Расчет приведенного термического сопротивления

   неоднородных стен

 

Неоднородными в теплотехническом отношении называют конструкции наружных стен или их участков, состоящие из нескольких материалов с раз­личными теплофизическими характеристиками, геометрия которых искажает направление потоков тепла.

Приведенное термическое сопротивление R_к^пр неоднородной конструк­ции следует определять на основании расчета температурного поля этой конструкции. Для этого по результатам расчета температурного поля (при известных t_в и t_н) находят среднюю температуру внутренней поверхности τ_в.ср и затем вычисляют расчетную величину теплового потока q^расч, Вт/м², по формуле

 

                                      .                                          (8)

        

Приведенное термическое сопротивление конструкции определяют по формуле

 

                                            .                                                (9)

 

Для некоторых неоднородных конструкций (например, кирпичных стен с теплоизоляционным слоем и прокладными рядами) допускается определять приведенное термическое сопротивление приближенным методом. Для этого неоднородную часть конструкции условно разбивают на части, плоскостями (условно абсолютно нетеплопроводными), парал­лельными направлению теплового потока, и плоскостями (условно абсолют­но теплопроводными), перпендикулярными направлению теплового потока, как показано на рис. 2.

 

 

Рис. 2. Схема неоднородной ограждающей конструкции (кирпичная стена с теплоизоляционным слоем и прокладными рядами)

 

Приведенное термическое сопротивление такой конструкции R_к^пр определя­ется следующим образом:

а) термическое сопротивление конструкции при разбивке на участки плоскостями, параллельными направлению теплового потока, рассчитывают по формуле

                                    ,                                 (10)

 

где F₁, F₂, …, F_n — площади отдельных участков конструкции, м², приведенные к 1 м плоскости, перпендикулярной чертежу, и определяемые следующим образом:

F₁= а₁·1м; F₂= а₂·1м; F_n= а _n·1м; R₁, R₂, R₃,…, R_n — термические сопротивления указанных участков, рассчитываемые по формулам (5), (6), (7);

б) термическое сопротивление конструкции при разбивке плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку R^┴, определяют как сумму термиче­ских сопротивлений отдельных однородных и неоднородных слоев, при этом среднее термическое сопротивление неоднородных слоев (например, R₃ для слоя 3 на рис. 2) находят по формуле (10).

Если величина R^IIпревышает R^┴не более чем на 25 %, то приве­денное термическое сопротивле­ние неоднородной конструкции  определяют по формуле

 

                                                  .                                       (11)

 

Если R^IIпревышает R^┴ более чем на 25 % или конструкция име­ет выступы на поверхностях, то приведенное термическое сопро­тивление конструкции определяют на основании расчета температур­ного поля по формуле (10).

Допускается приведенное со­противление теплопередаче  наружных панельных стен жилых зданий принимать равным

 

                                               ,                                          (12)

 

где  — сопротивление теплопередаче стены, условно определяемое по формуле (4) без учета теплопроводных включений; r — коэффициент теплотехнической однородности ограждающей конструкции, принимаемый по табл. 1—3 прил. 13 СНиП [1], но который должен быть не менее значений, приведенных в прил. 4.

Пример 2. Определить сопротивление теплопередаче стены из силикатного кирпича, утепленной пенополистиролом, с перевязочными рядами из кирпича. Условия эксплуатации те же, что и в прим. 1.

Наружная стена представляет собой следующую конструкцию: 1-й слой (внутренний) — штукатурка известково-песчаная толщиной 10 мм; плот­ность 1600 кг/м³, l₁ = 0,70; 2-й слой — кирпичная кладка из сили­катного кирпича толщиной 250 мм на цементно-песчаном растворе; плот­ность 1800 кг/м³, l₂= 0,76; 3-й слой — пенополистирол толщиной 140 мм (ТУ 6-05-11-78) плотность 100 кг/м³, l₃ = 0,041; 4-й слой — кирпичная кладка из керамического кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной 120 мм; плотность 1200 кг/м³, l₄ = 0,47.

Для расчета приведенного термического сопротивления стены разобьем конструкцию на три участка (см. рис. 2) плоскостями, параллельными тепло­вому потоку (количество участков выбирают до первого повторения конст­руктивного решения), и на четыре слоя (1, 2, 3, 4-й, считая с теплой стороны ограждения) плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку.

Порядок расчета

 

1. Термическое сопротивление ограждающей конструкции при разбивке плоскостями, параллельными тепловому потоку, определим по формуле (10)

 

,

 

где F₁, F₂, F₃ — площади, м², соответствующих участков 1 м стены, т.е. F₁= а₁·1м = = 0,5; F₂ = а₂·1м = 0,088; F₃ = а₃·1м = 0,5,  при соответствующих размерах, м, выделенных уча­стков стены: а₁= 0,5; а₂= 0,088 м; а₃ = 0,5; R₁, R₂, R₃ — термические сопротивления этих участков, определяемые следующим образом:

для участка 1 как для многослойной стены по формуле (6)

 

 

для участка 2 по второму сечению по той же формуле

 

 

для участка 3 термическое сопротивление будет таким же, как и для уча­стка 1, т. е.

 

.

 

Подставляя полученные значения в формулу (10), получим

 

.

 

2. Термическое сопротивление этой же конструкции при разбивке на уча­стки плоскостями (абсолютно теплопроводными), перпендикулярными теп­ловому потоку, определим по формуле

 

,

 

где термическое сопротивление  для 3-го неоднородного слоя определе­но по формуле (10) следующим образом:

 

.

 

Определим разность значе­ний между R^II и R^┴ в процентах:

 

.

 

Так как величина R^IIпревышает R^┴менее чем на 25 %, то приве­денное термическое сопротивле­ние неоднородной конструкции  определяем по формуле (11)

 

.

 

Общее сопротивление теплопередаче рассматриваемой конструкции бу­дет равно

 

,

 

что больше = 2,03, т.е. конструкция удовлетворяет требованиям норм проектирования [1].

Пример 3. Определить толщину утеплителя из минераловатных плит (на синтетическом связующем плотностью 50 кг/м³) для конструкции стены с защитным экраном. Условия эксплуатации те же, что и в предыдущих при­мерах. Конструкция стены представлена на рис. 3.

 

 

Рис. 3.  Сечение  наружной  стены  с  вентилируемым  фасадом: 1 —  железо­бетон,  l_жб =   = 1,92 Вт/(м·°С), δ₁ = 200 мм; 2 — минераловатные плиты 50 кг/м³, l_м.п. = 0,052 Вт/(м·°С), δ₂ = ?;   3 — воз­душная прослойка, вентилируемая наружным воздухом; δз = 40 мм; 4 — защитный экран из этернита, δ₄ = 10мм

 

Порядок расчета

 

Требуемое сопротивление теплопередаче для г. Волгограда определено в прим. 1 и равно =2,03 м²·°С/Вт. Условное расчетное сопротивление теплопередаче определим по формуле (4)

 

.

 

Особенностью этого расчета является то, что при определении сопротив­ления теплопередаче конструкции стен с вентилируемым фасадом учитыва­ются только те слои конструкции, которые расположены от внутренней по­верхности стены до воздушной прослойки, вентилируемой наружным возду­хом. Кроме того, коэффициент теплопередачи наружной поверхности a_н для таких воздушных прослоек равен 12 (вместо 23 для открытых поверхностей).

Таким образом, получим

 

.

Так как для крепления экранов конструкция стены оснащена крепежны­ми металлическими элементами, то необходимо полученное сопротивление умножить на коэффициент теплотехнической однородности r, который при­нимаем, по аналогии с трехслойными панелями, равным 0,7. Тогда приведен­ное сопротивление теплопередаче рассматриваемой конструкции будет

 

.

 

Толщину утеплителя δ₂ определим, приравнивая полученное выражение требуемому сопротивлению теплопередаче:

 

,

 

откуда находим

 

 м.

 

Так как минераловатные плиты выпускаются толщиной 50 мм, то принимаем три слоя по 50 мм.

Так как данная конструкция имеет защитный экран, то расчета на пере­грев (теплоустойчивости) в летний период не требуется.