Теплотехнический расчет толщины утепляющего слоя неоднородной однослойной и многослойной ограждающей конструкции

Теплотехнический расчет толщины утепляющего слоя неоднородной однослойной и многослойной ограждающей конструкции
Переход теплоты из помещения к наружной среде через ограждение является сложным процессом теплопередачи. Внутренняя поверхность наружного ограждения обменивается теплотой с помещением. Сопротивление теплообмену на внутренней поверхности равно RВ=1/αВ.
Наружная поверхность отдает теплоту наружному воздуху и окружающим поверхностям. Сопротивление теплообмену на наружной поверхности ограждения равно RH=1/α H.
В условиях установившегося температурного состояния теплота транзитом проходит из помещения через внутреннюю поверхность и толщину ограждения к его наружной поверхности и отдается наружной среде.
Из условия сохранения тепловой энергии количество теплоты, прошедшее через внутреннюю поверхность ограждения, равно количеству теплоты, проходящему через толщу ограждения, и количеству теплоты, отданному наружной поверхностью.

Тепловой поток после-довательно преодолевает сопротивление теплообмену на внутренней поверхности RВ, термического материала толщиной ограждения RK и теплоперехода на наружной поверхности RH, поэтому сопротивление теплопе-редачи ограждения R0 равно сумме этих сопротивлений:
R0 = RB+ RT+ RH =
= 1/αВ + δ/λ +1/α H
Однородность слоя мате-риала применяемого в одно-слойных и многослойных строительных ограждений нарушается включениями или прослойками.
Рисунок 1

Рисунок 2.
Кирпичная стена ком-бинированной кладки
Если многослойное ограждение состоит из нескольких плоских слоев материала, расположенных перпендикулярно напра-влению, то термическое сопротивление толщи огра-ждения равно сумме терми-ческих сопротивлений от-дельных слоев ограждения
RT =Σ Ri .

Рисунок 3. Многопустотная плита перекрытия

Плоская воздушная прос-лойка, расположенная в ограждении перпенди-кулярно направлению теплового потока, также должна быть учтена в этой сумме, как дополни-тельное, последова-тельно включению сопротивление RBn .
Таким образом, в общем случае сложной многослойной конструк-ции с воздушной прос-лойкой сопротивление теплопередачи огражде-ния равно:
R0 = RB+ ΣRI + RBП+ RH

Коэффициент теплопередачи ограждения в общем слое равен:
где δI и λI - толщины и теплопроводность отдельных слоев;
RBП - СНиП 23-02-2003, прил. 4.
Сложнее рассчитать передачу теплоты через ограждение, материал которого неоднороден в направлении, параллельно тепловому потоку. Если ограждение разбить на отдельные однородные площади, и условно считать, что в пределах каждой сохраняется одномерность температурного поля, то можно определить термическое сопротивление толщи ограждения формулой:
где An - отдельные площади ограждения, в пределах которых конструкция однородна в направлении параллельно
тепловому потоку;
Rn - термическое сопротивление толщи ограждения в пределах
этих площадей.

Рассмотрим порядок теплотехнического расчета покрытия, в первом слое которого (плита перекрытия) однородность материала нарушена воздушными прослойками:

1) Для учета санитарно-гигиенических требований, предъявля-емых к ограждающей конструкции покрытия (перекрытия), необходимо определить требуемое сопротивление теплопередаче R0ТР, м2°С/Вт.
Тогда tH = tXP(0,92) ,
т.е.: R0ТР = n(tB – tH) / ΔtH⋅αB
где n, ΔtH, αB - см. лекцию № 1.
Затем ГСОП = (tB – tOП)⋅ zOП ,°С сут.,
и R0ТЗ, которое сравниваем с R0ТР.
2) Для упрощения круглые отверстия - заменяем равно великими по площади квадратными со стороной а = √πd2/4 , мм.
3) Термическое сопротивление теплопередаче плиты вычи-сляем отдельно для слоев, параллельных А-А и Б-Б и перпендикулярно В-В, Г-Г, Д-Д движению теплового потока.
3.а) Термическое сопротивление плиты RAII, м2°С/Вт, в нап-равлении, параллельно движению теплового потока, вычисляем для двух характерных сечений (А-А и Б-Б).

Рисунок 4. Два характерных сечения (А-А и Б-Б).

В сечении А-А два слоя железобетона толщиной δЖБА-А и воз-душная прослойка δВП , термическое сопротивление составит:
В сечении Б-Б
Затем определяем термическое сопротивление
где FАА - площадь в сечении А-А, м2;
FББ - площадь в сечении Б-Б, м2.
3.б) Термическое сопротивление плиты RA┴, м2°С/Вт, в на-правлении, перпендикулярном движению теплового потока, вычисляют для трех характерных сечений (В-В; Г-Г; Д-Д).

Для сечения В-В и Д-Д
Для сечения Г-Г
где F(Г-Г)ВП - площадь воздушных прослоек в сечении Г-Г, м2, равная:
F(Г-Г)ЖБ = FA-A
F(Г-Г)ЖБ - площадь слоев из железобетона в сечении Г-Г :
F(Г-Г)ЖБ = FБ-Б
R(Г-Г)ВП - термическое сопротивление воздушной прослойки в
сечении Г-Г (СНиП 23-02-2003, прил. 4) : R(Г-Г)ВП = RВП
R(Г-Г)ЖБ - термическое сопротивление слоя железобетона :
R(Г-Г)ЖБ = δЖБ /λЖБ
Определяем RБ┴ = RВВиДД+ RГ-Г

Разница между величинами RAII и RA┴ не должна превышать 25%.
Полное термическое сопротивление железобетонной плиты определяем из уравнения:
RЖБ = (RA//+2RБ┴)/3 , м2°С/Вт.
Определяем толщину утеплителя δУТ покрытия:
Определяем общее фактическое сопротивление теплопередаче:
Определяем коэффициент теплопередачи:
k = 1/R0Ф , Вт/м2°С.