Расчет многослойного наружного ограждения для пятиэтажного жилого дома

        Фактическая  амплитуда колебаний температуры  внутренней поверхности ограждающих  конструкций не должна превышать  требуемую :

 

                       ,          (1.17)

 

        Требуемая  амплитуда колебаний внутренней  поверхности ограждающих конструкций  с учетом санитарно-гигиенических  норм определяется по выражению:

 

                 ,     (1.18)

где - среднемесячная температура наружного воздуха за июль [7,таблица 1 ] в Йошкар-Оле составляет 24ºС. Следовательно

 

              = 2,5- 0,1(24-21)= 2,2;

                                                          13

 

         Фактическая амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждения определяется по формуле:

 

              ,                       (1.19)

 

где - безразмерный коэффициент затухания температурных колебаний наружного воздуха в толще любого многослойного ограждения [2];

- расчетная амплитуда колебаний  температуры наружного воздуха  в ОК равна:

 

                ,      (1.20)

 

где - максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха за июль  [7,приложение 2 ] в г. Йошкар-Ола составляет 21,4 ºС;

Р – коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности ОК [ 4,приложение 7]. Для бетонов Р = 0,7;

, - соответственно максимальные и средние значения суммарной солнечной радиации ( прямой и рассеянной) [ 7,приложение 7 ]. Г.Йошкар-Ола находится на широте 56º , тогда находим = 786 Вт/м² , = 201 Вт/м²;

- коэффициент теплоотдачи наружной  поверхности ОК по  летним  условиям , Вт/ м²·ºС, равный [4 ]

 

             

                = 5,8( 1+2 V),        (1.21)

где V- минимальная из средних скоростей  ветра по румбам за июль, повторяемость которых составляет 16 %, принимается согласно [7,приложение 4], но не менее 1 м/с. Для Йошкар-Олы  находим V= 3,7 м/с. Тогда получаем :

               

               = 5,8(1+2 3,7)= 28,07   Вт/ м²·ºС;

 

Теперь можем вычислить :

 

               = ºС;

Коэффициент определяется по формуле  (1.22):

                                                            14

 

              

               ,

 

где D- тепловая инерция ограждающей конструкции, определяемая по формуле:

 

              D = ,                                    (1.24);

 

ехр = е = 2,718 – основание натурального логарифма;

- расчетные коэффициенты теплоусвоения материалов отдельных слоев ограждения [10, приложение 1] , сведены в таблицу 1, Вт/ м²·ºС.

= 9,76 Вт/ м²·ºС; = 9,14 Вт/ м²·ºС; = 0,70 Вт/ м²·ºС; = 9,14 Вт/ м²·ºС.

- коэффициенты теплоусвоения материала  наружной поверхности отдельных  слоев ограждения.

        Теперь можем  вычислить тепловую инерцию D.

= 0,019·9,76 = 0,185;

= 0,185· 9,14 = 1,69;

= 3· 0,70 = 2,1;

= 0,123· 9,14 = 1,12

= 0,185 + 1,69 + 2,1 + 1,12 = 5,1

Так как  у нас = 0,185 < 1, то применяем такие формулы:

      

                     ,      (1.27);

 

                     ,  i=2,3,4                             (1.28)

 

    

;

;

 

                                                           15

.

Теперь мы можем вычислить коэффициент затухания :

Сначала вычислим ;

 

  .

 

Зная значения и , можем вычислить фактическую амплитуду колебаний температуры внутренней поверхности ограждения :

 

     = ºС

 

Условие   < у нас выполняется, т.к. 0,13 < 0,22. А это значит, что ограждающая конструкция является теплоустойчивой.

 

  

 

 

 

 

  

 

 

 II. Расчёт влажностного режима наружных ограждений

 

2.1 Проверка внутренней  поверхности наружных ограждений  на возможность конденсации влаги

 

   Конденсация  влаги из внутреннего воздуха на внутренней поверхности наружного ограждения, особенно при резких повышениях температур, является основной причиной увлажнения наружных ограждений. Для устранения такой конденсации необходимо добиваться, чтобы  температура на внутренней поверхности  τвп  и в толще ограждения превышала температуру точки росы τр на 2-3°С, т.е. должно соблюдаться условие   τвп > τр+(2~3°С).

                                                              16

1. Определим температуру внутренней поверхности  τвп:

 

             ,  ºС              (2.1)

 

 

    где  Rв = 0,115 м2х°С/Вт ;  

          R0ф =3,49 м2х°С/Вт ;   

  n=1 (для наружной стены);   ºС, ºС

 

Тогда     ºС. 

 

2)Температура точки росы  τр для данного состояния внутреннего воздуха τв определяется по формуле [2]:

 

   (2.2)

 

Где ев – действительная упругость (парциальное давление) водяных паров (Па), определяется по величине относительной влажности воздуха в помещении  по  формуле:     

 

                 , Па                                             (2.3)

     

где φ – относительная влажность воздуха в помещении, % для жилых помещений принимается 55%;

Ев – максимальная упругость (давление насыщения) водяного пара, принимаемая по приложению 7[10] соответственно по температуре воздуха внутри помещения, Па . При температуре внутри помещения 21°С – максимальная упругость водяного пара составляет 2486 Па, т.е. Ев=2486 Па.

Тогда     Па

 

                                                            17

 

3)Наиболее вероятно появление  конденсата влаги у наружных  углов стены, где всегда ниже, чем на других участках внутренней  поверхности ограждения Так как R0ф =3,49 м2х°С/Вт, то найдём по графику из источника (1) и рис.3.27. Тогда так как   = 0,115/3,49 = 0,03, то по графику =0,1.  Тогда

из формулы         выделяем и получаем:

 

                       , следовательно

= 21 – 0,1(21+34) = 15,5 ºС.

Сравниваем значения и с +(2÷  3) ºС

> +(2÷  3) ºС, т.к. 19,19>11,52 + 3      и

> +(2÷  3) ºС, т.к. 15,5 > 11,52 + 3.

Выполнение данных условий означает, что конденсации на внутренней поверхности ограждения не будет.

 

 

   2.2 Проверка ограждения на паропроницание

 

При разности парциальных давлений водяных паров внутреннего и наружного воздуха в толще ограждения возникает поток водяного пара (диффузия), который направлен в сторону меньшего давления. Свойство материалов пропускать водяные пары называется паропроницаемостью. Сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции Rп (в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации) должно быть не менее наибольшего из следующих требуемых сопротивлений паропроницанию:

1. исходя из указанных норм  о недопустимости систематического накопления влаги в ограждениях за годовой период в процессе эксплуатации по формуле:

                            ;            (2.5)

                                                            18

              

 

2)  исходя из условия  ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха по формуле:              

                                   (2.6)

 

 

Где  ев – упругость водяного пара внутреннего воздуха при расчётной температуре и влажности воздуха; eв=1367,3 Па

  ен – средняя упругость водяного пара  наружного воздуха за годовой период  по прил.3 [ 7  ]

ен=7,32 гПа  или    ен= 732,0 Па;

Е – максимальная упругость водяного пара в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации, определяемая по формуле:

                          Е= (Е1 х z1 + E2 х z2 +  E3 х z3 /12;     (2.7)

Где  z1 , z2, z3 - продолжительность  зимнего, весеннее-осеннего и летнего периодов года, месяц;  для г.Йошкар-Ола  z1 = 4 мес,  z2=3 мес, z3=5 мес.

 

Е1 , E2 , E3 - парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости возможной конденсации в ограждении, принимаемое по [  7, табл.3 ] для средних температур наружного воздуха, соответственно зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов года, Па.

Согласно [  7,табл 1]  средние температуры соответствующих периодов составят: t1= - 11,18 °C ;   t2=0,23 °C;  t3= 14,3 оС . Температуру в плоскости возможной конденсации вычислим по формуле (1.14). Причем термическое сопротивление теплопередаче слоев ограждающей конструкции до наружной поверхности утеплителя ∑ Rв-х = 0,015/0,81 + 0,12/0,65+ 0,15/0,05 = 3, 2  м2х°С/Вт.

Тогда: 

для зимнего периода     °C

При данной температуре по прил.7 [10 ] путём интерполяции  Е1=296 Па;

 

Для  весенне-осеннего периода    °C

При данной температуре по прил.7 путём интерполяции  Е2=703,2 Па;

                                                           19

 

Для летнего периода:  °C

При данной температуре по прил.7 путём интерполяции  Е3=1688,9  Па;

 

Тогда по формуле     Е = (Е1 х z1 + E2 х z2 + E3 х z3)/12  определим

 

          Е=(296х4 + 703,2х3 + 1688,9х5)/12 = 978,18  Па

Rпн – сопротивление паропроницанию части ограждающей конструкции, расположенной между плоскостью возможной конденсации и наружной поверхностью (м2хчхПа/мг), Rпн =δ4/μ4,

  Rпн =0,08/0,098 = 0,82  м2 х ч х Па/мг 

 

Определив все неизвестные, найдём

Z0 – продолжительность периода влагонакопления,  сутки,  принимаемая равной периоду с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха ; для г.Йошкар-Ола   Z0 =151 сут.

Е0 – максимальная упругость водяного пара в плоскости возможной конденсации, определяемая  при средней температуре наружного воздуха периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами. Средняя температура воздуха периода со средними месячными температурами ниже   0 ° С   по  [ 7, табл1 ]  для г.  Йошкар-Ола составляет t= - 9,94 °С, которой соответствует  e0=261,2 Па  (по прил.7 [10 ]). Температуру в плоскости возможной конденсации при данной температуре рассчитываем по формуле (1.14). Тогда 

 

               °С  

 

Этой температуре соответствует упругость насыщенного водяного пара  Е0= 327,7 Па.

**w – плотность материала увлажняемого слоя (пенополиуретан) принимается 

 

 

 

                                                            20

 равной  **0 = 80 кг/м3;

δw – толщина увлажняемого слоя, принимаемая равной 2/3 толщины однослойной стены или толщине теплоизоляционного слоя для многослойной ограждающей конструкции, δw =0,15 м (по расчету);

ΔWср – предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в материале увлажняемого слоя, %, принимаемое по [4, табл.14*],

ΔWср =25 %.

η – безразмерный коэффициент, который определяется по формуле:

                            ,          (2.8)

Где  ено – средняя упругость водяного пара наружного воздуха периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами, определяемая по прил.3 [7]; eно=294 Па.

Тогда          

 

Зная все величины, найдем 

                     м2хчхПа/мг

 

                     м2хчхПа/мг

Таким образом, наибольшее из двух нормируемых сопротивлений паропроницанию равно 1,30 м2хчхПа/мг.

 

Для многослойной ограждающей конструкции Rп определяется как сумма сопротивлений паропроницанию всех слоев: Rп=∑  

Где  δi- толщина слоя,м;

μ – коэффициент паропроницаемости (мг/мхчхПа), принимаемый по приложению 3(4) или таблице 1.

Тогда   Rп =0,0015/0,12 + 0,12/0,098 + 0,15/0,05 + 0,08/0,098 =  5,16 м2хчхПа/мг.

Так как Rп = 5,16 м2ч Па/мг > 1,30 м2ч Па/мг ,  то делаем вывод, что ограждение обладает достаточным сопротивлением паропроницанию.

                                                            21

 

 

2.3 Расчет конденсации  влаги в толще ограждения

 

   Расчет влажностного режима  ограждения при стационарных  условиях диффузии водяного пара производится  графическим методом для периодов с отрицательными и положительными температурами наружного воздуха.

Для выяснения вопроса, будет ли  происходить в ограждении конденсация влаги или нет, необходимо построить линию падения упругости водяного пара е и линию падения максимальной упругости водяного пара Е от сопротивления паропроницанию Rп.

Общее сопротивление паропроницанию ограждения Rпо  определяется по формуле:                         Rпо= Rпв + ∑Rпi + Rпн ,  (2.10)

Где  Rпв – сопротивление влагообмену у внутренней поверхности ограждения; приближенно может быть определено по формуле:

                                  Rпв = 0,1333х(1-φв/100),   (2.11)

        Тогда   Rпв = 0,1333х(1-55/100) = 0,06 м2ч Па/мг.

Rпн – сопротивление влагообмену у наружной поверхности, можно принять равным   0,01333 (м2ч Па/мг);

∑Rпi = 5,16 м2ч Па/мг.

Тогда   Rпо = Rпв + ∑Rпi + Rпн = 0,06+5,16+0,01333= 5,23   м2ч Па/мг.

Значение ев вычислялось ранее и  равно ев=1367,3 Па.

Значение    ен  принимаем в соответствие со средней температурой в январе в г.Йошкар-Ола   t= - 13,7 °С  согласно [7] . По приложению 7[10] путем интерполяции определяем   ен =185,5 Па.

Упругость водяного пара в любом сечении ограждения ех находится по форм:

    

                           ,    (2.12) 

                   

 

Где ∑Rп-х – сумма сопротивлений паропроницанию слоев ограждения от внутренней поверхности до рассматриваемой плоскости . Также по формуле (2.12) вычисляем есв и есн соответственно на глади внутренней и наружной поверхностей ограждения.