Анализ влияния параметров тепловой изоляции на эффективность ограждающих конструкций и системы отопления здания

Полный текст

Введение.

В настоящее время основными задачами в области строительства являются проектирование отапливаемых зданий и оборудования объектов энергетики с эффективным использованием энергоресурсов, а также модернизация существующего фонда зданий в целях экономии тепловой энергии. При проектировании современных зданий требуется исследование процессов теплопередачи и влажностного режима наружных ограждающих конструкций, которые выполняются из сборных облегченных многослойных элементов, включающих эффективную тепловую изоляцию. С переходом к новому виду высотной многоэтажной застройки создаются и совершенствуются сборные конструкции зданий, используются новые теплоизоляционные, облицовочные и конструкционные материалы с разнообразными физическими свойствами, что обеспечивает высокую надежность зданий и энергоэффективность систем отопления. Ограждающие конструкции зданий и других строительных сооружений подвержены наиболее сложным физическим воздействиям. Процессы тепло- и массообмена в помещениях зданий и ограждающих конструкциях связаны с действием изменяющихся наружных климатических условий, а также с работой систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Поэтому ясное представление о процессах, происходящих в ограждениях при теплопередаче, и умение пользоваться соответствующими расчетами дают возможность проектировщику обеспечить требуемые теплотехнические качества наружных ограждающих конструкций. Аналогичные задачи возникают при разработке ограждающих конструкций энергетического оборудования объектов тепловой и атомной энергетики.

Методика проведения исследований.

На первом этапе исследования формируются теплозащитные свойства наружных ограждений (стен, перекрытий, покрытий) путем выполнения следующих расчетов [1–3].

1. Определяют требуемое сопротивление теплопередаче R₀^тр, м²·К/Вт, наружного ограждения по формуле

$R_0^{\mathrm{тр}} =\frac{\left(t_{\mathrm{в}}- t_{\mathrm{н}}\right)n}{∆t^{\mathrm{н}} {\alpha }_{\mathrm{в}}}$                                                                                                                          (1)

где t_в, t_н – расчетная температура внутреннего и наружного воздуха, t_в принимается по ГОСТ 30494, t_н – по СНиП 23-01–99*; n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху; Δ t^н – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и внутренней поверхностью ограждения; α_в – коэффициент теплоотдачи от воздуха помещения к поверхности ограждения, Вт/(м²·К), [2–5].

2. Рассчитывают градусо-сутки отопительного периода (ГСОП):

$\mathrm{ГСОП} = \left(t_{\mathrm{в}} - t_{\mathrm{оп}}\right)Z_{\mathrm{оп}}$                                                                                                               (2)

где t_оп, Z_оп – средняя температура наружного воздуха в отопительный период, °С, и продолжительность отопительного периода, сут/год.

3. По ГСОП определяют минимальное приведенное сопротивление теплопередаче R₀^эн, м²·К/Вт, ограждающих конструкций здания, исходя из условий энергосбережения (СНиП 23-02–2003), [1, 2].
4. Производят сравнение сопротивлений теплопередаче R₀^тр и R₀^эн. Большее значение сопротивления теплопередаче (обозначим его через R₀) принимают для выполнения последующих расчетов. При этом согласно п. 5.13 СНиП 23-02–2003 при выборе уровня теплозащиты здания предлагается величину приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций принимать не ниже значений R₀^min = R₀^эн × 0,63 для стен жилых и общественных зданий.
5. Рассчитывают толщину δ_из, м, теплоизоляционного слоя:

${\delta }_{ИЗ}={\lambda }_{ИЗ}\left(\frac{R_o}{r}-\frac{1}{a_B}-\sum _{i=1}^k{R}_i-\frac{1}{a_H}\right)$                                                                                     (3)

где λ_из – коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя Вт/м²·К; R₀ = R₀^эн, если R₀^эн ≥ R₀^тр, в противном случае R₀ = R₀^тр; r – коэффициент теплотехнической однородности ограждения;– сумма сопротивлений теплопроводности конструктивных слоев ограждения, м²·К/Вт; δ_i, λ_i –толщина, м, и коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К), i - го конструктивного слоя; i = 1, 2,..., k; k – количество конструктивных слоев в ограждении; α_н – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности ограждения, Вт/(м²·К), [2–5].

6. Округляют расчетное значение δ_из в большую сторону, принимая фактическое значение толщины слоя изоляции δ^ф_из кратной 0,05 м.
7. Определяют фактическое сопротивление теплопередаче R₀^ф, м²·К/Вт:

$R_o^{ф}=\frac{1}{a_B}+\sum _{i=1}^k{R}_i+\frac{{\delta }_{ИЗ}^{ф}}{{\lambda }_{ИЗ}}+\frac{1}{a_H}$                                                                                          (4)

8. Рассчитывают температурные поля в различных элементах наружного ограждения [1, 4, 5]. Одномерное стационарное температурное поле глади наружного ограждения определяют, используя зависимость

${\tau }_x=t_B-\frac{R_{B-х}}{R_{о}^{ф}}\left(t_B-t_H\right)n$                                                                                          (5)

где τ_х – температура в произвольном сечении х ограждения, °С; R_в–х – сопротивление теплопередаче от воздуха помещения до рассматриваемого сечения х.

Температура внутренней поверхности наружного ограждения должна быть выше точки росы t_р, °С, в противном случае необходимо предусмотреть специальные мероприятия, предупреждающие конденсацию водяного пара на внутренней поверхности ограждения.

Приближенное значение t_р, °С, можно рассчитать по формуле

$t_P = 20,1 - {(5,75 - 0,00206 · {р}_{\mathrm{в}})}^2,$                                                                         (6)

где р_в – парциальное давление водяного пара в воздухе помещения, Па.

9. Производят подбор заполнений световых проемов по СНиП II-3–79*. Требуемое сопротивление теплопередаче окнаиз условий энергосбережения определяют по табл. 1б*(К). Затем принимают конструкцию остекления по приложению 6*(К) (справочное) с заданным для него приведенным сопротивлением теплопередаче. При этом должно соблюдаться условие.

На втором этапе исследования выполняют анализ влажностного режима ограждения. Расчеты проводят исходя из стационарного состояния с учетом только диффузии водяного пара через ограждение. При этом значения t_в и φ_в принимают те же, что и для расчетов конденсации на внутренней поверхности ограждения, а t_н – равной средней температуре наиболее холодного месяца t_х.м.

Парциальное давление водяного пара р_х, Па, в расчетном сечении х ограждения рассчитывается по формуле [1, 2]:

$p_x=p_B-\frac{\left(p_{В}-p_{Н}\right)}{R_{П.О}}{R}_{П.В-Х}$,                                                                                       (7)

где р_в, р_н – парциальные давления водяного пара во внутреннем и наружном воздухе, Па, (р_в = Р_вφ_в/100 и р_н = Р_нφ_н/100); Р_в, Р_н – парциальные давления водяного пара во внутреннем и наружном воздухе при полном насыщении, Па; R_п.в–х – сопротивление паропроницанию от воздуха помещения до сечения х; R_п.о – полное сопротивление паропроницанию ограждения, м²·ч·Па/мг. Р_в определяют по t_в, а Р_н – по t_н = t_хм.

Полное сопротивление паропроницанию R_п.о, Па, рассчитывается по формуле

$R_{П.О}=R_{П.В}+\sum _{i=1}^n\frac{{\delta }_i}{{\mu }_i}+R_{П.Н}$,                                                                                      (8)

где R_п.в и R_п.н – сопротивления паропроницанию на внутренней и наружной поверхности ограждения (R_п.в = 0,027, R_п.н = 0,013 м²·ч·Па/мг); δ_i и µ_i – толщина, м, и коэффициент паропроницаемости, мг/(м·ч·Па), i -го слоя ограждения.

По известному температурному полю в сечениях ограждения по [1, 2] определяют парциальное давление Р водяного пара при полном насыщении для характерных сечений ограждения и строят графики изменения действительного парциального давления водяного пара р = f₁(х) и парциального давления водяного пара при полном насыщении Р = f₂(х) в сечении ограждения.

На третьем этапе исследования определяется тепловая мощность системы отопления здания и производится расчет поверхностей нагрева отопительных приборов. Методики расчетов тепловой мощности системы отопления и теплотехнического расчета отопительных приборов приведены в [6–8] и СНИП 41-01-2003.

Результаты исследований. Результаты численных расчетов температурных полей в наружных ограждениях для различных граничных условий при λ_из = 0,05 Вт/(м·К) представлены в табл. 1–8, а парциальных давлений ‒ в табл. 9, 10. На рис. 1 приведены графики изменения температуры в многослойных ограждениях при расположении тепловой изоляции с наружной стороны ограждения (рис. 1, а), с внутренней стороны ограждения (рис. 1, б) и при отсутствии тепловой изоляции в ограждении (рис. 1, в). На рис. 2 представлены графики распределения температур и парциальных давлений водяного пара в ограждении при расположении тепловой изоляции снаружи ограждения (рис. 2, а) и с его внутренней стороны (рис. 2, б). Расчеты выполнялись по программе для ЭВМ [9].

Обсуждение полученных результатов.

1. Анализ результатов расчетов показывает, что при расположении тепловой изоляции снаружи ограждения отапливаемого здания происходит равномерное понижение температуры от внутренней поверхности к наружной. Например, для г. Казани (см. табл. 1) при t_н = t_н₅ = -32 °C, t_в = 20 °C и δ₃ = δ_из = 0,15 м имеем: t₁ = τ_В = 18,36; t₂ = 17,99; t₃ = 11,87; t₄ = -31,32; t₅ = τ_Н = -31,38 °C. При этом конструктивный слой ограждения δ₂ = 0,37 м (второй слой по направлению теплового потока q, см. рис 1, а) имеет положительную температуру при всех расчетных температурах наружного воздуха от 0 до -32 °C, что обеспечивает его высокую надежность. Резкое падение температуры происходит в теплоизоляционном слое от 11,87 до -31,32 °C.
   При расположении тепловой изоляции с внутренней стороны в конструктивном слое ограждения в зимний период температура становится отрицательной (см. табл. 2, рис 1, б), что приводит к снижению его теплотехнических и механических свойств.
   При снижении толщины слоя тепловой изоляции до 0,1 м характер изменения температуры в ограждении остается таким же, как и при δ_из = 0,15 м. При этом числовые значения температур на границах слоев ограждения незначительно снижаются (см. значения температур в знаменателях дробей табл. 1, 2).

 

Таблица 1. Результаты расчета температур в четырехслойном наружном ограждении при различных температурах наружного воздуха t_н. Климатологический район г. Казань (t_н₅ = -32 °C). δ₁ = 0,02 м; δ₂ = 0,37 м; δ₃ = δ_из = 0,15/0,1 м; δ₄ = 0,0035 м; t_в = 20 °C. Тепловая изоляция расположена снаружи ограждения

tн, °C	t₁ = τВ, °C	t₂, °C	t₃, °C	t₄, °C	t₅ = τн, °C
0,0	19,36/19,12	19,23/18,93	16,87/15,68	0,26/0,36	0,24/0,33
-10	19,05/18,68	18,84/18,40	15,31/13,51	-9,61/-9,46	-9,64/-9,50
-20	18,73/18,24	18,45/17,86	13,74/11,35	-19,48/-19,28	-19,52/-19,33
-32	18,36/17,71	17,99/17,22	11,87/8,75	-31,32/-31,06	-31,38/-31,13

 

Таблица 2. Результаты расчета температур в четырехслойном наружном ограждении при различных температурах наружного воздуха t_н. Климатологический район г. Казань (t_н₅ = -32 °C). δ₁ = 0,02 м; δ₂ = δ_из = 0,15/0,1 м; δ₃ = 0,37 м; δ₄ = 0,02 м; t_в = 20 °C. Тепловая изоляция расположена с внутренней стороны ограждения

tн, °C	t₁ = τВ, °C	t₂, °C	t₃, °C	t₄, °C	t₅ = τн, °C
0,0	19,37/19,13	19,23/18,94	2,72/3,75	0,38/0,52	0,24/0,33
-10	19,05/18,69	18,85/18,41	-5,93/-4,38	-9,44/-9,22	-9,64/-9,51
-20	18,73/18,25	18,46/17,88	-14,57/-12,50	-19,25/-18,96	-19,52/-19,34
-32	18,36/17,73	18,00/17,24	-24,94/-22,26	-31,02/-30,65	-31,38/-31,14

 

При отсутствии в наружном ограждении тепловой изоляции (ограждение состоит из трех слоев: 1-й внутренний и 3-й наружный слои – известково-песчаная штукатурка, δ₁ = δ₃ = 0,02 м; 2-й конструктивный слой – кирпич силикатный, δ₂ = 0,62 м) происходит резкое изменение температуры в конструктивном слое (см. рис. 1, в, табл. 3): при t_н = t_н₅ = -32 °C t_в = 20 °C имеем: t₁ = τ_В = 13,51; t₂ = 12,11; t₃ = -28,15; t₄ = τ_Н = -29,54 °C. В конструктивном слое в зимний расчетный период (t_н = -32 °C) температура изменяется от +12,11 до -28,15 °C, что снижает теплотехнические и механические свойства этого слоя ограждения вследствие замерзания влаги в нем.

 

Рис. 1. Схемы наружных ограждающих конструкций зданий при расположении тепловой изоляции снаружи ограждения (а), с внутренней стороны ограждения (б), при отсутствии тепловой изоляции в ограждении (в): 1, 2, 3, 4 – номера слоев ограждения; t₁, t₂, t₃, t₄, t₅, – температуры на границах слоев ограждения; δ₁, δ₂, δ₃, δ₄ – толщины слоев ограждения; tв, tн – температура внутреннего и наружного воздуха

 

Таблица 3. Результаты расчета температур в трехслойном наружном ограждении при различных температурах наружного воздуха t_н. Климатологический район г. Казань (t_н₅ = -32 °C). δ₁ = 0,02 м; δ₂ = 0,62 м; δ₃ = 0,02 м; t_в = 20 °C. Тепловая изоляция отсутствует (трехслойное ограждение)

tн, °C	t₁ = τВ, °C	t₂, °C	t₃, °C	t₄ = τн, °C
0,0	17,50	16,97	1,48	0,95
-10	16,25	15,45	-7,78	-8,58
-20	15,01	13,93	-17,04	-18,11
-32	13,51	12,11	-28,15	-29,54

 

Таблица 4. Результаты расчета температур в четырехслойном наружном ограждении при различных температурах наружного воздуха t_н. Климатологический район г. Москва (t_н₅ = -26 °C). δ₁ = 0,02 м; δ₂ = 0,37 м; δ₃ = δ_из = 0,1/0,05 м; δ₄ = 0,0035 м; t_в = 18 °C. Тепловая изоляция расположена снаружи ограждения

tн, °C	t₁ = τВ, °C	t₂, °C	t₃, °C	t₄, °C	t₅ = τн, °C
0,0	17,21/16,72	17,04/16,44	14,11/11,69	0,33/0,53	0,30/0,49
-10	16,77/16,00	16,50/15,58	11,95/8,19	-9,49/-9,18	-9,53/-9,26
-20	16,33/15,29	15,97/14,71	9,78/4,68	-19,31/-18,89	-19,37/-18,98
-26	16,06/14,86	15,65/14,19	8,48/2,56	-25,20/-24,71	-25,27/-24,81

 

Таблица 5. Результаты расчета температур в четырехслойном наружном ограждении при различных температурах наружного воздуха t_н. Климатологический район г. Москва (t_н₅ = -26 °C). δ₁ = 0,02 м; δ₂ = δ_из = 0,1/0,05 м; δ₃ = 0,37 м; δ₄ = 0,02 м; t_в = 18 °C. Тепловая изоляция расположена с внутренней стороны ограждения

tн, °C	t₁ = τВ, °C	t₂, °C	t₃, °C	t₄, °C	t₅ = τн, °C
0,0	17,21/16,73	17,06/16,46	3,73/5,44	0,47/0,75	0,30/0,48
-10	16,78/16,03	16,52/15,61	-4,75/-1,54	-9,28/-8,83	-9,54/-9,26
-20	16,34/15,36	15,99/14,75	-12,88/-8,52	-19,02/-18,41	-19,37/-19,99
-26	16,08/14,9	15,67/14,24	-17,75/-12,71	-24,86/-24,16	-25,27/-24,83

 

Аналогичный характер изменения температуры в наружном ограждении отапливаемого здания наблюдается для климатологического района г. Москвы. Исследования выполнены при t_в = 18 °C, t_н₅ = -26 °C для четырехслойных ограждений при расположении тепловой изоляции с наружной стороны (δ₁ = 0,02 м; δ₂ = δ_из = 0,1/0,05 м; δ₃ = 0,37 м; δ₄ = 0,0035 м) и с внутренней стороны ограждения после слоя штукатурки по направлению теплового потока q (δ₁ = 0,02 м; δ₂ = δ_из = 0,1/0,05 м; δ₃ = 0,37 м; δ₄ = 0,02 м) (см. табл. 4, 5). При этом рассмотрены случаи, когда δ_из = 0,1 м и δ_из = 0,05 м. Результаты исследований для ограждения при отсутствии тепловой изоляции (δ₁ = 0,02 м; δ₂ = 0,62 м; δ₃ = 0,02 м) приведены в табл. 6. При расположении тепловой изоляции с внутренней стороны, а также при отсутствии тепловой изоляции в конструктивном слое ограждения в зимний период температура становится отрицательной (см. табл. 5, 6), что приводит к снижению его теплотехнических и механических свойств.

2. Анализ влажностного режима наружного ограждения проведен для стационарного состояния и с учетом только диффузии водяного пара через ограждение при значениях t_н = t_х.м. Вначале выполнен расчет температурных полей в ограждениях (см. табл. 7, 8, рис. 2), а затем по известным значениям температур рассчитывались парциальные давления водяного пара при полном насыщении и фактические значения парциальных давлений водяного пара, движущегося внутри ограждения (см. табл. 9, 10, рис. 2). Рассмотрены четырехслойные конструкции при расположении тепловой изоляции с наружной и с внутренней стороны ограждения и трехслойная конструкция при отсутствии тепловой изоляции. Исследования проведены для двух климатологических районов Российской Федерации ‒ г. Казани и г. Москвы.

 

Рис. 2. Графики распределения температур и парциальных давлений водяного пара в ограждении при расположении тепловой изоляции снаружи ограждения (а), с внутренней стороны ограждения (б): 1, 2, 3, 4 – номера слоев ограждения; t – график изменения температуры; P – график изменения парциального давления водяного пара при полном насыщении; p – график изменения действительного парциального давления водяного пара

 

Таблица 6. Результаты расчета температур в трехслойном наружном ограждении при различных температурах наружного воздуха t_н. Климатологический район г. Москва (t_н₅ = -26 °C). δ₁ = 0,02 м; δ₂ = 0,62 м; δ₃ = 0,02 м; t_в = 18 °C. Тепловая изоляция отсутствует (трехслойное ограждение)

tн, °C	t₁ = τВ, °C	t₂, °C	t₃, °C	t₄ = τн, °C
0,0	15,75	15,27	1,33	0,85
-10	14,50	13,75	-7,93	-8,68
-20	13,26	12,24	-17,19	-18,21
-26	12,51	11,33	-22,74	-23,92

 

Таблица 7. Результаты расчета температур в четырехслойном наружном ограждении при t_н = t_х.м при различных расположениях тепловой изоляции (ТИ) (λ_из = 0,05 Вт/(м·К)). Казань (t_х.м = -13,5 °C, t_в = 20 °C); δ₁ = 0,02 м; δ₂ = 0,37 м; δ₃ = δ_из = 0,1/0,05 м; δ₄ = 0,0035 м; δ₁ = 0,02 м; δ₂ = δ_из = 0,1/0,05 м; δ₃ = 0,37 м; δ₄ = 0,02 м; δ₁ = 0,02 м; δ₂ = 0,62 м; δ₃ = 0,02 м

Расположение ТИ в ограждении	t₁ = τВ, °C	t₂, °C	t₃, °C	t₄, °C	t₅ = τн, °C
1. С наружной стороны δиз = 0,15/0,1 м	18,93/18,53	18,71/18,21	14,76/12,76	-13,06/-12,89	-13,10/-12,94
2. С внутренней стороны δиз = 0,15/0,1 м	18,94/18,54	18/71/18,22	-8,95/-7,22	-12,87/-12,63	-13,10/-12,95
3. ТИ отсутствует (трехслойное ограждение)	15,82	14,92	-11,02	-11,92

 

Таблица 8. Результаты расчета температур в четырехслойном наружном ограждении при t_н = t_х.м при различных расположениях тепловой изоляции (ТИ). Москва (t_х.м = -10,2 °C, t_в = 18 °C). 1. δ₁ = 0,02 м; δ₂ = 0,37 м; δ₃ = δ_из = 0,1/0,05 м; δ₄ = 0,0035 м; 2. δ₁ = 0,02 м; δ₂ = δ_из = 0,1/0,05 м; δ₃ = 0,37 м; δ₄ = 0,02 м; 3. δ₁ = 0,02 м; δ₂ = 0,62 м; δ₃ = 0,02 м

Расположение ТИ в ограждении	t₁ = τВ, °C	t₂, °C	t₃, °C	t₄, °C	t₅ = τн, °C
1. С наружной стороны δиз = 0,1 м	16,76/15,99	16,49/15,56	11,90/8,12	-9,69/-9,37	-9,73/-9,44
2. С внутренней стороны δиз = 0,1 м	16,77/16,02	16,50/15,59	-4,92/-1,68	-9,47/-9,02	-9,73/-9,45
3. ТИ отсутствует (трехслойное ограждение)	14,48	13,72	-8,11	-8,87

 

Анализ результатов исследований влажностных режимов ограждений показывает, что при расположении тепловой изоляции с внутренней стороны в конструктивном слое ограждения в зимний период всегда происходит конденсация водяных паров (см. рис. 2, б), что приводит к его увлажнению и последующему разрушению. Расположение тепловой изоляции с внутренней стороны ограждения недопустимо. При отсутствии тепловой изоляции конденсация влаги в ограждении не наблюдается, однако в зимний период конструктивный слой ограждения работает при отрицательных температурах (см. табл. 3, 6–8).

3. Выполнена оценка влияния толщины тепловой изоляции на изменение тепловой мощности системы отопления на примере девятиэтажного жилого дома для углового помещения, имеющего следующие размеры: Ac = 3,5; Aз = 6; h_эт = 2,8, h_ок × b_ок = 1,5 × 1,5 м. Тепловая мощность системы отопления помещений здания рассчитывалась по СНиП 41-01-2003 и [6–8]. Установлено, что при снижении толщины тепловой изоляции с 0,15 до 0,1 м (λ_из = 0,05 Вт/(м·К)) расчетная тепловая мощность системы отопления помещения здания повышается с 1136,52 до 1306,06 Вт (на 14,92 %) для климатологического района г. Казани. Для г. Москвы снижение толщины слоя с 0,1 до 0,05 м обусловливает повышение тепловой мощности на 28,84 % (с 1066,31 до 1373,83 Вт).

 

Таблица 9. Результаты расчета парциальных давлений водяного пара в четырехслойном ограждении при различных расположениях тепловой изоляции (ТИ). (λ_из = 0,05 Вт/(м·К)), Казань (t_х.м = -13,5 °C, t_в = 20 °C). 1. δ₁ = 0,02 м; δ₂ = 0,37 м; δ₃ = δ_из = 0,1/0,05 м; δ₄ = 0,0035 м; 2. δ₁ = 0,02 м; δ₂ = δ_из = 0,1/0,05 м; δ₃ = 0,37 м; δ₄ = 0,02 м; 3. δ₁ = 0,02 м; δ₂ = 0,62 м; δ₃ = 0,02 м

Расположение ТИ в ограждении	p1, Па	p2, Па	p3, Па	p4, Па	p5, Па
Парциальное давление при полном насыщении водяного пара в воздухе
1. С наружной стороны	2187,3/2132,8	2156,2/2090,3	1678,7/1473,6	197,5/201,0	197,0/189,5
2. С внутренней стороны	2188,1/2133,8	2157,2/2092,2	287,0/332,0	203,0/207,0	197,0/204,0
3. ТИ отсутствует (трехслойное ограждение)	1796,5	1695,8	236,0	219
Фактическое парциальное давление водяного пара
1. С наружной стороны	1280,7/1279,9	1252,4/1248,6	681,3/573,54	171,9/173,4	143,6/140,0
2. С внутренней стороны	1280,8/1280,1	1253,1/1247,5	753,4/856,5	193,7/198,9	165,9/166,3
3. ТИ отсутствует (трехслойное ограждение)	1280,3	1249,2	197,3	166,2

 

Таблица 10. Результаты расчета парциальных давлений водяного пара в четырехслойном ограждении при различных расположениях тепловой изоляции (ТИ) (λ_из = 0,05 Вт/(м·К)). Москва (t_х.м = -10,2 °C, t_в = 18 °C). 1. δ₁ = 0,02 м; δ₂ = 0,37 м; δ₃ = δ_из = 0,1/0,05 м; δ₄ = 0,0035 м; 2. δ₁ = 0,02 м; δ₂ = δ_из = 0,1/0,05 м; δ₃ = 0,37 м; δ₄ = 0,02 м; 3. δ₁ = 0,02 м; δ₂ = 0,62 м; δ₃ = 0,02 м

Расположение ТИ в ограждении	p1, Па	p2, Па	p3, Па	p4, Па	p5, Па
Парциальное давление при полном насыщении водяного пара в воздухе
1. ТИ с наружной стороны	1970,6/1816,4	1875,6/1766,9	1393,2/1081,4	266/275,0	265,5/273,0
2. ТИ с внутренней стороны	1908,8/1819,4	1877,0/1770,5	405/531,0	270,5/284,0	266/270,0
3. ТИ отсутствует (трехслойное ограждение)	1658,4	1569,6	307	286,5
Фактическое парциальное давление водяного пара
1. ТИ с наружной стороны	1130,2/1129,3	1102,9/1095,9	550,2/423,5	221,6/223,3	194,2/190,0
2. ТИ с внутренней стороны	1130,3/1129,4	1103,6/1097,0	782,51/902,6	242,5/248,6	215,8/216,2
3. ТИ отсутствует (трехслойное ограждение)	1130,5	1105,0	241,2	215,7

 

Дополнительно проведено исследование влияния числового значения коэффициента теплопроводности теплоизоляционного слоя λ_из на распределение температуры в многослойном ограждении и на величину тепловой мощности системы отопления помещений здания. При повышении λ_из в два раза с 0,05 до 0,1 Вт/(м·К) мощность системы отопления помещения здания возрастает на 27,07 % (с 1306,06 до 1659,63 Вт). При этом температура на внутренней поверхности ограждения понижается на 1,42 °C (с 17,71 до 16,29 °C). Расчеты выполнены для климатологического района г. Казани при условиях, что тепловая изоляция расположена снаружи ограждения, δ_из = 0,1 м, t_н = -32 °C, t_в = 20 °C. Аналогичные результаты получаются для климатологического района г. Москвы. Мощность системы отопления помещения здания возрастает на 28,25 % (с 1066,31 до 1367,5 Вт), температура на внутренней поверхности ограждения понижается на 1,2 °C (с 16,06 до 14,86 °C).

Выводы.

1. Разработаны методика и программа для ЭВМ теплотехнических расчетов наружных многослойных ограждений и тепловой мощности системы отопления здания. Выполнены теплотехнические расчеты четырехслойных и трехслойных ограждений для двух климатологических районов Российской Федерации ‒ г. Казани и г. Москвы. Рассмотрены варианты расположения тепловой изоляции с наружной и внутренней стороны ограждения и трехслойная конструкция при отсутствии тепловой изоляции. Установлено, что при расположении тепловой изоляции с внутренней стороны в конструктивном слое ограждения в зимний период всегда происходит конденсация водяных паров, что приводит к увлажнению и последующему разрушению конструктивного слоя.
2. Произведена оценка влияния параметров тепловой изоляции на изменение температурного поля в ограждении и тепловой мощности системы отопления на примере девятиэтажного жилого дома. Показано, что при снижении δ_из с 0,15 до 0,1 м расчетная тепловая мощность системы отопления помещения здания повышается на 14,92 % для климатологического района г. Казани и на 28,84 % для г. Москвы при снижении δ_из с 0,1 до 0,05 м. При повышении λ_из в два раза с 0,05 до 0,1 Вт/(м·К) мощность системы отопления помещения здания, расположенного в г. Казани, возрастает на 27,07 %, а для г. Москвы – на 28,25 %.

Об авторах

Анатолий Александрович Кудинов

Самарский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.a.kudinov@yandex.ru

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры тепловых электрических станций

Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Светлана Камиловна Зиганшина

Самарский государственный технический университет

Email: svet.zig@yandex.ru

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры тепловых электрических станций

Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Список литературы

Дополнительные файлы