здание температурный влажностный конструкция
В данной работе предлагается провести численное исследование температурно-влажностного состояния трёх вариантов ограждающих конструкций здания и сделать выводы о конструктивных решениях, характеризующихся наиболее благоприятным температурно-влажностным режимом.
Рассматривается три варианта конструктивных решений: наружная стена, утеплённая с внешней стороны; стена, утеплённая с внутренней стороны и стена с воздушной прослойкой. Для каждого варианта определяется необходимая толщина утеплителя, проводятся расчёты на паропроницание и теплоустойчивость. Табличные вычисления проводятся в MS Excel. Каждая часть работы заканчивается выводами. Графическая часть работы включает изображения расчётных схем, графиков изменения температуры и влажности по сечению конструкций.
Работа выполняется по индивидуальному заданию. После выполнения работы проводится её защита в виде ответов на вопросы. Оценка за курсовую работу ставится с учётом уровня знаний, самостоятельности и своевременности её выполнения, а также качества оформления.
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
Температурно-влажностные параметры внутреннего воздуха
Температура внутреннего воздуха t int = 20°С (для всех вариантов).
j int = 55% (по заданию).
Максимальная упругость водяного пара внутреннего воздуха при t int = 20°С: Е int = 2338 Па (по табл. С.3 СП [3]).
Действительная упругость водяного пара внутреннего воздуха при jint = 55%:
Температура точки росы внутреннего воздуха при t int = 20°С и jint = 55%: td = 10,69°С (по прил. Р СП [3]).
Температурно-влажностные параметры наружного воздуха
Пункт (район) строительства — г. Москва (по заданию).
Для данного пункта строительства в табл. 1.1 приведены данные из СНиП [1]:
t ext — средняя месячная температура воздуха, °С; (по табл. 3* СНиП [1]);
e ext — среднее месячное парциальное давление водяного пара, гПа (по табл. 5а СНиП [1]).
Таблица 1.1Расчётные параметры наружного воздуха
МесяцыIIIIIIIVVVIVIIVIIIIXXXIXIIt ext, ºС-10,2-9,2-4,34,411,916,018,116,310,74,3-1,9-7,3eext, гПа2,82,93,96,29,112,414,714,010,47,05,03,6Eext, Па25527942783713941818207718541288831522329j = е/Е1,101,040,910,740,650,680,710,760,810,840,961,09коррект.jext0,850,850,850,740,650,680,710,760,810,840,850,85eext, Па2172373636209101240147014001040700444280
Отделка внутренних поверхностей гипсокартонными листами (стен). ...
... мозаичных работах. Технологическая часть Отделка внутренних поверхностей гипсокартонными листами (стен) Сухая штукатурка применяется для отделки внутренних поверхностей ... в сушке. Прогрессивным способом оштукатуривания является облицовка поверхностей листами сухой штукатурки (отделка обшивочными ... выносливость обеспечат высокую продуктивность при работе, как на открытом воздухе, так и в помещении. ...
Находим максимальную упругость водяного пара Е ext, соответствующую средней температуре наружного воздуха каждого месяца t ext, используя табл. С.3 СП [3] или следующие эмпирические формулы (здесь Е получается в Па):
при t ³ 0;
при t < 0.
Определяем относительную влажность наружного воздуха для каждого месяца j = е /Е ; вычисленные значения вносим в табл. 1.1. Если относительная влажность получается более 100%, ограничиваем её значение условной величиной 85% и вновь вычисляем e ext.
Годовой цикл изменения температур делим на четыре периода: зимний (период влагонакопления), летний (период испарения влаги) и переходные (осенний, весенний); для каждого периода определяем средние значения температуры и влажности наружного воздуха (табл. 1.2).
Таблица 1.2 Анализ расчётных параметров наружного воздуха
Расчётный периодМесяцыРасчётные параметры наружного воздуха, по месяцамПродолжительность периода, мес.Расчётные параметры наружного воздуха, средние за периодt ext, ºСeext, Паtext, ºСeext, Паосенний — 5 ºС ? text ? +5 ºСX4,370021,2572XI-1,9444зимний text < — 5 ºСXII-7,32803-8,9245I-10,2217II-9,2237весенний — 5 ºС ? text ? +5 ºСIII-4,336320,05491IV4,4620летний text > +5 ºСV11,9910514,61212VI161240VII18,11470VIII16,31400IX10,71040
1.3 Определение условий эксплуатации ограждающих конструкций
Зона влажности района строительства — нормальная (по карте прил. В СНиП [2]).
Влажностный режим помещения в холодный период года при t int = 20°С и jint = 55%: нормальный (по табл. 1 СНиП [2]).
Условия эксплуатации ограждающих конструкций в зависимости от влажностного режима помещений и зоны влажности: Б (по табл. 2 СНиП [2]).
1.4 Определение требуемого сопротивления теплопередаче
Продолжительность и средняя температура воздуха отопительного периода (периода со средней суточной температурой воздуха t ext £ 8°С): zht = 214 сут., tht = -3,1 °С (по табл. 1* СНиП [1]).
Повышение теплозащитных качеств наружных ограждающих конструкций ...
... энергоэффективного строительства — повышение качества ограждающих конструкций без существенного увеличения их стоимости. В 2012 году был утвержден СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003». В конце ...
Величина градусо-суток отопительного периода (ГСОП):
Dd = (t int — tht )×zht = (20 — (-3,1))×214 = 4943,4 °С×сут.
Исследуемая ограждающая конструкция — наружная стена (по заданию), группа зданий — 2 — общественные (по заданию)
Требуемое (нормируемое) сопротивление теплопередаче исследуемой ограждающей конструкции:
Rreq = a × Dd + b = 0,003×4943,4 + 1,2 = 2,68 м2×°С/Вт,
где а = 0,003, b = 1,2 (по табл. 4 СНиП [2]).
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА СТЕНЫ, УТЕПЛЁННОЙ СНАРУЖИ
2.1 Состав конструкции и теплотехнические характеристики применяемых материалов
Расчётная схема стены показана на рис. 2.1, состав конструкции и теплотехнические характеристики слоёв приведены в табл. 2.1.
a int = 8,7 Вт/(м2×°С) — (по табл. 7 СНиП [2]).
aext = 23 Вт/(м2×°С) — (по табл. 8 СП [3]).
Таблица 2.1 Состав конструкции и теплотехнические характеристики применяемых материалов
№ слояМатериал (поз. в табл. СП [3])Плотность r0, кг/м3 Толщина слояd, мРасчётные коэффициенты при условиях эксплуатации Б (по прил. Д.1 СП [3])Теплопров l, Вт/(м×°С)теплоусв s, Вт/(м2×°С)Паропрониц m, мг/(м×ч×Па)1внутренняя штукатурка из цем.-песч. раствора (227)18000,020,9311,090,092кладка из кирпича глиняного обыкновенного (206)18000,250,8110,120,113плиты минераловат (48)100х0,0650,710,564кладка из кирпича глиняного обыкновенного (206)18000,120,8110,120,11
Термические сопротивления, тепловая инерция и сопротивление паропроницанию слоёв (предварительно — без утеплителя) приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2 Теплотехнические характеристики слоёв конструкции
№ слояСлои, материалы (поз. в табл. СП [3])Термическое сопротивление R i = di/li, м2×°С/ВтТепловая инерция Di = RisiСопротивление паропроницанию Rvp,i = di/mi, м2×ч×Па/мг-Внутренний пограничный слой1/8,7 = 0,11—1Внутренняя штукатурка из цем.-песч. раствора (227)0,020,240,222Кладка из кирпича глиняного обыкновенного (206)0,313,122,273Плиты минераловатные (48)2,311,640,274Кладка из кирпича глиняного обыкновенного (206)0,151,501,09-Наружный пограничный слой1/23 = 0,04—Итого (S)2,946,503,85
Холодильные установки. Назначение, принципы действия, конструкция ...
... непревзойденным раритетом энциклопедических изданий в области холодильной техники в мире. холодильный установка машина конструкция 2. Назначение холодильных установок Назначением холодильной машины является отвод ... Первые упоминания о «холодильном деле» найдены в Египте. В древних исторических документах присутствовало теоретическое и иллюстрированное описание процесса охлаждения пищевых продуктов ...
Требуемая толщина слоя теплоизоляции определяется из условия
где di и li — толщины и коэффициенты теплопроводности слоёв;
r — коэффициент теплотехнической неоднородности конструкции, учитывающий наличие теплопроводных включений; в зависимости от конструктивного решения r = 0,65…0,95. Принимаем r = 0,95, тогда Rreq /r = 2,68/0,95 = 2,82 м2×°С/Вт и требуемая толщина утеплителя
= 0,065×(2,82 — 0,11 — 0,02 — 0,31 — 0,15 — 0,04) = 0,142 м.
d 3 = 0,15 м = 150 мм (кратно 30 мм), и добавляем в табл. 2.1.
Выводы:
По сопротивлению теплопередаче конструкция соответствует нормам, так как приведённое сопротивление теплопередаче R 0r выше требуемого значения Rreq :
R 0r = 2,94×0,95 = 2,80 > Rreq = 2,68 м2×°С/Вт.
2.2 Определение значений температур и давления насыщенного пара по толщине конструкции
При стационарном режиме теплопередачи график распределения температур по толщине конструкции, вычерченной в масштабе термических сопротивлений, является прямой линией (рис. 2.2,а).
Тангенс угла наклона этой прямой к горизонтали выражает величину плотности теплового потока q через конструкцию.
Температура в рассматриваемом сечении (например, на границе слоёв) определяется из условия равенства теплового потока в сечениях:
где Ri — термические сопротивления слоёв, расположенных между рассматриваемым сечением и внутренней поверхностью конструкции.
Определяем значения температур на поверхности конструкции, на границах слоёв и дополнительно в трёх сечениях по толщине утеплителя для четырёх периодов года (осеннего, зимнего, весеннего и летнего); полученные данные вносим в табл. 2.3. Например, для зимнего периода:
Графики распределения температур по толщине конструкции показаны на рис. 2.2,б.
По найденным значениям температур в рассматриваемых сечениях ti определяем давления насыщенного водяного пара Еi , используя приведённые в п. 1.2 эмпирические формулы. Вычисленные значения вносим в табл. 2.3.
Таблица 2.3 Распределение температуры и максимальной упругости водяного пара по сечению конструкции
Обозначения t i, °С по периодам годаEi, Па по периодам годаосеннийзимнийвесеннийлетнийосеннийзимнийвесеннийлетнийtint202020202337233723372337tintЕint19,318,919,219,82233217922272307t1Е119,118,719,119,72214215122072301t2Е217,215,617,019,21957177619362222t3Е313,510,013,118,11545122615062080t4Е49,84,39,217,1121283211621946t5Е56,1-1,45,316,09435478891820t6Е62,4-7,01,315,07283386741700textЕext1,5-8,50,314,76802976261671text1,2-8,90,0514,66662866131662
Водяной пар в воздухе
... При температуре воздуха может содержать соответствующее количество влаги (водяного пара). Предел содержания водяного пара в воздухе при данной температуре называется максимальной влажностью. Абсолютной влажностью называется фактическое количество водяного пара в воздухе в данный момент, измеряемое в г/м3. Относительная ...
2.3 Проверка возможности конденсации влаги внутри конструкции
Как и в стационарном процессе теплопередачи, при стационарном режиме диффузии водяного пара график распределения упругости водяного пара по толщине конструкции, вычерченной в масштабе сопротивлений паропроницанию, при отсутствии конденсации является прямой линией (пунктир на рис. 2.3,а).
Тангенс угла наклона этой прямой к горизонтали выражает величину плотности диффузионного потока водяного пара р через конструкцию.
Упругость водяного пара в рассматриваемом сечении (например, на границе слоёв) определяется из условия равенства диффузионного потока в сечениях:
где Rvp ,i — сопротивления паропроницанию слоёв, расположенных между рассматриваемым сечением и внутренней поверхностью конструкции.
В отличие от процесса теплопередачи, сопротивления паропроницанию пограничных слоёв (наружного и внутреннего) конструкции малы и в расчёте не учитываются.
Определяем значения упругости водяного пара на границах слоёв и в трёх сечениях по толщине утеплителя для четырёх периодов года (осеннего, зимнего, весеннего и летнего); полученные данные вносим в табл. 2.4. Например, для зимнего периода:
График распределения упругости водяного пара по толщине конструкции (в предположении отсутствия конденсации) для зимнего периода показан на рис. 2.3,а.
Найденные значения упругости водяного пара ei в рассматриваемых сечениях сравниваем с давлением насыщенного водяного пара Еi (табл. 2.4); если для какого-либо сечения получается Ei £ еi , то в данном сечении происходит конденсация влаги. В этом случае график распределения упругости водяного пара по толщине конструкции (см. рис. 2.3,а), вычерченной в масштабе сопротивлений паропроницанию, состоит из трёх участков. Два линейных участка образованы касательными, проведёнными из точек e int и e ext к графику Е , средний участок — нелинейный. Область между точками касания — зона конденсации . При совпадении точек касания получается плоскость конденсации . Тангенс угла наклона касательных к горизонтали выражает количество (плотность потока) проходящего водяного пара; касательные выражают равенство количеств пара, притекающего к границе зоны конденсации, и отдаваемого ей.
Таблица 2.4 Оценка возможности конденсации влаги внутри конструкции
Обозначение упругости в.п.е i, Па по периодам годаEi — еi, Па по периодам годаосеннийзимнийвесеннийлетнийосеннийзимнийвесеннийлетнийеint12861286128612869478939411021е112451226124012829709259671020е28246127711238113311641164984е38115947581237734633748843е47995767441236413256418710е57875587301234156-11159585е67745397161233-46-202-43467еext572245491121210853135459
Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций здания
... водяного пара больше давления насыщенного пара: еx>Ex, эта область является зоной возможной конденсации водяных паров. Плоскость возможной конденсации совпадает с наружной поверхностью утеплителя. Необходимо определить допустимость конденсации. Конденсация водяных паров допустима, если сопротивление паропроницанию RПх ограждающей конструкции ...
Выводы
Расчёт показывает, что конденсация влаги возможна в осенний, зимний и весенний период.
Плоскость конденсации находится на наружной грани утеплителя.
Зона конденсации расположена во внешней части утеплителя и в облицовочном слое кирпича.
В зимний период температуры t5 и t6 < 0, поэтому там будет образовываться слой наледи.
4 Расчёт влажностного режима конструкции по годовому балансу влаги
Для каждого периода года определяем количество влаги, подходящей к зоне конденсации, а также уходящей от неё по формулам:
где Rvp,int — суммарное сопротивление паропроницанию слоёв от внутренней поверхности до начала зоны конденсации;
Rvp,ext —
z — продолжительность периода в месяцах (из табл. 1.2);
множитель 722 — среднее количество часов в месяце; множитель 1000 — обеспечивает перевод из мг в г;
значения Ек’ и Ек» определяются по графикам; в случае плоскости конденсации Ек’ = Ек» = Ек .
Для упрощения будем считать (в запас), что конденсация происходит только в плоскости конденсации, то есть на наружной грани утеплителя.
Определяем сопротивления паропроницанию для случая расположения плоскости конденсации на наружной поверхности утеплителя:
Rvp ,int = Rvp ,1 + Rvp ,2 + Rvp ,3 = 0,22 + 2,27 + 0,27 = 2,76 м2×ч×Па/мг,
Rvp ,ext = Rvp ,4 = 1,09 м2×ч×Па/мг
В осенний период: Еk ,1 = Е 6 =728 Па.
Количество влаги, подходящего из помещения к зоне конденсации:
Количество влаги, уходящего из зоны конденсации наружу:
Вывод: в осенний период в стену попадает в 1,4 раза больше влаги, чем может выйти наружу ( P int/ P ext = 292/206 = 1,42).
Количество пара, конденсирующегося в стене за зимний период:
В зимний период: Еk ,2 = Е 6 =338 Па.
Количество влаги, подходящего из помещения к зоне конденсации:
Повреждения строительных конструкций
... теплозащитной характеристике здания; ограничению минимальной температуры и недопущению конденсации влаги на внутренней поверхности ограждающих конструкций в холодный период года, за исключением светопрозрачных конструкций с вертикальным остеклением (с углом наклона заполнений ...
Количество влаги, уходящего из зоны конденсации наружу:
Вывод: в зимний период в стену попадает в 4 раза больше влаги, чем может выйти наружу ( P int/ P ext = 744/184 = 4,03).
Количество пара, конденсирующегося в стене за зимний период:
В весенний период: Еk ,3 = Е 6 = 674 Па.
Количество влаги, подходящего из помещения к зоне конденсации:
Количество влаги, уходящего из зоны конденсации наружу:
Вывод: в весенний период в стену попадает в 1,3 раза больше влаги, чем может выйти наружу ( P int/ P ext = 320/241 = 1,33).
Количество пара, конденсирующегося в стене за зимний период:
Общее количество конденсата в стене
Pw = Pw 1 + Pw 2 + Pw 3 = 86 + 559 + 79 = 724 г/м2.
Проверка условия непревышения допустимой массовой влажности материала
² теплоизоляционного слоя:
где Dwav — предельно допустимое приращение расчётного массового отношения влаги в материале увлажняемого слоя (утеплителя) за период влагонакопления; для минераловатных плит Dwav = 3% (по табл. 12 СНиП [2]);
r — плотность теплоизоляционного слоя; r = 100 кг/м³ (из табл. 2.1);
d — толщина теплоизоляционного слоя; d = 0,15 м.
Вывод:
- Общее количество конденсата в стене превышает допустимый предел его увлажнения: Pw = 724 г/м2 > DP = 450 г/м2, то есть условие ограничения накопления влаги не выполняется. Необходимо предусмотреть дополнительный слой пароизоляции.
Проверка условия недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации
Зона (плоскость) конденсации влаги, образовавшаяся в период влагонакопления, переносится на график, соответствующий периоду без конденсации влаги в ограждении (рис. 2.3,б).
В этот период происходит испарение накопившейся влаги. Стрелками показываем направление движения влаги (к зоне или от зоны конденсации — в сторону уменьшения парциального давления водяного пара).
В запас будем считать, что конденсация происходила только в плоскости конденсации. Максимальная упругость водяного пара в плоскости конденсации в летний период: Еk ,3 = Е 6 = 1700 Па.
Движение водяного пара при высыхании будет идти в направлении уменьшения парциального давления водяного пара:
Еk ,4 > e int = 1286 Па, Еk ,4 > e ext,4 = 1212 Па.
Вывод: высыхание будет происходить в обоих направлениях.
Количество влаги, удаляемой в сторону помещения:
Количество влаги, удаляемой по направлению к наружной стороне стены:
Обследование деревянных конструкций
... При обследовании зданий целесообразно обратить внимание на наиболее уязвимые места в конструкциях, в ... может быть отмечено следующее: трещины на поверхности панелей; отличие размеров панелей от ... талых и дождевых вод. Попадание влаги в основание фундамента из-за ... стыков; разрушение стыков; разрушение защитного слоя; неправильность армирования; неудовлетворительные теплозащитные и звукоизоляционные ...
Количество влаги, удаляемой из стены за летний период:
Выводы:
Вся накопившаяся влага за летний период будет удалена из конструкции, так как P = 2158 г/м2 > Pw = 724 г/м2. Условие недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации выполняется.
В сторону наружной поверхности испаряется почти в три раза больше влаги, чем в сторону помещения ( P ext/P int = 1616/542 = 2,98).
5 Нормативный расчёт на паропроницаемость
Проверка условия недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации
Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за годовой период: eext = 7,7 гПа = 770 Па (по табл. 5а СНиП [1]).
Среднее парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации
E = (Ek 1×z 1 + Ek 2×z 2 + Ek 3×z 3+ Ek 4×z 4)/12 = (728×2 + 338×3 + 674×2 + 1700×5)/12 = 1026 Па.
Нормируемое сопротивление паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации:
м2×ч×Па/мг.
Сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации Rvp ,int больше нормируемого сопротивления : Rvp ,int = 2,76 м2×ч×Па/мг > = 1,11 м2×ч×Па/мг;
- Вывод: требование СНиП [2] по недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации выполнено.
Проверка условия непревышения допустимой массовой влажности материала
В отличие от нормативной методики, где продолжительность периода влагонакопления принята равной периоду с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха, принимаем продолжительность периода влагонакопления по данным предыдущих расчётов (осенний, зимний и весенний периоды): z 0 = 7 мес. = 7×30 = 210 сут.
Среднее парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости возможной конденсации за период влагонакопления:
E 0 = (Ek 1×z 1 + Ek 2×z 2 + Ek 3×z 3)/z 0 = (728×2 + 338×3 + 674×2)/7 = 545 Па.
Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за период влагонакопления:
Испарение и конденсации в живой природе
... плоской охлаждаемой поверхности в присутствии воздуха. Расширен диапазон изменяемых параметров (температура, физико-химические свойства веществ) при изучении испарения и конденсации в конвективном режиме. Практическая значимость. Полученные в работе результаты по кинетике испарения и конденсации могут ...
е 0,ext = (e ext,1×z 1 + e ext,2×z 2 + e ext,3×z 3)/z 0 = (572×2 + 245×3 + 491×2)/7 = 409 Па.
Коэффициент (здесь и далее z 0 в сутках):
Нормируемое сопротивление паропроницанию из условия ограничения накопления влаги в ограждающей конструкции период конденсации:
м2×ч×Па/мг.
где Dwav — предельно допустимое приращение расчётного массового отношения влаги в материале увлажняемого слоя (утеплителя) за период влагонакопления; для минераловатных плит Dwav = 3% (то же, что в п. 2.4);
r — плотность теплоизоляционного слоя; r = 100 кг/м³ (из табл. 2.1);
d — толщина теплоизоляционного слоя; d = 0,15 м.
Сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации Rvp ,int меньше нормируемого сопротивления : Rvp ,int = 2,76 м2×ч×Па/мг < = 3,46 м2×ч×Па/мг;
- Вывод: требование СНиП [2] по ограничению накопления влаги в ограждающей конструкции за период конденсации не выполнено, требуется установка дополнительной пароизоляции.
6 Определение необходимой толщины пароизоляции
Слой пароизоляции предназначается для увеличения сопротивления паропроницанию Rvp ,int так, чтобы выполнялось и условие недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации, и условие ограничения накопления влаги за период конденсации.
В нашем случае не выполняется условие ограничения накопления влаги. Определяем коэффициент, показывающий во сколько раз надо увеличить сопротивление на пути движения влаги к зоне конденсации Rvp ,int , чтобы выполнялось условие ограничения накопления влаги:
раз,
Здесь суммирование проводится по тем периодам, когда происходит конденсация влаги в конструкции.
Требуемое сопротивление паропроницанию слоя пароизоляции:
? Rvp ³ Rvp ,int (m — 1) = 2,76 × 0,26 = 0,70 м2×ч×Па/мг.
Найдём также требуемое сопротивление паропроницанию слоя пароизоляции из условия недопустимости конденсации влаги в зимний период:
м2×ч×Па/мг.
В качестве пароизоляции применяются тонкие листовые и рулонные материалы, обладающие малой паропроницаемостью. Пароизоляция устанавливается не глубже внутренней поверхности увлажняемого слоя (утеплителя) и не глубже той плоскости, температура которой равна точке росы внутреннего воздуха. Вид (материал) дополнительной пароизоляции выбираем по таблице прил. Ш СП [3].
Выводы:
Для выполнения нормативного условия ограничения накопления влаги в утеплителе за период конденсации достаточно установить дополнительный слой пароизоляции из одного слоя рубероида толщиной 1,5 мм, для которого
Rvp = 1,1 м2×ч×Па/мг > ?Rvp = 0,70 м2×ч×Па/мг
Добиться отсутствия конденсации влаги в зимний период можно, установив кроме слоя рубероида ещё и слой полиэтиленовой плёнки, тогда общее сопротивление паропроницанию Rvp = 1,1 + 7,3 = 8,4 м2×ч×Па/мг > ?Rvp = 8,35 м2×ч×Па/мг.
2.7 Определение затухания и запаздывания колебаний температуры на внутренней поверхности стены
Определение затухания температурных колебаний
Для определения затухания температурных колебаний на внутренней поверхности исследуемой конструкции при суточных колебаниях температуры наружного воздуха необходимо найти коэффициенты теплоусвоения наружной поверхности слоёв ограждения при направлении тепловой волны снаружи внутрь Yi (методика приведена в прил. 1).
Определение коэффициентов теплоусвоения Yi начинаем с первого слоя, считая от внутренней поверхности ограждающей конструкции.
Для слоя штукатурки тепловая инерция D 1 = 0,24 < 1, поэтому:
Вт/(м2×°С).
Для кирпичной кладки тепловая инерция D 2 = 3,12 > 1, поэтому Y 2 = s 2 = 10,12 Вт/(м2×°С);
Для утеплителя тепловая инерция D 3 = 1,64 > 1, поэтому Y 3 = s 3 = 0,71 Вт/(м2×°С).
Для наружного облицовочного слоя из кирпичной кладки тепловая инерция D 4 = 1,50 > 1, поэтому Y 4 = s 4 = 10,12 Вт/(м2×°С).
Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности ограждения при направлении тепловой волны снаружи внутрь равен коэффициенту теплоусвоения последнего слоя: Y ext = Y 4 = 10,12 Вт/(м2×°С).
Определяем затухание колебаний в отдельных слоях:
Величина затухания при переходе волны от наружного воздуха к наружной поверхности ограждения:
где aext — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции (стены) для летнего периода:
Вт/(м2×°С),
здесь v — минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль, принимаемая не менее 1 м/с; для Москвы v = 0 (по табл. 2* СНиП [1]), поэтому принимаем v = 1 м/с.
Полная величина затухания расчётной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в исследуемой ограждающей конструкции:
v = v 1×v 2×v 3×v 4×v ext = 1,08×8,80×24,32×1,46×1,58 = 533,18.
Выводы:
На внутренней поверхности стены амплитуда колебаний температуры будет в 533 раза меньше, чем у наружного воздуха. Теплоустойчивость конструкции высокая.
На наружной поверхности стены амплитуда колебаний температуры будет в 1,58 раза меньше, чем у наружного воздуха.
Наибольшее затухание температурных колебаний происходит в слое утеплителя. Объясняется это тем, что за ним расположен несущий слой (кирпичная кладка), имеющая большой коэффициент теплоусвоения ( s 2 = 10,12).
На втором месте по затуханию слой с наибольшей тепловой инерцией (кирпичная кладка).
В наружной кирпичной кладке затухание невелико, что объясняется влиянием расположенного за ней утеплителя, имеющего малый коэффициент теплоусвоения ( s 3 = 0,71).
Определение запаздывания температурных колебаний
Для определения запаздывания температурных колебаний на внутренней поверхности исследуемой конструкции необходимо найти коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения при направлении тепловой волны изнутри наружу Y int (методика приведена в прил. 1).
Расчёт начинаем со слоя, в котором проходит граница «слоя резких колебаний» температуры, определяемого из условия SD = 1.
Определяем положение слоя резких колебаний:
для внутреннего слоя штукатурки D 1 = 0,24 < 1,
для кирпичной кладки D 2 = 3,12 > 1, следовательно, будет D 1 + D 2 > 1.
Вывод: граница слоя резких колебаний находится во втором слое ( n = 2).
При n = 2 определяем коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения сразу как коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности первого слоя Yint = Y 1:
Вт/(м2×°С).
Вывод: наличие под слоем штукатурки кирпичной стены понизило коэффициент теплоусвоения его поверхности на 5% по сравнению с теплоусвоением его материала: (11,09 — 10,46)/11,09 = 0,05.
Запаздывание температурных колебаний на внутренней поверхности исследуемой конструкции по сравнению с колебаниями наружной температуры (сдвиг фаз колебаний) в часах определяется по формуле (здесь величины arctg берутся в градусах):
ч.
Проверка: ориентировочно x = 2,7D — 0,4 = 2,7×6,50 — 0,4 = 17,15 ч.
Выводы:
При максимуме температуры на наружной поверхности стены, обращённой на юг, в 12 часов дня, максимум температуры на внутренней поверхности будет в (12 + 17) — 24 = 5 часов утра.
При максимуме температуры на наружной поверхности стены, обращённой на запад, в 17 часов дня, максимум температуры на внутренней поверхности будет в (17 + 17) — 24 = = 10 часов утра.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА СТЕНЫ, УТЕПЛЁННОЙ ИЗНУТРИ
1 Состав конструкции и теплотехнические характеристики применяемых материалов
Расчётная схема стены показана на рис. 3.1, состав конструкции и теплотехнические характеристики слоёв приведены в табл. 3.1.
Коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхности ограждающей конструкции (стены) остаются те же: aint = 8,7 Вт/(м2×°С), aext = 23 Вт/(м2×°С).
Таблица 3.1 Состав конструкции и теплотехнические характеристики применяемых материалов
№ слояМатериал (поз. в табл. СП [3])Плот-ность r0, кг/м3 Толщина слоя d, мРасчётные коэффициенты при условиях эксплуатации Б (по прил. Д.1 СП [3])теплопровод l, Вт/(м×°С)теплоусв s, Вт/(м2×°С)Паропрониц m, мг/(м×ч×Па)1внутренняя облицовка -гипсокартон (92)8000,01250,213,660,0752плиты минераловатные (48)100х0,0650,710,563кладка из кирпича глиняного обыкновенного (206)18000,250,8110,120,11
Термические сопротивления, тепловая инерция и сопротивление паропроницанию слоёв (предварительно — без утеплителя) приведены в табл. 3.2.
Таблица 3.2 Теплотехнические характеристики слоёв конструкции
№ слояСлои, материалы (поз. в табл. СП [3])Термическое сопротивление R i = di/li, м2×°С/ВтТепловая инерция Di = RisiСопротивление паропроницанию Rvp,i = di/mi, м2×ч×Па/мг-Внутренний пограничный слой1/8,7 = 0,11—1Внутренняя облицовка из гипсокартона (92)0,060,220,172Плиты минераловатные (48)2,311,640,273Кладка из кирпича глиняного обыкновенного (206)0,313,122,27-Наружный пограничный слой1/23 = 0,04—Итого (S)2,834,982,71
Принимаем коэффициент теплотехнической неоднородности конструкции r = 0,95, тогда Rreq /r = 2,68/0,95 = 2,82 м2×°С/Вт и требуемая толщина утеплителя
= 0,065×(2,82 — 0,11 — 0,06 — 0,31- 0,04) = 0,141 м.
d 3 = 0,15 м = 150 мм (кратно 30 мм), и добавляем в табл. 3.1.
Выводы:
По сопротивлению теплопередаче конструкция соответствует нормам, так как приведённое сопротивление теплопередаче R 0r выше требуемого значения Rreq :
R 0r = 2,83×0,95 = 2,69 > Rreq = 2,68 м2×°С/Вт.
2 Определение значений температур и давления насыщенного пара по толщине конструкции
Определяем значения температур и давления насыщенного водяного пара на поверхности и в толще конструкции для четырёх периодов года (табл. 3.3); изображаем графики распределения температур (рис. 3.2) и давления насыщенного пара (рис. 3.3) по толщине конструкции.
Таблица 3.3 Распределение температуры и максимальной упругости водяного пара по сечению конструкции
Обозначенияt i, °С по периодам годаEi, Па по периодам годаосеннийзимнийвесеннийлетнийосеннийзимнийвесеннийлетнийtint202020202337233723372337tint19,218,819,219,82230217322232306t1Е118,818,218,819,72175209221662290t2Е215,012,314,718,61707143516742138t3Е311,26,510,717,5133096612831996t4Е47,40,66,616,410286379751862t5Е53,5-5,32,515,37883917331736text1,5-8,50,414,76802986271671text1,2-8,90,0514,66662866131662
3 Проверка возможности конденсации влаги внутри конструкции
Оцениваем возможность конденсации влаги внутри конструкции (табл. 3.4 и рис. 3.3,а).
Таблица 3.4 Оценка возможности конденсации влаги внутри конструкции
Обозначение упругости в.п.е i, Па по периодам годаEi — еi, Па по периодам годаосеннийзимнийвесеннийлетнийосеннийзимнийвесеннийлетнийеint12861286128612869448879371020е112421222123712819338719291008е21224119612171280483239457859е31207117011981278123-20586718е41189114511781276-161-508-203586е51171111911581274-384-728-425462еext572245491121210853136459
Выводы
Расчёт показывает, что конденсация влаги возможна в осенний, зимний и весенний период, однако, в отличие от предыдущей конструкции, в большем количестве.
Плоскость конденсации находится на наружной грани утеплителя.
Зона конденсации занимает …. {указать, где расположена зона конденсации}.
В зимний период температура t5 < 0, поэтому там будет образовываться слой наледи.
4 Расчёт влажностного режима конструкции по годовому балансу влаги
Определяем сопротивления паропроницанию для случая расположения плоскости конденсации на наружной поверхности утеплителя:
Rvp ,int = Rvp ,1 + Rvp ,2 = 0,17 + 0,27 = 0,44 м2×ч×Па/мг,
Rvp ,ext = Rvp ,3 = 2,27 м2×ч×Па/мг
Для каждого периода года определяем количество влаги, подходящей к зоне конденсации, а также уходящей от неё, считая, что конденсация происходит только в плоскости конденсации.
В осенний период: Еk ,1 = Е 5 =788 Па.
Количество влаги, подходящего из помещения к зоне конденсации:
Количество влаги, уходящего из зоны конденсации наружу:
Вывод: в осенний период в стену попадает в 12,1 раза больше влаги, чем может выйти наружу ( P int/ P ext = 1656/137 = 12,10).
Количество пара, конденсирующегося в стене за зимний период:
В зимний период: Еk ,2 = Е 5 =391 Па.
Количество влаги, подходящего из помещения к зоне конденсации:
Количество влаги, уходящего из зоны конденсации наружу:
Вывод: в зимний период в стену попадает в 32 раза больше влаги, чем может выйти наружу ( P int/ P ext = 4460/140 = 31,93).
Количество пара, конденсирующегося в стене за зимний период:
В весенний период: Еk ,3 = Е 5 = 733 Па.
Количество влаги, подходящего из помещения к зоне конденсации:
Количество влаги, уходящего из зоны конденсации наружу:
Вывод: в весенний период в стену попадает примерно в 12 раз больше влаги, чем может выйти наружу ( P int/ P ext = 1837/154 = 11,95).
Количество пара, конденсирующегося в стене за зимний период:
Общее количество конденсата в стене
Pw = Pw 1 + Pw 2 + Pw 3 = 1519 + 4320 + 1684 = 7523 г/м2.
Проверка условия непревышения допустимой массовой влажности материала
Допустимое количество влаги, которое может поглотить 1м ² теплоизоляционного слоя, остаётся тем же, что и в предыдущем расчёте: DP = 450 г/м2.
Вывод:
Общее количество конденсата в стене превышает допустимый предел его увлажнения: Pw = 7523 г/м2 > DP = 450 г/м2, то есть условие ограничения накопления влаги не выполняется. Необходима установка дополнительных слоёв пароизоляции.
Проверка условия недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации
Максимальная упругость водяного пара в плоскости конденсации в летний период: Еk ,4 = Е 5 = 1736 Па.
Движение водяного пара при высыхании будет идти в направлении уменьшения парциального давления водяного пара:
Еk ,4 > e int = 1286 Па, Еk ,4 > e ext,4 = 1212 Па.
Вывод: высыхание будет происходить в обоих направлениях.
Влажностный режим конструкции в период испарения показан на рис. 3.3,б.
Количество влаги, удаляемой в сторону помещения:
Количество влаги, удаляемой по направлению к наружной стороне стены:
Количество влаги, удаляемой из стены за летний период:
Выводы:
Вся накопившаяся влага за летний период не будет удалена из конструкции, так как P = 4567 г/м2 > Pw = 7523 г/м2. Условие недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации не выполняется. Через несколько лет эксплуатации стена промокнет.
В сторону помещения испаряется почти в 4,5 раза больше влаги, чем в сторону наружной поверхности ( P int/P ext = 3736/832 = 4,49).
5 Нормативный расчёт на паропроницаемость
Проверка условия недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации
Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за годовой период: eext = 7,7 гПа = 770 Па (из табл. 1.1).
Парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации, определяемое по формуле
E = (Ek 1×z 1 + Ek 2×z 2 + Ek 3×z 3+ Ek 4×z 4)/12 = (788×2 + 391×3 + 733×2 + 1736×5)/12 = 1074 Па.
Нормируемое сопротивление паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации:
м2×ч×Па/мг.
Сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации Rvp ,int меньше нормируемого сопротивления : Rvp ,int = 0,44 м2×ч×Па/мг < = 1,58 м2×ч×Па/мг;
- Вывод: требование СНиП [2] по недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации не выполнено.
Проверка условия непревышения допустимой массовой влажности материала
Проверку не проводим, так как не выполнено условие недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации.
6 Определение необходимой толщины пароизоляции
Определяем коэффициент, показывающий во сколько раз надо увеличить сопротивление на пути движения влаги к зоне конденсации Rvp ,int :
для выполнения условия ограничения накопления влаги:
раз,
для выполнения условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации:
раз.
Требуемое сопротивление паропроницанию слоя пароизоляции
? Rvp ³ Rvp ,int (m — 1) = 0,44 × 8,04 = 3,50 м2×ч×Па/мг.
Дополнительно найдём требуемое сопротивление паропроницанию слоя пароизоляции из условия недопустимости конденсации влаги в зимний период:
м2×ч×Па/мг.
Выводы:
Для выполнения нормативного условия ограничения накопления влаги в утеплителе за период конденсации необходимо установить дополнительный слой пароизоляции из полиэтиленовой плёнки толщиной 0,16 мм, для которого по таблице прил. Ш СП [3]
Rvp = 7,3 м2×ч×Па/мг > ?Rvp = 3,50 м2×ч×Па/мг
Добиться отсутствия конденсации влаги в зимний период можно, установив два слоя полиэтиленовой плёнки, тогда общее сопротивление паропроницанию
Rvp = 2×7,3 = 14,6 м2×ч×Па/мг > ?Rvp = 13,47 м2×ч×Па/мг.
7 Определение затухания и запаздывания колебаний температуры на внутренней поверхности стены
Определение затухания температурных колебаний
Вычисляем коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоёв:
для внутренней облицовки из гипсокартона тепловая инерция D 1 = 0,22 < 1, поэтому
Вт/(м2×°С);
для утеплителя Y 2 = s 2 = 0,71 Вт/(м2×°С), так как D 2 = 1,64 > 1;
для кирпичной кладки Y 3 = s 3 = 10,12 Вт/(м2×°С), так как D 3 = 3,12 > 1.
Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности ограждения при направлении тепловой волны снаружи внутрь равен коэффициенту теплоусвоения последнего слоя: Y ext = Y 3 = 10,12 Вт/(м2×°С).
Определяем затухание колебаний в отдельных слоях:
Величина затухания при переходе волны от наружного воздуха к наружной поверхности ограждения:
где aext — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции (стены) для летнего периода (из п. 2.7).
Полная величина затухания расчётной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в исследуемой ограждающей конструкции:
v = v 1×v 2×v 3×v ext = 1,38×15,63×4,87×1,58 = 166,30.
Выводы:
На внутренней поверхности стены амплитуда колебаний температуры будет в 166 раз меньше, чем у наружного воздуха. Теплоустойчивость конструкции высокая.
На наружной поверхности стены амплитуда колебаний температуры будет в 1,58 раза меньше, чем у наружного воздуха.
Наибольшее затухание температурных колебаний происходит в слое утеплителя. Объясняется это тем, что за ним расположен слой гипсокартона, имеющий достаточно большой коэффициент теплоусвоения ( Y 1 = 6,26).
На втором месте по затуханию слой с наибольшей тепловой инерцией (кирпичная кладка).
Определение запаздывания температурных колебаний
Находим положение слоя резких колебаний:
для внутреннего слоя штукатурки D 1 = 0,22 < 1,
для утеплителя D 2 = 1,64 > 1.
Вывод: граница слоя резких колебаний находится во втором слое ( n = 2).
При n = 2 определяем коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения сразу как коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности первого слоя Yint = Y 1:
Вт/(м2×°С).
Вывод: наличие под слоем гипсокартона слоя утеплителя понизило коэффициент теплоусвоения его поверхности на 60% по сравнению с теплоусвоением его материала: (3,66 — 1,45)/3,66 = 0,60.
Запаздывание температурных колебаний на внутренней поверхности исследуемой конструкции по сравнению с колебаниями наружной температуры (сдвиг фаз колебаний) в часах определяется по формуле (здесь величины arctg берутся в градусах):
ч.
Проверка: ориентировочно x = 2,7D — 0,4 = 2,7×4,98 — 0,4 = 13 ч.
Выводы:
При максимуме температуры на наружной поверхности стены, обращённой на юг, в 12 часов дня, максимум температуры на внутренней поверхности будет в (12 + 12) — 24 = 0 часов ночи.
При максимуме температуры на наружной поверхности стены, обращённой на запад, в 17 часов дня, максимум температуры на внутренней поверхности будет в (17 + 12) — 24 = = 5 часов утра.
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА СТЕНЫ С ВОЗДУШНОЙ ПРОСЛОЙКОЙ
1 Состав конструкции и теплотехнические характеристики применяемых материалов
Расчётная схема стены показана на рис. 4.1, состав конструкции и теплотехнические характеристики слоёв приведены в табл. 4.1.
Для конструкций с вентилируемой воздушной прослойкой в качестве утеплителя разрешается использовать только негорючие материалы (минераловатные плиты).
Коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхности ограждающей конструкции (стены) остаются те же: aint = 8,7 Вт/(м2×°С), aext = 23 Вт/(м2×°С).
Расчётные коэффициенты для наружного экрана принимаем по данным производителя применяемой фасадной системы (прил. 2).
Будем проводить два варианта расчёта на паропроницание: с учётом и без учёта паропроницаемости швов экрана.
Таблица 4.1 Состав конструкции и теплотехнические характеристики применяемых материалов
№ слояМатериал (поз. в табл. СП [3])Плотность r0, кг/м3 Толщина слоя d, мРасчётные коэффициенты при условиях эксплуатации Б (по прил. Д.1 СП [3])теплопров l, Вт/(м×°С)теплоусв s, Вт/(м2×°С)паропрониц m, мг/(м×ч×Па)1внутренняя штукатурка из цем.-песч. раствора (227)18000,020,9311,090,092кладка из кирпича глиняного обыкновенного (206)18000,250,8110,120,113плиты минераловатные (48)100х0,0650,710,564воздушная прослойка-0,05-0-5наружный экран — керамогранит28000,013,4925,040,52 (0,008)** — без учёта паропроницаемости швов экрана
Термические сопротивления, тепловая инерция и сопротивление паропроницанию слоёв (предварительно — без утеплителя) приведены в табл. 4.2.
Таблица 4.2 Теплотехнические характеристики слоёв конструкции
№ слояСлои, материалы (поз. в табл. СП [3])Термическое сопротивление R i = di/li, м2×°С/ВтТепловая инерция Di = RisiСопротивление паропроницанию Rvp,i = di/mi, м2×ч×Па/мг-Внутренний пограничный слой1/8,7 = 0,11—1Внутренняя штукатурка из цем.-песч. раствора (227)0,020,240,222Кладка из кирпича глиняного обыкновенного (206)0,313,122,273Плиты минераловатные (48)2,311,640,274Воздушная прослойка0,140,000,005Наружный экран — керамогранит0,0030,070,02 (1,25)*-Наружный пограничный слой1/23 = 0,04Итого (S)2,945,072,78 (4,01)** — без учёта паропроницаемости швов экрана
Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки принимается по таблице 7 СП [3].
Принимаем коэффициент теплотехнической неоднородности конструкции r = 0,95, тогда Rreq /r = 2,68/0,95 = 2,82 м2×°С/Вт и требуемая толщина утеплителя
= 0,065×(2,82 — 0,11 — 0,02 — 0,31 — 0,14 — 0,04) = 0,143 м.
d 3 = 0,15 м = 150 мм (кратно 30 мм), и добавляем в табл. 4.2.
Выводы:
По сопротивлению теплопередаче конструкция соответствует нормам, так как приведённое сопротивление теплопередаче R 0r выше требуемого значения Rreq :
R 0r = 2,94×0,95 = 2,80 > Rreq = 2,68 м2×°С/Вт.
4.2 Определение значений температур и давления насыщенного пара по толщине конструкции
Определяем значения температур и давления насыщенного водяного пара на поверхности и в толще конструкции для четырёх периодов года (табл. 4.3); изображаем графики распределения температур (рис. 4.2) и давления насыщенного пара (рис. 4.3) по толщине конструкции.
Таблица 4.3 Распределение температуры и максимальной упругости водяного пара по сечению конструкции
Обозначенияt i, °С по периодам годаEi, Па по периодам годаосеннийзимнийвесеннийлетнийосеннийзимнийвесеннийлетнийtint202020202337233723372337tintЕint19,318,919,219,82233217922272307t1Е119,118,719,119,72214215122072301t2Е217,215,617,019,21957177519352222t3Е313,510,013,118,11544122515052080t4Е49,84,39,117,1121083011601945t5Е56,1-1,45,216,09415458871819t6Е62,4-7,11,314,97263366721699t7Е71,5-8,40,414,76812986271672textЕext1,5-8,50,314,76802976261671text1,2-8,90,0514,66662866131662
3 Проверка возможности конденсации влаги внутри конструкции
Оценим возможность конденсации влаги внутри конструкции с учётом паропроницаемости швов экрана (табл. 4.4, рис. 4.3,а).
Вывод:
При отсутствии вентиляции прослойки конденсации влаги не происходит благодаря низкому сопротивлению паропроницанию экрана, обусловленного зазорами.
Таблица 4.4 Оценка возможности конденсации влаги внутри конструкции с учётом паропроницаемости швов экрана
Обозначение упругости в.п.е i, Па по периодам годаEi — еi, Па по периодам годаосеннийзимнийвесеннийлетнийосеннийзимнийвесеннийлетнийеint12861286128612869478939411021е112291203122312809859489841021е264635257312201311142313621002е36293275541218916898950862е46113025351216599528625729е55942775161214347268371604е6577252497121314984175487е7560227478121112171150461еext572245491121210853135459
Проверим возможность конденсации влаги без учёта паропроницаемости швов экрана (рис. 4.3,б, табл. 4.5).
Вывод
Расчёт без учёта паропроницаемости швов экрана показывает, что при отсутствии вентиляции прослойки происходит конденсация влаги на наружной поверхности утеплителя и внутренней стороне экрана в осенний, зимний и весенний период.
Таблица 4.5 Оценка возможности конденсации влаги внутри конструкции без учёта паропроницаемости швов экрана
Обозначение упругости в.п.е i, Па по периодам годаEi — еi, Па по периодам годаосеннийзимнийвесеннийлетнийосеннийзимнийвесеннийлетнийеint12861286128612869478939411021е112461228124212829689229651020е28426397921240111411371143982е38306217791239714604726841е48186047651238392226395708е58065867521236135-41135582е67945697391235-68-233-67464е77835527261234-102-254-98438еext572245491121210853135459
4 Расчёт влажностного режима конструкции по годовому балансу влаги
Расчёт проводим без учёта паропроницания швов экрана.
Определяем сопротивления паропроницанию для случая расположения плоскости конденсации на наружной поверхности утеплителя:
Rvp ,int = Rvp ,1 + Rvp ,2 + Rvp ,3 = 0,22 + 2,27 + 0,27 = 2,76 м2×ч×Па/мг (как в п. 2.4),
Rvp ,ext = Rvp ,5 = 1,25 м2×ч×Па/мг
Для каждого периода года определяем количество влаги, подходящей к зоне конденсации, а также уходящей от неё. В качестве зоны конденсации будем считать воздушную прослойку.
В осенний период: Еk ,1‘ = Е 6 =726 Па, Еk ,1» = Е 7 =681 Па.
Количество влаги, подходящего из помещения к зоне конденсации:
Количество влаги, уходящего из зоны конденсации наружу:
Вывод: в осенний период в стену попадает в 2,3 раза больше влаги, чем может выйти наружу ( P int/ P ext = 293/126 = 2,33).
Количество пара, конденсирующегося в стене за зимний период:
В зимний период: Еk ,2‘ = Е 6 =336 Па, Еk ,2» = Е 7 =298 Па.
Количество влаги, подходящего из помещения к зоне конденсации:
Количество влаги, уходящего из зоны конденсации наружу:
Вывод: в зимний период в стену попадает в 8 раз больше влаги, чем может выйти наружу ( P int/ P ext = 745/93 = 8,05).
Количество пара, конденсирующегося в стене за зимний период:
В весенний период: Еk ,3‘ = Е 6 =672 Па, Еk ,3» = Е 7 =627 Па.
Количество влаги, подходящего из помещения к зоне конденсации:
Количество влаги, уходящего из зоны конденсации наружу:
Вывод: в весенний период в стену попадает примерно в 2 раза больше влаги, чем может выйти наружу ( P int/ P ext = 321/157 = 2,04).
Количество пара, конденсирующегося в стене за зимний период:
Общее количество конденсата в стене
Pw = Pw 1 + Pw 2 + Pw 3 = 167 + 652 + 164 = 983 г/м2.
Проверка условия непревышения допустимой массовой влажности материала
Допустимое количество влаги, которое может поглотить 1м ² теплоизоляционного слоя: DP = 450 г/м2 (то же, что в п. 2.4).
Вывод:
Общее количество конденсата в стене превышает допустимый предел его увлажнения: Pw = 983 г/м2 > DP = 450 г/м2, то есть условие ограничения накопления влаги не выполняется. Необходимо устройство дополнительного слоя пароизоляции или вентиляции прослойки наружным воздухом.
Проверка условия недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации
Максимальная упругость водяного пара в плоскости конденсации в летний период: Еk ,4‘ = Е 6 =1699 Па, Еk ,4» = Е 7 = 1672 Па.
Движение водяного пара при высыхании будет идти в направлении уменьшения парциального давления водяного пара:
Еk ,4‘ > e int = 1286 Па, Еk ,4» > e ext,3 = 1212 Па.
Вывод: высыхание будет происходить в обоих направлениях.
Влажностный режим конструкции в период испарения показан на рис. 4.3,в.
Количество влаги, удаляемой в сторону помещения:
Количество влаги, удаляемой по направлению к наружной стороне стены:
Количество влаги, удаляемой из стены за летний период:
Выводы:
Вся накопившаяся влага за летний период будет удалена из конструкции, так как P = 1867 г/м2 > Pw = 1734 г/м2. Условие недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации выполняется.
В сторону наружной испаряется почти в 2,5 раза больше влаги, чем в сторону наружной поверхности ( P ext /P int = 1327/540 = 2,46).
4.5 Нормативный расчёт на паропроницаемость
Проверка условия недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации
Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за годовой период: eext = 7,7 гПа = 770 Па (из табл. 1.1).
Парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации, определяемое по формуле
E = (Ek 1×z 1 + Ek 2×z 2 + Ek 3×z 3+ Ek 4×z 4)/12 = (726×2 + 336×3 + 672×2 + 1699×5)/12 = 1025 Па.
Нормируемое сопротивление паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации:
м2×ч×Па/мг.
Сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации Rvp ,int больше нормируемого сопротивления : Rvp ,int = 2,76 м2×ч×Па/мг > = 1,28 м2×ч×Па/мг;
- Вывод: требование СНиП [2] по недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации выполнено. Возможность высыхания влаги подтверждают и предыдущие расчёты.
Проверка условия непревышения допустимой массовой влажности материала
Проверку не проводим, так как предыдущие расчёты показали, что она не выполнится. Для ограничения накопления влаги в прослойке предусматриваем вентиляцию её наружным воздухом.
6 Определение теплового и влажностного режима вентилируемой воздушной прослойки
Расчёт проводим для условий зимнего периода.
Определение скорости движения и температуры воздуха в прослойке
Чем длиннее (выше) прослойка, тем больше скорость движения воздуха и его расход, а, следовательно, и эффективность выноса влаги. С другой стороны, чем длиннее (выше) прослойка, тем больше вероятность недопустимого влагонакопления в утеплителе и на экране.
Расстояние между входными и выходными вентиляционными отверстиями (высоту прослойки) принимаем равным Н = 12 м.
Среднюю температуру воздуха в прослойке t 0 предварительно принимаем как
t 0 = 0,8t ext = 0,8×(-8,9) = -7,12 °С.
Скорость движения воздуха в прослойке при расположении приточных и вытяжных отверстий на одной стороне здания:
м/с.
где x — сумма местных аэродинамических сопротивлений течению воздуха на входе, на поворотах и на выходе из прослойки; в зависимости от конструктивного решения фасадной системы x = 3…7; принимаем x = 6.
Площадь сечения прослойки условной шириной b = 1 м и принятой (в табл. 4.1) толщиной d = 0,05 м: F = b ×d = 0,05 м2.
Эквивалентный диаметр воздушной прослойки:
Плотность воздуха в прослойке
Количество (расход) воздуха, проходящего через прослойку:
Коэффициент теплоотдачи поверхности воздушной прослойки a0 предварительно принимаем по п. 9.1.2 СП [3]: a0 = 10,8 Вт/(м2×°С).
Сопротивление теплопередаче и коэффициент теплопередачи внутренней части стены:
(м2×°С)/Вт,
K int = 1/R 0,int = 1/2,85 = 0,351 Вт/(м2×°С).
Сопротивление теплопередаче и коэффициент теплопередачи наружной части стены:
(м2×°С)/Вт,
K ext = 1/R 0,ext = 1/0,14 = 7,198 Вт/(м2×°С).
Коэффициенты
0,351×20 + 7,198×(-8,9) = -57,03 Вт/м2,
0,351 + 7,198 = 7,549 Вт/(м2×°С).
Уточняем среднюю температуру воздуха в прослойке:
°С,
где с — удельная теплоёмкость воздуха, с = 1000 Дж/(кг×°С).
Средняя температура воздуха в прослойке отличается от принятой ранее более чем на 5%, поэтому уточняем расчётные параметры.
Скорость движения воздуха в прослойке:
м/с.
Плотность воздуха в прослойке
Количество (расход) воздуха, проходящего через прослойку:
Уточняем коэффициент теплоотдачи поверхности воздушной прослойки:
Вт/(м2×°С).
Сопротивление теплопередаче и коэффициент теплопередачи внутренней части стены:
(м2×°С)/Вт,
K int = 1/R 0,int = 1/3,06 = 0,327 Вт/(м2×°С).
Сопротивление теплопередаче и коэффициент теплопередачи наружной части стены:
(м2×°С)/Вт,
K ext = 1/R 0,ext = 1/0,35 = 2,826 Вт/(м2×°С).
Коэффициенты
0,327×20 + 2,826×(-8,9) = -18,62 Вт/м2,
0,327 + 2,826 = 3,153 Вт/(м2×°С).
Уточняем среднюю температуру воздуха в прослойке:
°С
Уточняем ещё несколько раз среднюю температуру воздуха в прослойке, пока значения на соседних итерациях не будут отличаться более, чем на 5% (табл. 4.6).
Таблица 4.6 Уточнение средней температуры воздух в вентилируемой прослойке
Расчётные параметрыИтерации (приближения)23456 g0кг/м31,3291,3301,3301,3301,330vм/с0,490,440,460,450,45Wкг/(м×c)0,03260,02940,03050,03010,0303a0Вт/(м2×°С)3,253,183,213,203,201/a0(м2×°С)/Вт0,3080,3140,3120,3130,312R0,int(м2×°С)/Вт3,063,073,063,073,07KintВт/(м2×°С)0,3270,3260,3260,3260,326R0,ext(м2×°С)/Вт0,350,360,360,360,36KextВт/(м2×°С)2,8262,7752,7932,7862,789AВт/м2-18,62-18,17-18,33-18,27-18,29KВт/(м2×°С)3,1533,1013,1193,1133,115t0°С-7,68-7,59-7,62-7,61-7,61
Температура воздуха в прослойке на расстоянии х от входного вентиляционного отверстия (на выходе из прослойки х = Н = 12 м):
°С.
Значения температуры воздуха в прослойке через каждый 1 м высоты представлены в табл. 4.7, график изменения температур — на рис. 4.4.
Температура на внутренней поверхности экрана на расстоянии х от входного вентиляционного отверстия (на выходе из прослойки х = Н = 12 м):
°С.
Значения температуры на внутренней стороне экрана через каждый 1 м высоты представлены в табл. 4.7, график изменения температур — на рис. 4.4.
Вывод: по мере продвижения по прослойке воздух нагревается ( tx > t ext) и нагревает внутреннюю поверхность экрана.
Проверка возможности конденсации влаги на внутренней стороне экрана
Коэффициенты паропроницания внутренней части стены (до плоскости возможной конденсации) и наружной части (экрана):
M int = 1/Rvp ,int = 1/ 2,76 = 0,362 мг/(м2×ч×Па),
M ext = 1/ Rvp ,ext = 1/1,25 = 0,800 мг/(м2×ч×Па).
Коэффициенты
0,362×1286 + 0,800×245 = 661,20 мг/(м2×ч),
0,362 + 0,800 = 1,162 мг/(м2×ч×Па).
Объём воздуха, проходящего через прослойку:
м3/с.
Парциальное давление (упругость) водяного пара в прослойке на расстоянии х от входного вентиляционного отверстия:
, где .
На выходе из прослойки:
, Па.
Конденсации влаги на внутренней поверхности экрана не будет, если действительная упругость водяного пара в прослойке ex будет меньше максимальной упругости водяного пара Ех , соответствующей температуре экрана tх .
Значения ex и Ех через каждый 1 м высоты представлены в табл. 4.7, графики изменения ex и Ех по высоте прослойки показаны на рис. 4.4.
Таблица 4.7 Распределение температуры и влажности по длине прослойки
х, м0123456789101112t x, °С-8,90-8,60-8,34-8,10-7,88-7,68-7,50-7,35-7,20-7,07-6,95-6,85-6,75В29536295032947329446294222940029381293632934729333293202930829298ex, Па245245246246247247248249249250250251251tx, °С-8,9-8,9-8,8-8,8-8,8-8,7-8,7-8,7-8,7-8,7-8,6-8,6-8,6Ех, Па286287288289290290291291292292293293293Ех — ex 42424243434343434343424242
Вывод:
Конденсации влаги на внутренней поверхности экрана не будет, поскольку для всех сечений ex < Ех .
По мере движения по прослойке упругость водяного пара в воздухе повышается (с 245 до 251 Па) за счёт … . {дополнить, за счёт чего}.
7 Определение затухания и запаздывания колебаний температуры на внутренней поверхности стены
Определение затухания температурных колебаний
Вычисляем коэффициенты теплоусвоения наружной поверхности слоёв:
для первых трёх слоёв коэффициенты остаются теми же, что и в п. 2.7:
Y 1 = 9,56 Вт/(м2×°С); Y 2 = s 2 = 10,12 Вт/(м2×°С), Y 3 = s 3 = 0,71 Вт/(м2×°С);
для воздушной прослойки ( D 4 = 0 < 1):
Вт/(м2×°С),
для экрана (D 5 = 0,07 < 1):
Вт/(м2×°С).
Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности ограждения при направлении тепловой волны снаружи внутрь равен коэффициенту теплоусвоения последнего слоя: Y ext = Y 5 = 2,44 Вт/(м2×°С).
Определяем затухание колебаний в отдельных слоях:
для первых трёх слоёв затухание остаётся тем же, что и в п. 2.7:
v 1 = 1,08; v 2 = 8,85; v 3 = 24,29;
;
Величина затухания при переходе волны от наружного воздуха к наружной поверхности ограждения:
a ext = 17,4 Вт/(м2×°С) — то же, что в п. 2.7.
Полная величина затухания расчётной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в исследуемой ограждающей конструкции:
v = v 1×v 2×v 3×v 4×v 5×v ext = 1,08×8,80×24,32×1,10×0,94×1,14 = 272,05.
Определение запаздывания температурных колебаний
Положение слоя резких колебаний и коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности первого слоя Yint остаются теми же, что и в п. 2.7.
Запаздывание температурных колебаний на внутренней поверхности исследуемой конструкции по сравнению с колебаниями наружной температуры (сдвиг фаз колебаний) в часах (здесь величины arctg берутся в градусах):
ч.
Проверка: ориентировочно x = 2,7D — 0,4 = 2,7×5,07 — 0,4 = 13,3 ч.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На внутренней поверхности стены амплитуда колебаний температуры будет в 272 раза меньше, чем у наружного воздуха. Теплоустойчивость конструкции высокая.
На наружной поверхности стены амплитуда колебаний температуры будет в 1,14 раза меньше, чем у наружного воздуха.
Наибольшее затухание температурных колебаний происходит в слое утеплителя. Объясняется это тем, что за ним расположен несущий слой (кирпичная кладка), имеющая большой коэффициент теплоусвоения ( s 2 = 10,12).
На втором месте по затуханию слой с наибольшей тепловой инерцией (кирпичная кладка).
В экране и воздушной прослойке затухание невелико, что объясняется малыми коэффициентами теплоусвоения расположенных друг за другом слоёв ( Y 3 = 0,71, Y 4 = 0,65).
При максимуме температуры на наружной поверхности стены, обращённой на юг, в 12 часов дня, максимум температуры на внутренней поверхности будет в (12 + 12) — 24 = 0 часов утра.
При максимуме температуры на наружной поверхности стены, обращённой на запад, в 17 часов дня, максимум температуры на внутренней поверхности будет в (17 + 12) — 24 = = 5 часов утра.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/vlajnostnyiy-rejim-ograjdayuschih-konstruktsiy/
1.Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий: Учебник. — М.: Стройиздат, 2010. — 287 с.
2.Ильинский В.М. Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат зданий): Учеб. пособие. — М.: Высш. шк., 2009. — 320 с.
- Соловьев А.К. Физика среды: Учебник. — М.: Изд-во АСВ, 2011. — 344 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Справочные данные
Определение значений температур по толщине ограждающей конструкции (к рис. 2.2)
По оси абсцисс в выбранном масштабе откладываем (рис. 2.2,а) последовательно термические сопротивления Ri всех слоев конструкции, а также внутреннего и наружного пограничных слоев воздуха (из табл. 2.2).
По вертикали на внешних границах воздушных слоев в принятом масштабе откладываются значения температур внутреннего t int и наружного (из табл. 1.2) воздуха: для зимнего (t ext,2), летнего (t ext,4), весеннего (t ext,3) или осеннего (t ext,1) периодов года.
Строятся температурные графики для выбранных периодов года (в условиях стационарной теплопередачи графики — прямые линии).
Найденные значения температур в каждом сечении с рис. 2.2,а переносим на разрез конструкции, выполненный в масштабе реальных толщин (рис. 2.2,б).
Проверка возможности конденсации влаги внутри конструкции (к рис. 2.3)
По оси абсцисс в выбранном масштабе откладываем последовательно сопротивления паропроницанию всех слоёв конструкции Rvp,i (рис. 2.3,а); с рис. 2.2 переносим отмеченные ранее сечения с сохранением их нумерации.
По оси ординат в выбранном масштабе откладываем со стороны внутренней поверхности значение e int, а со стороны наружной поверхности — среднее значение парциального давления водяного пара за зимний период e ext2, и соединяем их прямой линией (пунктирная линия).
Полученная прямая представляет собой график изменения парциального давления водяного пара в ограждающей конструкции без учета возможной конденсации при установившемся процессе диффузии водяного пара.
По данным табл. 2.3 для зимнего периода строим график изменения давления насыщенного водяного пара Е (тонкая линия).
Проводим анализ взаимного расположения графиков Е и e : если графики не пересекаются, то конденсация водяного пара в ограждении отсутствует; в случае пересечения или касания графиков в конструкции возможна конденсация влаги.
Если конденсация влаги отсутствует, влажностный режим ограждающей конструкции считается удовлетворительным, и далее расчёт не проводится.
В случае конденсации влаги (зимой) определяется плоскость или зона конденсации, для этого из концов прямой e int — e ext,2 проводятся касательные к графику Е . Область между точками касания Ек’ и Ек» — зона конденсации . При совпадении точек касания получается плоскость конденсации . Затем проводится итоговый график изменения парциального давления с учетом конденсации водяного пара (жирная линия).
Аналогичные построения можно выполнить для остальных периодов года.
На графике Е для периода испарения влаги (рис. 2.3,б) отмечаем границы зоны (плоскость), где происходила конденсация влаги, и соединяем их прямыми с точками e int и e ext,4. Стрелками показываем направление движения влаги от зоны конденсации (в сторону уменьшения парциального давления водяного пара).
Определение необходимой толщины пароизоляции (к п. 2.6)
Слой пароизоляции предназначается для увеличения сопротивления паропроницанию Rvp ,int так, чтобы выполнялось как условие недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации, так и условие ограничения накопления влаги за период конденсации. Требуемое сопротивление паропроницанию слоя пароизоляции определяется по формуле:
? Rvp ³ Rvp ,int (m — 1) ,
где m — коэффициент, показывающий во сколько раз надо увеличить сопротивление на пути движения влаги к зоне конденсации Rvp ,int .
Если не выполняется условие недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации, то
Здесь суммирование проводится по всем периодам года.
Если не выполняется условие ограничения накопления влаги в конструкции за период конденсации, то
Здесь суммирование проводится по тем периодам, когда происходит конденсация влаги в конструкции.
Определение коэффициентов теплоусвоения (к п. 2.7)
Определение коэффициентов теплоусвоения наружной поверхности слоёв ограждения при направлении тепловой волны снаружи внутрь Yi начинаем от внутренней поверхности ограждающей конструкции.
Для слоёв, имеющих показатель тепловой инерции Di > 1, коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя Yi принимается равным коэффициенту теплоусвоения материала si .
Для слоёв с тепловой инерцией Di < 1 коэффициент теплоусвоения наружной поверхности определяется следующим образом:
для первого слоя — по формуле
;
для каждого последующего i -го слоя — по формуле
где R 1, Ri — термические сопротивления соответственно первого и i -го слоев ограждающей конструкции, м2×°С/Вт;
s 1, si — расчётные коэффициенты теплоусвоения материала соответственно первого и i -го слоев, Вт/(м2×°С);
Y 1, Yi , Yi -1 — коэффициенты теплоусвоения наружной поверхности соответственно первого, i -го и (i — 1)-го слоев ограждающей конструкции, Вт/(м2×°С).
Определение коэффициента теплоусвоения внутренней поверхности ограждения при направлении тепловой волны изнутри наружу Y int производится в пределах слоя резких колебаний (для слоя резких колебаний тепловая инерция D = 1).
Если первый (внутренний) слой ограждающей конструкции имеет тепловую инерцию D > 1, то слой резких колебаний лежит в первом слое конструкции, а значит, Yint = s 1.
Если для n слоёв тепловая инерция D 1 + D 2 + … + Dn -1 < 1, но D 1 + D 2 + … + Dn > 1, то коэффициент Yint определяется последовательно расчётом коэффициентов теплоусвоения внутренней поверхности слоев конструкции, начиная с (п — 1) слоя:
для ( n — 1) слоя — по формуле
для каждого последующего i -го слоя (i = n — 2, n — 3, … , 1) — по формуле
и коэффициент Yint будет равен коэффициенту теплоусвоения последнего слоя: Yint = Y 1.
Если тепловая инерция всей ограждающей конструкции D < 1, то коэффициент Yint определяется для наружного (n- го слоя) — по формуле
для каждого последующего i -го слоя (i = n — 2, n — 3, … , 1) — как в предыдущем случае.
Теплотехнические характеристики некоторых фасадных систем
№ Материал экрана (фасадная система)Плотность r0, кг/м3 Толщина слоя d, мРасчётные коэффициенты теплопров l, Вт/(м×°С)теплоусв s, Вт/(м2×°С)паропрониц m, мг/(м×ч×Па)1Панель-экран цементно-волокнистая (Краспан)18000,0080,938,10,114 (0,03)*2Керамогранит (Гранитогресс)28000,013,4925,040,52 (0,008)*3Стальные кассетные панели (U-KON)78500,00458126,50,108 (0,018)*Без учёта проницаемости стыковых швов экрана
