Тепловлажностный расчет фасадных систем с воздушным зазором

По градусо-суткам отопительного периода, отличающихся от табличных, определяют приведенное сопротивление теплопередаче стены по формуле (1) [4]:

Rreq = aDd + b, м²·ºС/Вт (2)

где Dd - градусо-сутки отопительного периода, °Ссут, для конкретного пункта;

a, b – коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы 4 [4].

Термическое сопротивление R, м²·ºС/Вт, однородного слоя многослойной ограждающей конструкции следует определять по формуле (6) [7]:

R =δ/λ, м²·ºС/Вт (3)

где δ – толщина слоя, м;

λ – коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м·ºС).

Термическое сопротивление ограждающей конструкции Rk, м²·ºС/Вт, с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев:

Rk = R1 + R2 + …+ Rn + Ra.l, м²·ºС/Вт (4)

где R1, R2, …, Rn - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м²·ºС/Вт, определяемые по формуле (3);

Ra.l - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, м²·ºС/Вт принимаемое по таблице 7 СП 23-101 [7].

Сопротивление теплопередаче Ro, м²·ºС/Вт, однородной однослойной или многослойной ограждающей конструкции с однородными слоями или ограждающей конструкции в удалении от теплотехнических неоднородностей не менее чем на две толщины ограждающей конструкции следует определять по формуле:

Ro = Rsi + Rk + Rse, м²·ºС/Вт (5)

где Rsi = 1/αint, αint - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/м²·ºС, принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02 [4];

Rse = 1/αext, αext – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, Вт/м²·ºС, принимаемый по таблице 8 СП 23-101[7];

Rk - то же, что и в формуле (4).

В основу конструктивных решений наружных стен при определении приведенных сопротивлений теплопередаче главных фрагментов принимаются толщины утеплителя, рассчитанные по формуле:

, м (6)

где Rreq - требуемое приведенное сопротивление теплопередаче стен,

м2 · °С/Вт;

R1, Rn - то же, что и в формуле (4);

αint, αext – то же, что и в формуле (5).

r - коэффициент теплотехнической однородности по табл. 1; 2.

Таблица 1.

Значения r кирпичных утепленных снаружи стен

Примечания:

1. В таблице даны r для фрагмента с оконным проемом (проемность 25 %).

2. Для получения значений r с учетом глухих участков приведенные в таблице значения умножаются на 1,05.

Таблица 2.

Значения r бетонных утепленных снаружи стен

Для проверки правильности принятых толщин утепляющих слоев определяются приведенные сопротивления теплопередаче наружных стен для основных «фрагментов». Каждый рассчитываемый фрагмент делится на отдельные участки, характеризуемые одним или несколькими видами теплопроводных включений.

Приведенное сопротивление теплопередаче  всей неоднородной ограждающей конструкции определяется по формуле

 м2С/Вт (7)

где Ai,  - соответственно площадь i-го участка характерной части ограждающей конструкции, м2, и его приведенное сопротивление

теплопередаче, м2С/Вт;

А - общая площадь конструкции, равная сумме площадей отдельных участков, м2;

m - число участков ограждающей конструкции с различным приведенным сопротивлением теплопередаче.

Если Rorcp ≥ Rreq по табл. 4 СНиП 23-02 [4], конструкция стены удовлетворяет требованиям теплотехнических норм. Если Rorcp < Rreq, то следует либо увеличить толщину утепляющего слоя, либо рассмотреть возможность включения в проект энергосберегающих мероприятий (утепление узлов и т.п.).

Для практических расчетов допускается при определении Ror коэффициент теплотехнической однородности наружных стен с вентилируемой прослойкой применять табл. 1, 2.

Для расчета средневзвешенного значения многослойных наружных стен при наличии в стенах глухих (без проемов) участков может быть также использована формула:

Rorcp = Ror · n, м2С/Вт   (8)

где: n = 1,05 - коэффициент, учитывающий наличие глухих участков в наружных стенах.

3.3. Определение влажностного режима наружных стен

Влажностный режим наружных стен может определяться двумя методами. По СНиП 23-02 [4] и исходя из баланса влаги в годовом цикле.

* В связи с отсутствием данных по паропроницаемости пленки «TYVEK» ее коэффициент паропроницаемости «μ» принят равным «μ» утеплителя.

Определение влажностного режима наружных стен в годовом цикле производится в следующей последовательности:

1. Определяются исходные данные для расчета;

2. Определяются сопротивления паропроницанию слоев конструкции наружной стены, параметры внутреннего и наружного воздуха;

3. Определяется приток и отток влаги (пара) к рассматриваемому сечению по формулам:

 и , г/м²·ч  (9)

где: еint, еext - упругость водяного пара внутреннего и наружного воздуха, Па;

еτ - то же, в рассматриваемом сечении, Па;

, Па   (10)

Rвп - сопротивление паропроницанию от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации (с учетом пограничного слоя), м²·ч·Па/мг;

ΣRп.сл - сумма сопротивлений паропроницанию слоев до рассматриваемого сечения, м²·ч·Па/мг;

Rоп - сопротивление паропроницанию всей стены, м²·ч·Па/мг.

По указанным формулам определяется упругость водяного пара еi в характерных сечениях конструкции за годовой цикл.

Если еτ превышает максимальную упругость водяного пара Еτ, то в данном сечении возможно образование конденсата.

3.4. Определение параметров воздухообмена в прослойке

Движение воздуха в прослойке осуществляется за счет гравитационного (теплового) и ветрового напоров. Скорость движения воздуха в прослойках Vпр может определяться по следующим формулам:

, м/с      (11)

где к1, к2 - аэродинамические коэффициенты на входе в прослойку и выходе из нее СНиП 2.01.07-85 [2];

Vн - скорость ветра, м/c;

Н - разности высот от входа воздуха в прослойку до ее выхода из нее, м;

tср, text - средняя температура воздуха в прослойке и температура наружного воздуха, ºC;

Σξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений (определяется сложением аэродинамических сопротивлений).

Другим вариантом определения Vпр служит формула:

(12)

, м/с

γext, γпр – объемный вес наружного воздуха и в воздуха прослойке кг/м³.

Другой вариант определения Vпр по разности давлений воздуха на входе и выходе:

ΔРΔ = ΔРвх - ΔРвых, кг/м²

ΔPвх и ΔPвых = H (γext - γпр) + 0,5 γext · Vн2 (к1 – к2), кг/м² (13)

Vпр по формуле

, м/c (14)

При расположении воздушной прослойки на одной стороне здания (к1 ≈ к2), решение упрощается и формула (11) принимает вид:

, м/с   (15)

Формула (12) примет вид:

 , м/с   (16)

γпр – объемный вес воздуха в прослойке, кг/м³.

Расход воздуха в прослойке определяется по формуле:

W = Vпр · 3600 · δпр · γпр, кг/м²·ч  (17)

где δпр - толщина воздушной прослойки шириной 1 м, или площадь Fпр, м2/п.м.

Объемный вес воздуха в прослойке γпр следует рассчитывать по формуле:

γпр = 3463/(273 + τо)·g, кг/м³ (17')

3.5. Определение параметров тепловлажностного режима прослойки

Температура входящего в прослойку воздуха τо определяется по формуле:

 ,°С   (18)

где tint, text - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха, C;

αint - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/м²·ºС;

Бw - безразмерный критерий, характеризующий изменение теплозащитных качеств стыка при фильтрации воздуха и равный

  Бw = (· Cw · Rorу) / ln (18')

где ln - расстояние от входа в воздухозаборную щель до искомой точки, м;

Rorу- приведенное сопротивление теплопередаче конструкции в сечении по воздухозаборной щели, м2 · °С/Вт;

Cw – условная теплопроводность, Вт/м·ºС;

Бо - критерий, характеризующий теплозащитные качества части стыка от внутренней термической границы конструкции до искомой точки и равный

Бо =(h · Rorв) / ln (18'')

где ln - расстояние от входа в воздухозаборную щель до искомой точки, м;

h - высота воздухозаборной щели, м;

Rorв - приведенное сопротивление теплопередаче конструкции в сечении по воздухозаборной щели, считая от искомой точки до внутренней термической границы конструкции, м2 · °С/Вт.

Допускается определять температуру воздуха, входящего в воздушную прослойку, по формуле:

τo = n · tint, °C    (19)

где n = 0,95.

Температура воздуха по длине прослойки определяется по формуле:

 ,°С (20)

где кint и кext - коэффициенты теплопередачи внутреннего и наружного частей стены до середины прослойки, Вт/м²·ºС;

tint, text - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха,ºC;

hу - расстояние между щелями, служащими для поступления (или вытяжки) воздуха,м;

W - расход воздуха в прослойке, кг/м² · ч;

С - удельная теплоемкость воздуха, Дж/кг·ºC;

τо - температура входящего в прослойку воздуха по формуле (18),ºC.

При определении термического сопротивления прослойки Rв.п следует пользоваться формулами:

 , м2 · °С/Вт    (21)

где  αпр = 5,5 + 5,7Vпр + αл, , Вт/м2 · °С    (22)

где αл - коэффициент лучистого теплообмена, Вт/м2 · °С;

Vпр -скорость движения воздуха в воздушной прослойке, м/с.

Действительная упругость водяного пара на выходе из прослойки определяется по формуле:

, Па (23)

где Мint и Мext – коэффициенты массопередачи, мг/м²·ч·Па равны соответственно:

  мг/м²·ч·Па  (24)

Rвп и Rпн - сумма сопротивлений паропроницанию от внутренней поверхности до воздушной прослойки и от воздушной прослойки до наружной поверхности, м·ч·Па/мг;

eint и еext - действительная упругость водяного пара с внутренней стороны стены и снаружи, Па;

еo - упругость водяного пара воздуха, входящего в прослойку, Па;

hу - расстояние между щелями, служащими для поступления (или вытяжки) воздуха,м;

W - расход воздуха в прослойке, кг/м² · ч;

    (25)

где tпр - температура воздуха по длине прослойки по формуле(20),°C.

Полученная по формуле (23) величина упругости водяного пара на выходе из прослойки еу должна быть меньше максимальной упругости водяного пара Еy.

3.6. Методика определения условного приведенного сопротивления паропроницанию с учетом вертикальных щелей между облицовочными панелями.

Для расчета используются либо коэффициенты паропроницаемости материалов панели по СНиП 23-02 [4], либо полученные экспериментально.

Расчет приведенного сопротивления паропроницаемости панелей с учетом щелей производится в такой последовательности: