строительство в Севастополе — сообщество мастеров строителей и отделочников
Строительные работы в Севастополе
Порядок построения изотермы распределения температур в толще ограждающей конструкции стены. Распределение температуры в стене
1.3 Теплопроводность при стационарном режиме
При установившемся, или стационарном тепловом режиме температура тела во времени остается постоянной. При этом полученное нами дифференциальное уравнение теплопроводности упрощается:
Если внутренние источники теплоты отсутствуют, то уравнение еще упростится:
Рассмотрим теплопроводность в телах простейшей геометрической формы.
Передача теплоты через плоскую стенку.
Рассмотрим передачу теплоты через плоскую стенку (рис. 1.3) в случае, когда заданы граничные условия первого рода. Стенка толщинойδ имеет постоянный коэффициент теплопроводности λ. На наружных поверхностях стенки поддерживаются постоянные температуры t1 и t2. При заданных условиях температура будет изменяться только в направлении, перпендикулярном плоскости стенки. Направим ось х, как показано на рис. 1.3, тогда для осей y и z справедливо:
В
Рис. 1.3.1 Передача теплоты
через плоскую стенку
связи с этим температура будет функцией только координатых, а дифференциальное уравнение для этого случая будет иметь вид:
Граничные условия в рассматриваемой передаче запишем следующим образом:
при х = 0, t = t1
при х = δ, t = t2
Дифференциальное уравнение вместе с граничными условиями дают полную математическую формулировку поставленной задачи.
В результате решения этой задачи должно быть найдено распределение температуры в плоской стенке t = f(x), и получена формула для определения плотности теплового потока.
Закон распределения температуры в плоской стенке найдем выполнив интегрирование уравнения:
Таким образом, при постоянном коэффициенте теплопроводности, температура в стенке изменяется по линейному закону.
Константы определим из граничных условий:
при х = 0, t = t1 => С2 = t1
при х = δ, t = t2 =>
Для определения количества теплоты, проходящего через единицу поверхности стенки в единицу времени в направлении оси х, воспользуемся законом Фурье, согласно которому:
Учитывая, что
и, получим:
.
Из полученного уравнения следует, что количество теплоты, проходящее через единицу поверхности стенки в единицу времени, прямо пропорционально коэффициенту теплопроводности λ и разности температур, и обратно пропорционально толщине стенке δ. Отметим, что тепловой поток определяется не абсолютным значением температур, а их разностью, которую называют температурным напором.
Отношение называетсятепловой проводимостью стенки, а обратная величина –тепловым (термическим) сопротивлением стенки, которое представляет собой падение температуры в стенке на единицу плотности теплового потока.
Зная плотность теплового потока, легко вычислить общее количество теплоты Q, которое передается через стенку площадью F за промежуток времени τ:
Используя, полученные выражения, можем записать температурное поле в виде:
В действительности коэффициент теплопроводности λ является переменной величиной. Рассмотрим случай, когда коэффициент теплопроводности является функцией температуры λ = λ(t).
Для многих материалов зависимость коэффициента теплопроводности от температуры близка к линейной:
,
где – значение коэффициента теплопроводности при 0°С.
На основании закона Фурье, запишем:
Выполнив интегрирование , найдем среднеинтегральное значение коэффициента теплопроводности:
Тогда плотность теплового потока можно вычислить по формуле:
Таким образом, если коэффициент теплопроводности зависит от температуры, то для вычисления теплового потока можно использовать среднеинтегральное значение теплопроводности в заданном интервале температур.
Передача теплоты через многослойную плоскую стенку.
Рассмотрим теплопроводность многослойной плоской стенки, состоящей из n однородных слоев. Примем, что контакт между слоями полный и температура на соприкасающихся поверхностях двух слоев одинакова.
При стационарном режиме тепловой поток, проходящий через любую изотермическую поверхность неоднородной стенки, один и тот же:
При заданных температурах на внешних поверхностях многослойной стенки, размерах слоев и соответствующих коэффициентах теплопроводности, можно составить систему уравнений:
…………………
Определив температурные напоры в каждом слое и выполнив суммирование, получим:
Отсюда можно получить плотность теплового потока:
Величина в знаменателе, равная сумме термических сопротивлений всех n слоев стенки, называется полным термическим сопротивлением многослойной стенки.
При сравнении переноса теплоты через многослойную стенку и стенку из однородного материала удобно ввести в рассмотрение эквивалентный коэффициент теплопроводности. Он равен коэффициенту теплопроводности однородной стенки, толщина которой δ равна толщине многослойной стенки , а термическое сопротивление равно термическому сопротивлению рассматриваемой многослойной стенки, т.е.
Из полученного уравнения следует, что эквивалентный коэффициент теплопроводности зависит не только от теплофизических свойств слоев, но и от их толщины. Температуры на границах соприкосновения двух соседних слоев равны:
Для многослойной стенки в целом температурная кривая представляет собой ломанную линию.
Теплопередача.
Передача теплоты от одной среды (жидкости или газа) к другой через разделяющую их стенку любой формы называется теплопередачей. Теплопередача включает в себя теплоотдачу от более горячей жидкости (газа) к стенке, теплопроводность в стенке и теплоотдачу от стенки к более холодной жидкости (газу).
Рис. 1.3.2 Теплопередача через плоскую стенку
ассмотрим теплопередачу от одной жидкости к другой через однослойную плоскую стенку (рис. 1.3.2). Пусть плоская стенка имеет толщинуδ. Заданы коэффициент теплопроводности стенки λ, температуры окружающих сред, а также коэффициенты теплоотдачи. Будем считать, что все эти величины не меняются вдоль поверхности. Это позволяет рассматривать изменение температур стенки и жидкости только в направлении, перпендикулярном плоскости стенки.При заданных условиях необходимо найти тепловой поток от горячей жидкости к холодной и температуры на поверхности стенки.
Плотность теплового потока от горячей жидкости к стенке определяется уравнением:
Та же плотность теплового потока, обусловленная теплопроводностью, определится как:
Та же плотность теплового потока от второй поверхности стенки к холодной жидкости за счет теплоотдачи:
Определив из этих выражений температурный напор и выполнив суммирование, получим:
Величина k имеет такую же размерность, что и α , и называетсякоэффициентом теплопередачи. Коэффициент теплопередачи численно равен количеству теплоты, которое передается через единицу поверхности стенки в единицу времени при разности температур между жидкостями в один градус.
Величина, обратная коэффициенту теплопередачи, называется термическим сопротивлением теплопередачи:
Термическое сопротивление теплопередачи складывается из термического сопротивления теплоотдачи от горячей жидкости к поверхности стенки, термического сопротивления теплопроводности стенки и термического сопротивления теплоотдачи от поверхности стенки к холодной жидкости.
Очевидно, что для многослойной стенки термическое сопротивление теплопередачи будет:
Тепловой поток Q, через поверхность стенки F равен:
Температуры поверхности стенки можно найти из уравнений:
Рассмотрим графический метод определения температур на поверхности слоев многослойной стенки, в основу которого положено свойство линейной зависимости температурного напора от термического сопротивления стенки:
или для любого слоя:
Такая зависимость дает возможность построить фиктивную стенку, в которой толщины слоев будут пропорциональны соответствующим термическим сопротивлениям, а внешние термические сопротивления теплоотдачи учитываются путем введения двух условных граничных слоев соответствующей толщины. Сущность метода поясним на примере трехслойной стенки (рис. 1.3.3).
Термическое сопротивление теплопередачи через такую стенку равно:
Отложим на оси абсцисс отрезки соответственно равные термическим сопротивлениям перечисленным в формуле. На границах отрезков проведем перпендикуляры. На крайних перпендикулярах отложим в произвольном масштабе температуры жидкостей и соединим полученные точки прямой. Эта прямая отсечет на оставшихся перпендикулярах температуры на
или
Выполним некоторые преобразования:
=>
Из полученных соотношений следует:
Аналогично доказывается, что и другие отрезки соответствуют температурам на поверхности слоев стенки.
ЗАДАЧИ.
Определить тепловой поток через бетонную стену здания толщиной 200 мм, высотой 2,5 м и длиной 2 м. Если температуры на поверхности стены: t1 = 20°C; t2 = -10°C, а коэффициент теплопроводности бетона λ = 1 Вт/(м·°К).
Решение.
Так как процесс стационарный и внутренних источников тепла нет, то можно воспользоваться формулой, выведенной нами ранее:
На реке лед толщиной 300 мм покрыт слоем снега в 200 мм. Температура воздуха -15˚С. Коэффициент теплопроводности льда – 2,23 Вт/(м∙К), коэффициент теплопроводности снега – 0,46 Вт/(м∙К). Найти плотность теплового потока и температуру на границе льда и снега.
Решение.
Так как процесс стационарный и внутренних источников тепла нет, то можно воспользоваться формулой, выведенной нами ранее:
studfiles.net
Температура в помещении – формула расчета перепада по СНиП
Согласно нормативам СНиП, температура в помещении разных категорий зданий состоит из температуры воздуха в помещении и температуры внутренних поверхностей ограждающих конструкций. Для жилых, производственных и административных зданий это температура для внутренней поверхности стен и перекрытий.
Строительные Нормы и Правила регулируют перепад между температурой воздуха внутри помещений и температурой поверхности помещения. Для чего?
Если разница будет значительной, то в ситуации, когда воздух теплый, а стены холодные, на внутренней поверхности стен будет конденсироваться водяной пар. А попросту говоря, будет выпадать конденсат.
Конденсат на внутренних стенах помещения приведет к повышению влажности в самом помещении, к снижению комфорта находящихся в нем людей и к порче материалов отделки на стенах и перекрытиях.
Чтобы избежать такой ситуации, когда температура поверхностей помещения слишком низкая, а температура воздуха в помещении высокая, разница между этими показателями нормируется.
Дельта для этих показателей будет разная для разных типов зданий. Нормы приведены в выдержке из текста СНиП ниже.
Таблица, в которой указан нормируемый температурный перепад между температурой воздуха в помещении и температурой поверхностей помещения сопровождается формулой, по которой производится расчет этого показателя.
Текст СНиП «Тепловая защита зданий» п. 5.9. «Ограничение конденсации влаги на стенах внутри помещения» (текст документа):
Смотрим текст документа, таблицу и комментируем.
Итак, разница между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренних поверхностей стен для жилых помещений не должна превышать 4 градусов по Цельсию. Если воздух в жилом помещении +22С, то температура внутренней стены не должна быть ниже +18С. В противном случае создаются условия для выпадения конденсата внутри помещения.
Как получается ситуация, когда воздух в помещении теплый, а внутренние стены холодные? Очень просто. При недостаточном утеплении ограждающих конструкций, единственный способ у потребителя не замерзнуть – это топить свой котел или печь на максимальном режиме.
Теплогенератор выдает максимальное количество тепла в воздух или теплоноситель, который в свою очередь идет в радиаторы или теплые полы. Радиаторы и теплые полы также нагревают воздух в помещении.
Однако теплопотери через стены таковы, что теплый воздух в помещении не в состоянии нагревать внутреннюю поверхность стен до требуемого Тстен = Твоздуха + 4С. Как говорят в таком случае, печь раскалена, а стены ледяные. То же самое может касаться пола или потолка.И это является самым прямым способом вызвать конденсацию водяного пара на внутренней поверхности стен, пола и потолка.
В случае, когда стены утеплены достаточно, а потолок или пол – нет, возникает конденсат на полу или потолке, поскольку стены становятся исключенными из этого процесса.
Даже если не приходится тратить чрезмерное количество топлива на поддержание комфортной температуры в помещении, все равно недостаточно утепленные стены приводят к тому, что воздух в помещении будет охлаждаться быстрее.
Единственный выход из ситуации – утеплять ограждающие конструкции снаружи. В этом случае стены, пол и потолок будут иметь разницу на внутренних поверхностях с температурой воздуха внутри помещения в рамках нормативов СНиП «Тепловая защита зданий».
С этим вопросом разобрались, поехали дальше.
Разность температур считается по формуле, которую вы видите после таблицы. Коэффициент n показывает, как расположены стены и перекрытия по отношению к улице.
Таблица 6 с коэффициентами n для разных вариантов расположения:
Далее в формуле Тнаруж и Твнутр, а также коэффициент сопротивления теплопередаче R (таблицу значений R смотрите в разделе Таблицы или по ссылке «Нормируемое сопротивление теплопередаче по СНиП»).
А также А – теплоотдача внутренней поверхности стен и перекрытий. Этот показатель вы можете видеть в таблице 7, которая представлена ниже.
Таблица 7 Теплоотдача внутренней поверхности стен и перекрытий:
Таким образом, у нас есть все показатели, которые позволяют рассчитать температурный перепад для конкретной ситуации, когда температура воздуха в помещении может быть гораздо выше, чем температура поверхностей помещения.
dom-data.ru
Распределение температур на поверхности стены квартиры
📅 Создано: 19 Января 2018, 2:12 👀 Просмотров: 545
Лучшее решение для владельцев, которые по разным причинам мерзнут в своей квартире и не могут рассчитывать только на изоляцию фасада, - это утепление стен изнутри. Для того, чтобы узнать как лучше можно улучшить тепловую производительность дома обычно используют тепловизоры.
Тепловые исследования квартиры изнутри до утепления
Ниже приведены результаты теплоанализа, который состоит из 2 квартир. Выполнялся ремонт квартиры в многоквартирном доме. Тепловые исследования касались двух соседних квартир, одна из которых изолирована изнутри, а другая - нет. Все тепловые снимки сделаны внутри помещений. Опыты проводились в феврале 2014 года в вечернее время при отсутствии осадков при температуре 23 ° C внутри i -7,5 ° C снаружи здания. Скорость ветра достигала 2м/с.
Распределение температуры по поверхности стен после утепления
Исследования, сделанные инфракрасной камерой, подтверждают, что утепление квартиры изнутри снижает потери тепла и значительно уменьшает появление тепловых мостиков. Такое утепление также выравнивает распределение температуры на поверхности перегородок и уменьшает время нагрева помещения.
На инфракрасных изображениях мы можем увидеть распределение температур на поверхности стены в зависимости от наличия или отсутствия утепления с внутренней стороны панелей. Неизолированная стена имеет неоднородное распределение температуры, особенно в углах. В этом случае низкая температура в углу составила 8,8 ° C. Сохранение такой ситуации в течение длительного времени (несколько недель) может привести к распространению плесени на внутренней поверхности стен. Изолированные стеновые панели имеют, в свою очередь, достаточно равномерное распределение температур. Температура практически на всей поверхности стен составляет 18 ° C, снижение температуры заметно только в углу, и его очень трудно избежать из-за влияния геометрии стен.
Оценка распроделения температуры на стенах
- Стена без теплоизоляции - распределение температуры
- Сварные стены без теплоизоляции
- Стена, теплоизолированная изнутри теплоизоляционными плитами
Коэффициент теплопередачи наружных стен
Cтремление к комфорту и сокращению затрат на потребеление тепловой энергии, необходимой для обогрева помещения, является всегда актуальным для домовладельцев. Но особенно остро она стоит для жителей панельных многоэтажек, появившихся еще до 1991 года.
С начала 50-х до середины 80-х годов ХХ века большие бетонные плиты были распространенным материалом для строительства в целом ряде стран, однако стандарты для теплоизоляции были в то время намного ниже и не такие жесткие - максимальный коэффициент теплопередачи наружных стен U составлял 1, 16 Вт / (м2 К). Позже, в 80-х годах эти требования возросли до 0,75 Вт / (м2 К), а через десять лет - до 0,55 Вт / (м2 К). Сравнивая эти значения с текущими требованиями, согласно которым коэффициент теплопередачи наружных стен не должен превышать значения 0,30 Вт / (м2 К), видим, что максимальное значение U сократилось почти в 4 раза. Вот почему так много старых зданий сталкиваются с проблемой недостаточной термической изоляции стен.
Преимущества внутренней теплоизоляции
Основным преимуществом внутренней теплоизоляции является то, что она не влияет на внешний вид фасада. Это очень актуально, если у владельцев есть желание или необходимость сохранить первоначальный вид здания. Кроме этого, утепление с помощью такого метода может производиться в течение всего года, не зависимо от погоды.
Утепление внутри с использованием изоляционных плит помогает решить несколько проблем: потери тепла в осенне-зимний период, а также чрезмерное повышение температуры в жаркие летние месяцы.
Теплопроводность и паропроницаемость изоляционных плит
Изоляционные плиты изготавливают из легкого пористого бетона с плотностью 115 кг/м3. Из-за такой низкой плотности материала достигается очень хорошая теплопроводность λ = 0,045 Вт / м2К. Использование такой теплоизоляции также защищает стены от развития микроорганизмов и распространения плесени. Изоляционные плиты имеют высокую паропроницаемость, то есть они не создают барьера для движения влаги и пара, и стена может «дышать». В комнате, таким образом, создается приятный и здоровый климат. Изоляционные блоки изготавливают только из натуральных материалов, использование этой технологии не только безопасное для здоровья, но и обеспечивает лучшую защиту от огня - материал является негорючим в классе А1.
Благодаря простоте установки и легкости обработки изоляционных плит процесс утепления помещения изнутри значительно упрощается, его можно легко и быстро реализовать. Такие плиты можно даже установить самостоятельно, следуя инструкциям производителя. Изоляционные плиты могут быть установлены в здании любого типа на любом этаже.
Статьи по теме
Возможно вас заинтересует
dompokrov.ru
4.5. Определение расчетно-температурного перепада t0 (разница между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены)
4.5.1. Определяем расчетный температурный перепад Dt0, °С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции в соответствии с п. 5.8 СНиП 23-02-2003 по формуле (8):
[С] (8)
где: показывает расчетную разницу между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены;
n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху. Принимаем по таблице 6 СНиП 23-02-2003 (см. приложение 8): n = 1.
tint – температура внутреннего воздуха здания, принимаемая по минимальным значениям оптимальной температуры для жилого помещения по таблице 1 СП 23-101-2004 (см. приложение 1): tint = 20С.
text – температура наружного воздуха в холодный период года, С, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0.92. Принимается по таблице 1 СНиП 23-01-99*: text = -32С.
[С]
4.5.2. Проверяем условие: ≤, где– нормируемый температурный перепадмежду температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по таблице 5 СНиП 23-02-2003 (см. приложение 9): = 4С:
1.87С < 4.0С.
Вывод: принятая конструкция стены отвечает санитарно-гигиеническим и строительным требованиям к теплопередаче ограждающих конструкций по температурному перепаду.
4.6. Определение положения слоя утеплителя относительно наружной поверхности ок.
4.6.1. Положение слоя утеплителя в составе ограждающей конструкции выбирается исходя из функционального назначения и режима эксплуатации зданий и помещений. При этом должна обеспечиваться требуемая термостабильность внутренней среды помещений при минимальном потреблении энергоресурсов на их отопление и кондиционирование.
Правильное расположение слоя утеплителя в составе ограждающей конструкции определяет долговечность и надежность ее эксплуатации. Для этого требуется предотвратить возможность образования и замерзания конденсата в жестких слоях ОК и обеспечить их минимальную температурную деформацию, обусловленную амплитудой колебания температуры наружного воздуха и других климатических параметров, определяющих условия эксплуатации ОК в течение всего года.
4.6.2. Для определения правильности положения слоя утеплителя, учитывая его ранее найденную толщину, рассмотрим распределение температур по сечению ограждающей конструкции при температуре наружного воздуха text -32С для двух вариантов (рис. 2):
1 вариант – слой утеплителя находится со стороны наружной среды, а кирпичная кладка (несущий слой) – с внутренней стороны;
2 вариант – слой утеплителя находится со стороны внутренней среды, а кирпичная кладка (несущий слой) – с наружной стороны ОК.
Рисунок 2. Варианты положения слоя утеплителя в ОК
4.6.3. Определение распределения температур в сечении конструкции для двух вариантов положения слоя утеплителя.
Температура на границе n-ного слоя ограждающей конструкции n, c его «теплой» стороны, определяется как:
[С] (9)
где: R1 … Rn – сопротивление теплопередаче n-ного слоя ОК, остальные обозначения те же, что и выше по тексту.
4.6.4. Подставляя в (9) исходные данные и полученные расчетом значения, получаем, что для 1-го варианта (слой утеплителя находится со стороны наружной среды, а кирпичная кладка – с внутренней):
а) температура внутренней поверхности ограждающей конструкции составит
int = tint – [(tint - text)/R0]×r×[1/aint ] = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7] = 18.37С.
б) температура внутренней поверхности несущего слоя (кладка из сплошного глиняного кирпича) составит
1 = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7+0.02/0.93] = 18.07С.
в) температура внутренней поверхности утеплителя (плита минераловатная) составит
2 = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7+0.02/0.93+ 0.25/0.81] = 13.71С.
г) температура внутренней поверхности облицовки (кладка из керамического кирпича) составит
3 = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7+0.02/0.93+ 0.25/0.81 + 0.21/0.07] =
= -28.71С.
д) температура внешней поверхности облицовки (кладка из керамического кирпича) составит
ext = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7+0.02/0.93+0.25/0.81+0.21/0.07 + 0.12/0.64] = -31.36С.
4.6.5. Подставляя в (9) исходные данные и полученные расчетом значения, получаем, что для 2-го варианта (слой утеплителя находится со стороны внутренней среды, а кирпичная кладка – с наружной):
а) температура внутренней поверхности ограждающей конструкции составит
int = tint – [(tint - text)/R0]×r]×[1/aint ] = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7] = 18.37С.
б) температура внутренней поверхности утеплителя (плита минераловатная) составит
1 = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7+0.02/0.93] = 18.07С.
в) температура внутренней поверхности несущего слоя (кладка из сплошного глиняного кирпича) составит
2 = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7+0.02/0.93+ 0.21/0.07] = -25.16С.
г) температура внутренней поверхности облицовки (кладка из керамического кирпича) составит
3 = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7+0.02/0.93+ 0.21/0.07 + 0.25/0.81] =
= -28.71С.
д) температура внешней поверхности облицовки (кладка из керамического кирпича) составит
ext = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7+0.02/0.93+0.21/0.07 + 0.25/0.81+ 0.12/0.64] = -31.36С.
4.6.5. Сравним варианты распределения температур по сечению конструкции. Для этого построим соответствующие диаграммы с результатами расчета (рис. 3)
В первом варианте (слой утеплителя расположен снаружи кладки) температура в кладке падает всего на 4.66С, таким образом, несущий слой всегда будет находиться в области положительных температур, а диапазон их колебаний будет оставаться небольшим даже при больших амплитудах суточных и сезонных колебаний температуры наружного воздуха. Это уменьшает размер температурных деформаций в кладке и, следственно, вероятность образования деформационных напряжений и трещин. Пологий наклон графика температур показывает, что при временном отключении систем отопления наружу будет отдаваться небольшое количество тепла, что обеспечит термостабильность внутренней среды помещения. За счет того, что кладка (несущий слой) даже при экстремальных похолоданиях будет находиться в области положительных температур, снижается вероятность образования конденсата и исключается возможность его замерзания в теле кладки несущей конструкции.
Рисунок 3. Распределение температур в ОК при различных вариантах положения слоя утеплителя
Во втором варианте, кода слой утеплителя расположен со стороны внутренней среды здания, температура в кладке в зимнее время будет находиться в области отрицательных температур. Таким образом, при резких изменениях температуры воздуха в годовом ходе, а также при резкой смене погодных условий (потепление, похолодание) кладка будет подвергаться воздействию больших температурных колебаний, что может привести к появлению в ней трещин от температурных деформаций.
Кроме того, в переходные сезоны года, когда в суточном ходе температура наружной среды переходит через 0С, в кладке может накапливаться конденсат, а при положении нулевой изотермы внутри несущего слоя конструкции будет происходить его замерзание и, как следствие, появится возможность образования трещин, связанных с увеличение объема воды при превращении ее в лед (физическое выветривание).
Таким образом, положение слоя утеплителя в ограждающей конструкции в общем случае не влияет на значения температур внутренней и наружной поверхности. Несмотря на это в конструктивном отношении слой утеплителя целесообразно располагать с внешней стороны ограждающих конструкций жилых домов и других зданий, к помещениям которых предъявляется требования поддержания стабильной положительной температуры в течение всего времени их эксплуатации (суток, года).
studfiles.net
Распределение температуры по сечению ограждения
Важной практической задачей является расчет распределения температуры по сечению ограждения (рис.7). Из дифференциального уравнения (2.1) следует, что оно линейно относительно сопротивления теплопередаче, поэтому можно записать температуру tx в любом сечении ограждения:
, (2.31)
где Rх-ви Rх-н- сопротивления теплопередаче соответственно от внутреннего воздуха до точки х и от наружного воздуха до точки х, м2. оС/Вт.
Рис.7. распределение температуры в многослойной стенке. а) в масштабе толщин слоев, б) в масштабе термических сопротивлений
Однако выражение (2.30) относится к ограждению без возмущающих одномерность теплового потока. Для реального ограждения, характеризуемого приведенным сопротивлением теплопередаче при расчете распределения температуры по сечению ограждения надо учитывать уменьшение сопротивлений теплопередаче Rх-ви Rх-нс помощью коэффициента теплотехнической однородности:
. (2.32)
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое (физический смысл) коэффициент теплоотдачи на поверхности?
2. Из чего складывается коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности ограждения?
3. Из чего складывается коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности ограждения?
4. Из чего складывается термическое сопротивление многослойной ограждающей конструкции с плоскопараллельными слоями по ходу теплового потока.
5. Из чего складывается общее сопротивление теплопередаче многослойной ограждающей конструкции с плоскопараллельными слоями по ходу теплового потока. Напишите формулу общего сопротивления теплопередаче.
6. Физический смысл термического сопротивления многослойной ограждающей конструкции с плоскопараллельными слоями по ходу теплового потока.
7. Физический смысл общего сопротивления теплопередаче многослойной ограждающей конструкции с плоскопараллельными слоями по ходу теплового потока.
8. Физический смысл приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции.
9. Что такое условное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции.
10. Что такое коэффициент теплотехнической однородности ограждающей конструкции.
11. Что такое коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции?
12. Напишите формулу теплового потока, передаваемого за счет теплопередачи от внутренней среды с температурой tв к наружной с температурой tн через многослойную стенку.
13. Начертите качественную картинку распределения температуры в двухслойной стенке при известных температурах окружающих сред tв и tн, если λ1>λ2.
14. Начертите качественную картинку распределения температуры в двухслойной стенке при известных температурах окружающих сред tв и tн, если λ1<λ2.
15. Напишите формулу для определения температуры внутренней поверхности двухслойной стенки в при известных температурах сред tв и tн, толщинах слоев δ1 и δ2, коэффициентах теплопроводности λ1 и λ2.
16. Напишите формулу для определения температуры наружной поверхности двухслойной стенки τн в при известных температурах сред tв и tн, толщинах слоев δ1 и δ2, коэффициентах теплопроводности λ1 и λ2.
17. Напишите формулу для определения температуры между слоями двухслойной стенки t при известных температурах сред tв и tн, толщинах слоев δ1 и δ2, коэффициентах теплопроводности λ1 и λ2.
18. Напишите формулу для определения температуры tx в любом сечении многослойной стенки при известных температурах сред tв и tн, толщинах слоев, коэффициентах теплопроводности.
Похожие статьи:
poznayka.org
Точка росы, пароизоляция и вентилируемый зазор
Водяной пар в стене — откуда он?
Для того чтобы понять, к каким последствиям приведёт отсутствие вентилируемого зазора в стенах, выполненных из двух и более слоев разных материалов, и всегда ли нужны зазоры в стенах, необходимо напомнить о физических процессах, происходящих в наружной стене в случае разности температур на её внутренней и наружной поверхностях.
Как известно в воздухе всегда содержатся водяные пары. Парциальное давление пара зависит от температуры воздуха. С повышением температуры парциальное давление водяных паров увеличивается.
В холодное время года парциальное давление паров внутри помещения значительно выше, чем снаружи. Под действием разницы давлений водяные пары стремятся попасть изнутри дома в область меньшего давления, т.е. на сторону слоя материала с меньшей температурой — на наружную поверхность стены.Также известно, что при охлаждении воздуха водяной пар, содержащийся в нём, достигает предельного насыщения, после чего конденсируется в росу.
Точка росы – это температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нём пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу.
На приведённой диаграмме, Рис.1., представлено максимально возможное содержание водяного пара в воздухе в зависимости от температуры.
| Рис.1. График температуры точки росы.Максимально возможное содержаниепара в воздухе в зависимости оттемпературы. |
Отношение массовой доли водяного пара в воздухе к максимально возможной доле при данной температуре называется относительной влажностью, измеряемой в процентах.
Например, если температура воздуха составляет 20°С, а влажность – 50%, это означает, что в воздухе содержится 50% того максимального количества воды, которое может там находится.
Как известно строительные материалы обладают разной способностью пропускать содержащиеся в воздухе водяные пары, под действием разности их парциальных давлений. Это свойство материалов называется сопротивление паропроницанию, измеряется в м2*час*Па/мг.
Кратко резюмируя вышесказанное, в зимний период воздушные массы, в состав которых входят водяные пары, будут проходить сквозь паропроницаемую конструкцию внешней стены изнутри наружу.
Температура воздушной массы будет уменьшаться по мере приближения к внешней поверхности стены, рис.2. Точка росы в правильно спроектированной стене окажется в толще стены, ближе к наружной поверхности теплоизоляционного слоя, где пар будет конденсироваться и увлажнять стену.
В сухой стене — пароизоляция и вентилируемый зазор
| Рис.2. Пример распределения температуры по разным сторонам наружной стены. а — при большом, б — при малом теплосопротивлении материала стены; |
В результате конденсации пара наружная поверхность теплоизоляционного слоя стены зимой будет накапливать влагу.
В теплое время года эта накопленная влага должна иметь возможность испариться.
Необходимо обеспечивать смещение баланса между количеством поступающих в стену паров изнутри помещения и испарением из стены накопившейся влаги в сторону испарения.
Баланс влагонакопления в стене можно смещать в сторону удаления влаги двумя путями:
- Уменьшать паропроницаемость внутренних слоев стены, сокращая тем самым количество пара в стене.
- И (или) увеличивать испарительную способность наружной поверхности на границе конденсации.
Однослойные стены имеют одинаковое сопротивление паропроницанию по всей толщине. Это обеспечивает таким стенам положительный баланс удаления влаги из толщи стены во всех случаях, кроме помещений с повышенной влажностью.
В многослойных стенах используются материалы с разным сопротивлением паропроницанию.
Чтобы обеспечить требуемый баланс перемещения влаги в многослойной стене необходимо, чтобы сопротивление паропроницанию материала в стене уменьшалось по направлению от внутренней поверхности к наружной.
В противном случае, если наружный слой будет иметь большее сопротивление паропроницанию, баланс влагоперемещения сместится в сторону накопления влаги в стене.
Например.
Сопротивление паропроницанию газобетона значительно меньше, чем у керамики. При фасадной отделке дома из газобетона керамическим кирпичом обязателен вентилируемый зазор между слоями. При отсутствии зазора блоки будут накапливать влагу.
Вентилируемый зазор между лицевой кладкой из керамического кирпича и несущей стеной из керамзитобетонных блоков не нужен, т.к. сопротивление паропроницанию кирпичной облицовки меньше, чем у стены из керамзитобетонных блоков.
При неправильном устройстве стены, влага в утеплителе будет накапливаться постепенно.
Уже на второй, максимум третий-пятый отопительный период, можно будет ощутить существенное увеличение расходов на отопление. Связано это, естественно, с тем, что увеличилась влажность теплоизоляционного слоя и всей конструкции в целом, а соответственно существенно снизился показатель термического сопротивления стены.
Влага из утеплителя будет передаваться и в соседние слои стены. На внутренней поверхности наружных стен может образовываться грибок и плесень.
Кроме накопления влаги, в утеплителе стены происходит еще один процесс — замерзание сконденсировавшейся влаги. Известно, что периодическое замерзание и оттаивание большого количества воды в толще материала разрушает его.
Стеновые материалы различаются по своей способности противостоять замерзанию конденсата. Поэтому, в зависимости от паропроницаемости и морозостойкости утеплителя, необходимо ограничивать общее количество конденсата, накапливающегося в утеплителе за зимний период.
Например, минераловатный утеплитель имеет высокую паропроницаемость и очень низкую морозостойкость. В конструкциях с минераловатным утеплителем (стены, чердачные и цокольные перекрытия, мансардные крыши) для уменьшения поступления пара в конструкцию со стороны помещения всегда укладывают паронепроницаемую пленку.
Без пленки стена имела бы слишком малое сопротивление паропроницанию и, как следствие, в толще утеплителя выделялось и замерзало бы большое количество воды. Утеплитель в такой стене через 5-7 лет эксплуатации здания превратился бы в труху и осыпался.
Толщина теплоизоляции должна быть достаточной для того, чтобы удерживать точку росы в толще утеплителя, рис.2а.
При малой толщине утеплителя температура точки росы окажется на внутренней поверхности стены и пары будут конденсироваться уже на внутренней поверхности наружной стены, рис.2б.
Понятно, что количество влаги, сконденсировавшейся в утеплителе, будет увеличиваться с ростом влажности воздуха в помещении и с увеличением суровости зимнего климата в месте строительства.
Количество испаряемой из стены влаги в летнее время также зависит от климатических факторов — температуры и влажности воздуха в зоне строительства.
| Рис.3. Результат расчета влажностного режиматрехслойной стены: керамзитобетон — 250мм., утеплительминераловатный — 100мм., кирпич керамический — 120мм.жилой дом в г. С.-Петербург.Накопления влаги в годичном цикле нет. |
Как видим, процес перемещения влаги в толще стены зависит от многих факторов. Влажностный режим стен и других ограждений дома можно рассчитать, Рис. 3.
По результатам расчета определяют необходимость уменьшения паропроницаемости внутренних слоев стены или необходимость вентилируемого зазора на границе конденсации.
Результаты проведенных расчетов влажностного режима различных вариантов утепленных стен (кирпичные, ячеистобетонные, керамзитобетонные, деревянные) показывают, что в конструкциях с вентилируемым зазором на границе конденсации накопления влаги в ограждениях жилых зданий не происходит во всех климатических зонах России.
Многослойные стены без вентилируемого зазора необходимо применять, основываясь на расчете влагонакопления. Для принятия решения, следует обратиться за консультацией к местным специалистам, профессионально занимающимся проектированием и строительством жилых зданий. Результаты расчета влагонакопления типовых конструкций стен в месте строительства, местным строителям давно известны.
«Стена каменная трехслойная с облицовкой из кирпича» — это статья об особенностях влагонакопления и утепления стен из кирпича или каменных блоков.
Особенности влагонакопления в стенах с фасадным утеплением пенопластом, пенополистиролом
Утеплители из вспененных полимеров — пенопласта, пенополистирола, пенополиуретана, обладают очень низкой паропроницаемостью. Слой плит утеплителя из этих материалов на фасаде служит барьером для пара. Конденсация пара может происходить только на границе утеплителя и стены. Слой утеплителя препятствует высыханию конденсата в стене.
Для предотвращения накопления влаги в стене с полимерным утеплителем необходимо исключить конденсацию пара на границе стены и утеплителя. Как это сделать? Для этого необходимо сделать так, чтобы на границе стены и утеплителя температура всегда, в любые морозы, была бы выше температуры точки росы.
Указанное выше условие распределения температур в стене обычно легко выполняется, если сопротивление теплопередаче слоя утеплителя будет заметно больше, чем у утепляемой стены. Например, утепление «холодной» кирпичной стены дома пенопластом толщиной 100 мм. в климатических условиях средней полосы России обычно не приводит к накоплению влаги в стене.
Совсем другое дело, если пенопластом утепляется стена из «теплого» бруса, бревна, газобетона или поризованной керамики. А также, если для кирпичной стены выбрать очень тонкий полимерный утеплитель. В этих случаях температура на границе слоев может легко оказаться ниже точки росы и, чтобы убедиться в отсутствии влагонакопления, лучше выполнить соответствующий расчет.
Выше на рисунке показан график распределения температуры в утепленной стене для случая, когда сопротивление теплопередаче стены больше, чем слоя утеплителя. Например, если стену из газобетона с толщиной кладки 400 мм. утеплить пенопластом толщиной 50мм., то температура на границе с утеплителем зимой будет отрицательной. В результате будет происходить конденсация пара и накопление влаги в стене.
Толщину полимерного утеплителя выбирают в два этапа:
- Выбирают, исходя из необходимости обеспечить требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены.
- Затем выполняют проверку на отсутствие конденсации пара в толще стены.
Если проверка по п.2. показывает обратное, то приходится увеличивать толщину утеплителя. Чем толще полимерный утеплитель — тем меньше риск конденсации пара и влагонакопления в материале стены. Но, это приводит к увеличению расходов на строительство.
Особенно большая разница в толщине утеплителя, выбранного по двум вышеуказанным условиям, имеет место при утеплении стен с высокой паропроницаемостью и низкой теплопроводностью. Толщина утеплителя для обеспечения энергосбережения получается для таких стен сравнительно маленькой, а для отсутствия конденсации — толщина плит должна быть неоправданно большой.
Поэтому, для утепления стен из материалов с высокой паропроницаемостью и низкой теплопроводностью выгоднее использовать минераловатные утеплители. Это относится прежде всего к стенам из дерева, газобетона, газосиликата, крупнопористого керамзитобетона.
Устройство пароизоляции изнутри обязательно для стен из материалов с высокой паропроницаемостью при любом варианте утепления и облицовки фасада.
Для устройства пароизоляции внутреннюю отделку выполняют из материалов с высоким сопротивлением паропроницанию — на стену наносят грунтовку глубокого проникновения в несколько слоев, цементную штукатурку, виниловые обои или используют паронепроницаемую пленку.
Все описанное выше относится не только к стенам, но и к другим конструкциям, ограждающим тепловой контур здания — чердачным и цокольным перекрытиям, мансардным крышам.
Посмотрите видео, в котором наглядно показаны теплофизические процессы в утепленных скатах крыши. Аналогичные процессы происходят и в наружных стенах зданий.
Прочитав эту статью, Вы узнали, как сделать стену сухой.
Стена должна быть еще и теплой. Об этом читайте в следующей статье.
Следующая статья:
Расходы на отопление и сопротивление теплопередаче.
Предыдущая статья:
Стены несущие, самонесущие и не несущие — какая разница?
Еще статьи на эту тему
domekonom.su
Порядок построения изотермы распределения температур в толще ограждающей конструкции стены
Выполнить теплотехнический расчет и уточнить толщину слоя утеплителя.
Построить в удобном масштабе схему стены.
Нанести оси абсцисс и ординат, причем по оси абсцисс откладывают температуру внутреннего воздуха здания, (tint = +20 °С) и наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, (например, -20 °С). Ось ординат при этом должна пройти по середине начерченной схемы стены. По оси ординат будут последовательно откладываться сопротивления теплопередаче каждого из слоев конструкции, включая сопротивления воздушных прослоек внутри и снаружи здания.
Отступив от схемы стены вправо 1 - 2 см отложить последовательно, в удобном масштабе, сопротивления теплопередаче каждого из слоев конструкции. Начать следует с сопротивления воздушной прослойки снаружи ограждающей конструкции
затем отложить последовательно
Все полученные значения следует отложить в одном масштабе.
Через полученные точки провести вертикальные линии.
Ограничением графической области считать горизонтальные линии, проходящие через значения +20 °С и -20 °С.
Соединить первую и последнюю точки пересечения вертикальных линий с ограничивающими отрезком. Полученные точки пересечения отрезка с вертикалями пронумеровать от 1 по 8 включительно.
Продолжение приложения Г
Перенести точки пересечения отрезка с вертикалями на схему конструкции стены. Дать точкам номера 1, 2, 3и так далее до 8включительно.
Полученные на конструкции стены точки соединить плавной линией. Полученная кривая и есть изотерма распределения температур в толще ограждающей конструкции стены.
ПРИЛОЖЕНИЕ Д
Форма теплоэнергетического паспорта здания и пример ее заполнения Общая информация о проекте
Район строительства – город Тверь.
3-секционное жилое здание состоит из двух торцевых секций и одной рядовой. Общее количество квартир – 108.
Стены здания выполнены из трехслойных железобетонных панелей на гибких связях с утеплителем из пенополистирола, окна с трехслойным остеклением в раздельно-спаренных деревянных переплетах.
Чердак - теплый, покрытие – трехслойные железобетонные плиты с утеплителем из пенополистирола. Подвал – «теплый», с разводкой трубопроводов.
Здание подключено к централизованной системе теплоснабжения.
Расчетные условия
| № п/п | Наименование расчетных параметров | Обозначения символа и единицы измерения параметра | Расчетное значение |
| 1 | Расчетная температура внутреннего воздуха | , °С | 20 |
| 2 | Расчетная температура наружного воздуха | , °С | -29 |
| 3 | Расчетная температура теплого чердака | , °С | 14 |
| 4 | Расчетная температура «теплого» подвала | , °С | 2 |
| 5 | Продолжительность отопительного периода | , сут | 218 |
| 6 | Средняя температура наружного воздуха за отопительный период | , °С | -3,0 |
| 7 | Градусо-сутки отопительного периода | , °С·сут | 5014 |
Продолжение приложения Д
| Функциональное назначение, тип и конструктивное решение здания | |||||
| 8 | Назначение | Жилое | |||
| 9 | Размещение в застройке | Отдельно стоящее | |||
| 10 | Тип | 7-этажное | |||
| 11 | Конструктивное решение | Крупнопанельное, железобетонное | |||
| Геометрические показатели | |||||
| № п/п | Показатель | Обозначение символа и единицы измерения | Значение показателя | ||
| Нормативное | Расчетное | ||||
| 12 | Общая площадь наружных ограждающих конструкций здания | , м2 | — | 5395 | |
| В том числе: | |||||
| стен | , м2 | — | 3161 | ||
| окон | , м2 | — | 694 | ||
| входных дверей | , м2 | — | — | ||
| покрытий (совмещенных) | , м2 | — | — | ||
| чердачных перекрытий (холодного чердака) | , м2 | — | — | ||
| перекрытий «теплых» чердаков | , м2 | — | 770 | ||
| перекрытий «теплых» подвалов | , м2 | — | 770 | ||
| 13 | Площадь отапливаемых помещений | , м2 | — | 5256 | |
| 14 | Полезная площадь (общественных зданий) | , м2 | — | — | |
| 15 | Площадь жилых помещений и кухонь | , м2 | — | 3416 | |
| 16 | Отапливаемый объем | , м3 | — | 1848 | |
| 17 | Коэффициент остекленности фасада здания | р | 0,18 | 0,18 | |
| 18 | Показатель компактности здания | , 1/м | 0,32 | 0,29 | |
Продолжение приложения Д
| Энергетические показатели | |||
| № п.п. | Показатель | Обозначение символа и единицы измерения показателя | Нормативное значение показателя |
| Теплотехнические показатели | |||
| 19 | Приведенное сопротивление теплопередаче наружных ограждений: | ,м2·С/Вт | |
| стен |
| 3,2 | |
| окон и балконных дверей |
| 0,54 | |
| входных дверей |
| — | |
| покрытий (совмещенных) |
| — | |
| перекрытий теплых чердаков (включая покрытие) |
| 4,71 | |
| перекрытий «теплых» подвалов |
| 4,16 | |
| 20 | Приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачи здания | , Вт/(м2·С) | — |
| 21 | Воздухопроницаемость наружных ограждений: | , кг/(м2·ч) | |
| стен |
| 0,5 | |
| окон и балконных дверей |
| 6 | |
| покрытий (чердачных перекрытий) |
| 0,5 | |
| перекрытий 1-го этажа (пола по грунту) |
| 0,5 | |
| 22 | Кратность воздухообмена | , ч-1 | 0,652 |
| 23 | Приведенный (условный) инфильтрационный коэффициент теплопередачи здания | , Вт/(м2·С) | — |
| 24 | Общий коэффициент теплопередачи здания | , Вт/(м2·С) | — |
| Теплоэнергетические показатели | |||
| 25 | Общие теплопотери через ограждающую оболочку здания за отопительный период | , МДж | — |
| 26 | Удельные бытовые тепловыделения в здании | , Вт/м2 | Не менее 10 |
| 27 | Бытовые теплопоступления в здание за отопительный период | , МДж | — |
| 28 | Теплопоступления в здание от солнечной радиации за отопительный период | , МДж | — |
Продолжение приложения Д
| 29 | Потребность в тепловой энергии на отопление здания за отопительный период | , МДж | — |
| 30 | Удельный расход тепловой энергии на отопление здания | , кДж/ /(м2·С·сут) | — |
| 31 | Дата заполнения паспорта | ||
studfiles.net
- Валик декоративный для стен
- Как крепить плинтус пластиковый к стене
- Как крепить пластиковый плинтус к стене
- Стена дерево
- Затирка стен
- Настенные тепловентиляторы автоматическим поддержанием температуры
- Утепление стен снаружи минватой под штукатурку
- Технология шпаклевания стен
- Крепление алюминиевых радиаторов к стене
- Отделка стен фактурной штукатуркой
- Роспись на стене своими руками