Вопрос 9.Теплозащитные свойства ограждающих конструкций

Ограждения здания должны обладать требуемыми теплозащитными свойствами и быть в достаточной степени воздухо- и влагонепроницаемыми.

Теплозащитные свойства наружных ограждений характеризуются двумя показателями: сопротивлением теплопередаче RQ и теплоустойчивостью, которую оценивают по величине характеристики тепловой инерции ограждения D. Величина R0 определяет сопротивление ограждения передаче тепла в стационарных условиях, а теплоустойчивость характеризует сопротивляемость ограждения передаче изменяющихся во времени периодических тепловых воздействий.

В зимних условиях теплозащитные свойства ограждений принято характеризовать в основном величиной R0, а в летних — их теплоустойчивостью. Это объясняется тем, что для зимы характерны устойчивые температуры вне здания и постоянные внутренние температуры, которые обеспечивает система отопления. Летом характерны периодические суточные изменения температуры и солнечной радиации, и внутри здания температура обычно не регулируется.

Наиболее важным является определение расчетного сопротивления теплопередаче R0 основной части (глади) конструкции ограждения, с чего обычно и начинают теплотехнический расчет ограждения.

После определения R0 глади ограждения следует проверить теплозащитные свойства элементов конструкции (стыки, углы, включения). Необходимым и достаточным условием этого расчета является отсутствие выпадения конденсата на внутренней поверхности этих элементов конструкции.

Для расчета теплопотерь и тепловых условий в помещении часто требуется, кроме R0, рассчитать приведенное сопротивление R0.np теплопередаче сложного ограждения.

Для зданий, расположенных в южных районах, дополнительно проверяют теплоустойчивость ограждений в расчетных летних условиях. Недостаточную теплоустойчивость ограждения для зимнего периода года учитывают увеличением его сопротивления теплопередаче при расчете.

10. Воздухозащитные свойства ограждающих конструкций.

Воздухопроницание или фильтрация возду­ха через ограждающие конструкции происхо­дит под влиянием разности общих давлений на противоположных поверхностях конструк­ции. Разность давлений или Па, возникает под влиянием теплового напора (пропорционального разности температур в здании и наружном воздухе) или при дейст­вии ветра.

Величина теплового напора зависит от разности температур, а также высоты поме­щения или здания, возрастая по мере ее уве­личения.

В нижней части помещения или нижних этажах здания через проемы или неплотности ограждающих конструкций происходит при­ток наружного холодного воздуха внутрь по­мещений (инфильтрация), а в верхней части или верхних этажах вытяжка теплого воз­духа из помещении наружу (эксфильтрацня). Между нижней и верхней частями помещения или здания имеется так называемая нейтраль­ная зона—условная горизонтальная плос­кость, для которой внутреннее давление в рас­сматриваемый момент времени равно внешне­му, в связи с чем на уровне этой плоскости фильтрации не происходит.

Действительное статическое давление вет­ра на наружную поверхность ограждающих конструкций составляет только часть полного динамического давления. Эта часть давления и ее знак (положительное или отрицательное давление) определяется так называемым аэро­динамическим коэффициентом.

Аэродинамический коэффициент—безраз­мерная величина, меньшая единицы, представ­ляющая ту часть полного динамического вет­рового давления, которая переходит в стати­ческое на рассматриваемой поверхности огра­ждений здания.

Воздухопроницаемость ограждающей кон­струкции зависит от наличия в материале крупных сообщающихся между собой пор, a также его влагосодержания. Если в тонких капиллярах имеется жидкая влага, удержива­емая капиллярным давлением, воздухопрони­цаемость (при умеренной величине Др) умень­шается. В материалах, состоящих из -несколь­ких компонентов (например, бетон), воздухо­проницаемость, как правило, выше, поскольку обычно внутри неоднородного материала воз­никают микроскопические трещины в местах контакта отдельных компонентов. Высокую и с течением времени возрастающую воздухо­проницаемость имеют, например, шлакобетоны на котельных шлаках и, особенно, беспес­чаные бетоны, в которых в качестве заполни­теля применен гравий с гладкой поверхно­стью, недостаточно сцепляющейся с цемент­ным раствором.

Воздухопроницаемость ограждающих конс­трукций в наибольшей мере зависит от плот­ности их поверхностных слоев. Наличие в ма­териале путей для проникания воздуха прямо не связано с толщиной конструктивного элемента; воздухопроницаемость часто от нее не зависит. Поэтому понятие о коэффициенте воздухопроницаемости материала, аналогич­ном коэффициенту теплопроводности, может относиться только к установившемуся потоку фильтрации в материалах с однородной струк­турой, не имеющей плотных поверхностных слоев, или, наоборот, с явно выраженными неплотностями и дефектами.

Нормирование общего сопротивления воздухопроницанию ограждающих конструкций необходимо, чтобы ограничить количество фильтрующегося воздуха и дополнительные потери тепла, вызванные воздухопроницанием при расчетной разности давлений.

Влажностное состояние

Влажностное состояние ограждающих кон­струкций влияет на их теплозащитные свойст­ва, поскольку теплопроводность увлажненных материалов больше, а сопротивление теплопе­редаче конструкции меньше. От влагосодержания материала зависит долговечность кон­струкции. Увлажненная конструкция быстро разрушается от мороза, коррозии, биологичес­ких процессов, тогда как сухая может слу­жить долгие годы.

Повышенное влагосодержание конструк­ции в первый период ее службы может быть вызвано присутствием «строительной» влаги, а в дальнейшем — увлажнением влагой внут­реннего воздуха или атмосферной влагой. По­вышенное влагосодержание ограждающей кон­струкции может вызвать еще более интенсив­ное увлажнение из-за активизации конденса­ционных и диффузионных процессов. Поэтому при проектировании конструкции важно пра­вильно оценить ее влажностный режим в усло­виях эксплуатации здания. Такой режим зависит от влажности воздушной среды, в кото­рой находится конструкция.

Относительная влажность имеет большое значение как в гигиеническом, так и техничес­ком отношении. Величина ф ограничивает ин­тенсивность испарения влаги с любых увлаж­ненных поверхностей и, в частности, с поверх­ности кожи человека.

Нормальной для человека считается отно­сительная влажность 30—60%. Величина р оп­ределяет процесс сорбции, т. е. поглощения влаги пористыми материалами, находящимися в содержащей влагу воздушной среде. Нако­нец, от величины р зависит процесс конденса­ции влаги в воздушной среде (образование туманов) и на поверхности ограждающих кон­струкций.

Если воздух с определенным влагосодержанием подвергнуть нагреванию, то относи­тельная влажность понизится, поскольку величина парциального давления водяного пара е останется постоянной, а максимальное его значение Е увеличится с повышением темпе­ратуры.

Наоборот, при охлаждении воздуха его относительная влажность будет увеличиваться из-за уменьшения величины E. При некоторой температуре максимальное значение парци­ального давленияЕ оказывается равным ве­личине е, и относительная влажность р будет равна 100%. Тогда наступает состояние пол­ного насыщения охлажденного воздуха водя­ным паром. Температура, при которой насту­пает полное насыщение воздуха водяным па­ром, называется температурой точки росы т_р. При дальнейшем понижении температуры излишнее количество влаги будет конденсиро­ваться, т. е. переходить в жидкое состояние.

В холодный период года температура по­верхности наружных ограждающих конструк­ций, обращенной в отапливаемое помещение, всегда ниже температуры его воздуха. Тонкий воздушный слой, прилегающий к поверхности наружных ограждений, охлаждается до тем­пературы самой поверхности и, в процессе такого охлаждения, может достигнуть точки росы. Поэтому необходимо обеспечить на по­верхности ограждающей конструкции такую температуру, при которой не могло бы про­исходить конденсации влаги при относитель­ной влажности воздуха помещения. Темпера­тура в наружных углах помещений и на по­верхности теплопроводных включений в неод­нородных конструкциях ниже, чем на осталь­ных участках ограждений; отсутствие конден­сата следует проверять прежде всего для этих наиболее охлаждаемых элементов конструк­ций.

В связи с нестационариостью, а во многих случаях и с незавершенностью увлажняющих диффузионных процессов внутри ограждений отапливаемых зданий, в умеренном климате для расчета влажностного состояния и преду­преждения образования конденсата в их тол­ще может быть применен метод расчета по предельно допустимому состоянию увлажне­ния.

Внутри ограждающей конструкции, легко установить плоскость, в которой возникнове­ние конденсации диффундирующего водяного пара наиболее вероятно и должно произойти ранее, чем в других сечениях. В слоистых кон­струкциях таким опасным сечением является плоскость примыкания проницаемых материа­лов к менее проницаемым, расположенным в наружной части конструкции. При расположе­нии проницаемых материалов в наружной час­ти конструкции опасное сечение находится под плотным фактурным слоем, защищающим эти материалы от разрушения, а в покрытиях с многослойной рулонной кровлей — под водоизоляционным .ковром. В однородных стенах зона наибольшего увлажнения расположена примерно на расстоянии ²/3 толщины от по­верхности, обращенной в отапливаемое поме­щение.

Влажностное состояние конструкции, соот­ветствующее возникновению конденсации вла­ги в опасном сечении к концу холодного периода года, можно считать предельно допусти­мым, поскольку за весь предшествующий пе­риод увлажнения конструкция находится в стадии гигроскопической влажности и ей не угрожает постепенное разрушение от действия жидкой влаги, мороза или коррозии.

Воздействие ветра на наружные поверхности здания

Теплопотери через наружные ограждения зависят также от скорости ветра и от состояния воздуха в помещении, контактирующего с внутренними поверхностями ограждений. При расчете интенсивности теплообмена между наружным воздухом и воздухом в помещении следует помнить о термическом сопротивлении воздушного слоя, прилегающего к поверхностям ограждений. Внутренние поверхности огр аждающих конструкций зимой обычно имеют более низкую температуру, чем воздух в помещении. Вследствие конвекции теплый воздух соприкасается с более холодной поверхностью стены и нагревает ее. Температура наружного воздуха зимой ниже, чем температура наружной поверхности стены. При ветре стена охлаждается, что приводит к увеличению теплопотерь. Таким образом, воздух в помещении и наружный воздух обладают собственными коэффициентами термического сопротивления. От значений этих коэффициентов зависит теплоотдача с поверхности ограждений в воздушную среду. Неподвижный воздух имеет лучшие теплоизоляционные свойства, чем воздух при наличии ветра. Влияние регулируемых воздушных прослоек

Правильно устроенные воздушные прослойки в стенах, перекрытиях и полах здания помогут значительно снизить теплопотери. Следует отметить, что термическое сопротивление воздушной прослойки зависит не от ее ширины, а от других факторов — например, от ее расположения и направления потока тепла. Если ограждения оклеить изнутри отражающей алюминиевой фольгой и создать воздушную прослойку шириной от 1,9 до 10 см, то по изоляционным свойствам эта прослойка окажется эквивалентной слою теплоизоляционного материала толщиной 7,5 см.