Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ неоднородных ограждающих конструкций зданий и существующих методов расчета их теплозащитных свойств 17
1.1 Анализ неоднородных ограждающих конструкций зданий и способов их наружного утепления 17
1.2 Анализ методов и методик расчета приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных наружных стен зданий 26
1.3 Анализ физико-математических моделей и способов численного решения задач теплового расчета наружных ограждающих конструкций 34
1А Выводы, цель и задачи исследований 38
Г л а в а 2. Теоретический анализ теплопереноса в неоднородных монолитно-возводимых наружных стенах зданий без фасадных систем утепления и с ними 39
2.1 Технологическое обоснование монолитно-возводимых на ружных стен зданий с вертикальными влагозащищенными утепляющими вставками 39
2.2 Экономическое обоснование монолитно-возводимых наружных стен зданий с вертикальными влагозащищенными утепляющими вставками 43
2.3 Параметрический анализ теплозащитных свойств монолитно-возводимых наружных стен зданий с вертикальными влаго защищенными утепляющими вставками 44
2.4 Параметрический анализ теплозащитных свойств неоднородных монолитно-возводимых наружных стен зданий с фасадным утеплением 54
2.4.1 Расчетные зависимости для определения приведенного термического сопротивления неоднородных монолитно-возводимых стен зданий с фасадными системами утепления 54
2.4.2 Анализ эффективности теплозащитных свойств неоднородных монолитно-возводимых наружных стен зданий с различными системами фасадного утепления 59
2.5 Исследование теплопереноса в неоднородных теплоэффективных монолитно-возводимых стенах зданий 65
2.5.1 Постановка задачи нестационарного двумерного теплопереноса в неоднородной монолитно-возводимой стене с вертикальными утепляющими вставками 65
2.5.2 Результаты численного решения задачи теплопереноса в монолитно-возводимой стене с вертикальными утепляющими вставками 68
2.5.3 Постановка задачи нестационарного трехмерного теплопереноса в неоднородной монолитно-возводимой стене с фасадным утеплением 81
2.5.4 Результаты численного решения задачи теплопереноса в неоднородной монолитно-возводимой наружной стене с фасадным утеплением 86
2.6 Выводы 99
Г л а в а 3. Экспериментальное исследование теплозащитных свойств и температурных полей в неоднородной керамзитобетонной стене 102
3.1 Экспериментальная установка и методика исследования теплозащитных свойств и температурных полей в керамзи-тобетонной стене с вертикальными утепляющими вставками. 102
3.2 Результаты исследования теплозащитных свойств и температурных полей в керамзитобетонной стене с вертикальными утепляющими вставками 113
3.3 Сопоставление численных результатов расчета полей температуры и тепловых потоков с результатами физического эксперимента 121
3.4 Экспериментальная установка и методика исследования теплозащитных свойств и температурных полей в неоднородной керамзитобетонной стене с фасадным утеплением на металлических профилях 125
3.5 Результаты исследования теплозащитных свойств и температурных полей в неоднородной керамзитобетонной стене с фасадным утеплением на металлических профилях 130
3.6 Сопоставление численных результатов расчета полей температуры и тепловых потоков с результатами физического эксперимента в неоднородной керамзитобетонной стене с фасадным утеплением на металлических профилях 136
3.7 Выводы 141
Г л а в а 4. Практическая реализация полученных результатов и перспективы дальнейших исследований 142
4.1 Определение поправочных коэффициентов Ч1 учитывающих перераспределение теплоты внутри неоднородной конструкции керамзитобетонной стены с фасадным утеплением 142
4.2 Методика расчета приведенного сопротивления теплопе- 5 редаче неоднородной конструкции стены с фасадным утеплением на металлических профилях или деревянном каркасе 147
4.3 Перспективы дальнейших исследований 153
4.4 Выводы 154
Заключение 156
Литература
- Анализ методов и методик расчета приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных наружных стен зданий
- Экономическое обоснование монолитно-возводимых наружных стен зданий с вертикальными влагозащищенными утепляющими вставками
- Результаты исследования теплозащитных свойств и температурных полей в керамзитобетонной стене с вертикальными утепляющими вставками
- Методика расчета приведенного сопротивления теплопе- 5 редаче неоднородной конструкции стены с фасадным утеплением на металлических профилях или деревянном каркасе
Введение к работе
Актуальность темы. Приоритетными направлениями науки, технологии и техники РФ являются энергосберегающие технологии, а керам-зитобетонные наружные стены зданий, возводимые монолитным способом, включены в «Перечень критических технологий РФ» (быстрое возведение и трансформация жилья).
Применение на практике технологий монолитного возведения зданий в климатических условиях Сибири сдерживается тем, что наружные стены таких зданий в однородном исполнении не удовлетворяют нормативным требованиям по условию энергосбережения. Поэтому современные конструкции наружных стен, обеспечивающие требуемый уровень теплозащиты, должны содержать, как правило, утепляющие слои. Устройство в монолитно-возводимых наружных стенах вертикальных влаго-защищенных утепляющих вставок позволит повысить тепловую эффективность ограждений при одновременном снижении их массы.
Совместное использование утепляющих вставок и фасадных систем утепления при возведении монолитных наружных стен зданий позволит обеспечить требуемый уровень их теплозащиты для различных природно-климатических условий России. Однако недостаточная изученность закономерностей теплопереноса в таких неоднородных конструкциях не позволяет выполнять корректный расчет приведенного сопротивления теплопередаче, что сдерживает их широкое применение в строительстве.
Актуальность диссертационных исследований подтверждается их выполнением в рамках следующих госбюджетных тем: гранта Министерства образования РФ в области энергетики и электротехники (проект № ТО2-01.2-881, 2004 г.), программы Федерального агентства по образованию «Развитие научного потенциала высшей школы» (подпрограммы 2 «Прикладные исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники»; проект № 7756,2005 г.).
Объектом исследования является неоднородная монолитно-возводимая стена без фасадных систем утепления и с ними.
Предметом исследования являются закономерности формирования температурных полей и тепловых потоков в неоднородных монолитно-возводимых наружных стенах зданий без фасадных систем утепления и с ними.
Цель работы - обоснование и разработка метода расчета приведенного сопротивления теплопередаче перспективных монолитно-возводимых наружных стен зданий с вертикальными влагозащищенными утепляющими вставками без фасадных систем утепления и с ними.
| кис. НАЦИОНАЛЬНАЯ
3 БИБЛИОТЕКА
I С-Петербург
I ОЭ 200 Lt*~№
""—————~—_
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
обосновать целесообразность применения неоднородных монолитно-возводимых наружных стен зданий с повышенными теплозащитными свойствами;
численно исследовать закономерности двумерного теплопереноса в монолитно-возводимых наружных стенах зданий с вертикальными вла-гозащищенными утепляющими вставками;
разработать физико-математическую модель и численно исследовать закономерности трехмерного теплопереноса в неоднородных монолитно-возводимых наружных стенах зданий с фасадными системами утепления;
экспериментально обосновать адекватность разработанных физико-математических моделей двумерного и трехмерного теплопереноса;
разработать инженерную методику расчета приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных монолитно-возводимых наружных стен зданий с фасадными системами утепления на металлических профилях и на деревянном каркасе.
Методы исследований теоретические (в том числе математическое моделирование) и экспериментальные в климатической камере объемом 58 м3.
Достоверность полученных результатов подтверждается их сравнением с известными аналитическими решениями и хорошим согласием результатов расчетов и эксперимента.
Научная новизна работы:
- установлено, что применение монолитно-возводимых наружных
стен с вертикальными утепляющими вставками позволит уменьшить теп
ловые потери через них до 51 %, снизить их массу до 28 % при полной
окупаемости инвестиций на 11 году эксплуатации здания в г. Томске.
на основе численного и экспериментального исследования двумерного теплопереноса в неоднородной керамзитобетонной стене без фасадного утепления установлено, что максимальные возмущения температурных полей по толщине стены, обусловленные наличием вертикальных утепляющих вставок не превышают 5,4 С;
на основе численного и экспериментального исследования трехмерного теплопереноса в неоднородной керамзитобетонной стене с фасадным утеплением установлено, что максимальные возмущения температурных полей возникают в утепляющем слое фасадной системы и составляют не более 2,8 С при использовании деревянного каркаса и 14,7 С при использовании металлических профилей;
установлено, что зона влияния металлического профиля и деревянного каркаса фасадной системы утепления на температурное поле неоднородной керамзитобетонной стены не превышает 0,1 м;
установлено, что для расчетных условий г. Томска тепловые потери через неоднородную керамзитобетонную стену с фасадным утеплением на металлических профилях меньше (не более чем на 26,4 %), в сравнении со случаем использования деревянного каркаса;
получены новые расчетные зависимости для определения приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных монолитно-возводимых наружных стен зданий с фасадными системами утепления на металлических профилях и на деревянном каркасе, учитывающие перераспределение теплоты внутри конструкции.
Теоретическая значимость полученных результатов заключается в обосновании методики расчета приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных (с вертикальными утепляющими вставками) монолитно-возводимых наружных стен зданий с фасадными системами утепления на металлических профилях и на деревянном каркасе.
Практическая ценность полученных результатов заключается в обосновании возможного уменьшения тепловых потерь через монолитно-возводимые наружные стены зданий с вертикальными влагозащишенны-ми утепляющими вставками до 51 %, снижения их массы до 28 % и в разработке методики расчета приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных монолитно-возводимых наружных стен зданий с фасадными системами утепления на металлических профилях и на деревянном каркасе, учитывающей перераспределение теплоты внутри конструкции.
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 15 работах, список которых приведен в конце автореферата.
Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались на научных семинарах кафедры теплогазоснабже-ния Томского государственного архитектурно-строительного университета (2002-2006 г.г.), на международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы архитектуры и строительства» (май 2003 г., г. Томск), на международной конференции «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии» (июль 2004 г., г. Томск); на Всероссийской научно-практической конференции «Сибири - новые технологии в архитектуре, строительстве и жилищно-коммунальном хозяйстве» (2005 г., г. Красноярск), на международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции» (ноябрь 2005 г. -г. Москва), на научно-практической конференции «Проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» (апрель
2006 г. - г. Тюмень), на 63-й научно-технической конференции (апрель 2006 г. - г. Новосибирск).
Реализация результатов заключается в создании программных комплексов для численного прогнозирования теплового состояния тепло-эффективных монолитно-возводимых наружных стен зданий для различных температурных условий эксплуатации, использовании их в учебном процессе в курсах лекций по дисциплинам «Тепломассообмен», «Строительная теплофизика» и внедрении их в ОАО «Томскводпроект».
Пути дальнейшей реализации работы связаны с усовершенствованием методики расчета приведенного сопротивления теплопередаче теплоэффективных монолитно-возводимых наружных стен зданий путем учета требуемого сопротивления паропроницанию, процессов экс- и инфильтрации воздуха и ее внедрением в проектных организациях Сибирского региона и в территориальные строительные нормы.
На защиту выносятся:
теплотехническое и экономическое обоснования целесообразности монолитного возведения наружных неоднородных стен зданий с вертикальными влагозащищенными утепляющими вставками;
математические модели теплопереноса, экспериментальное обоснование адекватности разработанных математических моделей, программные комплексы численного расчета и результаты параметрического анализа влияния различных факторов на закономерности формирования температурных полей и тепловых потоков в неоднородных монолитно-возводимых стенах зданий без фасадных систем утепления и с ними;
методика расчета приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных (с вертикальными утепляющими вставками) монолитно-возводимых наружных стен зданий с фасадными системами утепления на металлических профилях и на деревянном каркасе, учитывающая перераспределение теплоты внутри конструкции.
Личный вклад автора заключается в разработке физико-математической постановки задачи нестационарного трехмерного тепло-переноса; в проведении экспериментов и численных расчетов и анализа их результатов; в разработке методики расчета приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных (с вертикальными утепляющими вставками) монолитно-возводимых наружных стен зданий с фасадными системами утепления на металлических профилях и на деревянном каркасе.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Результаты исследований представлены на 157 страницах основного текста,
включают 90 рисунков, 21 таблицу, библиографию из 174 наименований. Объем приложений составляет 30 страниц.
По вопросам, относящимся к разработке алгоритмов и программ расчета научным консультантом являлся д.ф.-м.н., профессор Кузин Александр Яковлевич.
Анализ методов и методик расчета приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных наружных стен зданий
Учет влияния мало- и высокотеплопроводных включений на теплозащитные свойства наружных стен зданий при расчете их теплотехнических характеристик изложены в работах [51 - 70]. В большинстве случаев теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций выполняется для определения величины приведенного сопротивления теплопередаче [71 101]. В соответствии с [71] эта величина, Rp определяется по формуле: Д0ПР= — + Яст.п+ —, (1-І) а0 aw где а0 - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций; aw - коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции. /?стп - приведенное термическое сопротивление, неоднородной ограждающей конструкции, определенное по формуле [71]: cT.„= f - (Ь2) Расчет значений Ra и RQ осуществляется следующим образом.
Плоскостями, параллельными направлению теплового потока, ограждающая конструкция (или часть ее) условно разрезается на участки, из которых одни участки могут быть однородными (однослойными) - из одного материала, а другие неоднородными - из слоев различных материалов, и терми ческое сопротивление ограждающей конструкции Ru, определяется по формуле [71]: где Fi, F2, .., Fn - площади отдельных участков конструкции (или части ее), м2; R\, R2, ..., Rn — термические сопротивления указанных отдельных участков конструкции, определяемые по формулам для однослойных участков: Дст= (1-4) где 8 - толщина слоя стены, м; X - теплопроводность слоя стены, Вт/(м-К). Для многослойных участков: RCT=Ri+R2+... + Rn, (1.5)
Плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока, ограждающая конструкция (или часть ее, принятая для определения Да) условно разрезается на слои, из которых одни слои могут быть однородными - из одного материала, а другие неоднородными - из однослойных участков разных материалов. Термическое сопротивление однородных слоев определяется по формуле (1.4), а неоднородных слоев - по формуле (1.3). Термическое сопротивление ограждающей конструкции RQ определяется как сумма термических сопротивлений отдельных однородных и неоднородных слоев.
Изложенная выше методика до недавнего времени широко использовалась в практических расчетах для случаев, когда Ra /R6 1,25. Для других случаев неизбежно выполнялось экспериментальное исследование RCTn. С развитием вычислительной техники появилась возможность определения приведенного термического сопротивления неоднородной конструкции RCT п с использованием результатов расчета температурных полей.
По рассчитанным или определенным из эксперимента значениям сред неинтегральных температур внутренней поверхности ограждения твср и наружной поверхности х„.Ср определяется величина теплового потока норм по формуле [71]: норм о (/g,ins" Тв.ср.) Ctw (. it.cp. g,e) У (!"/ где fg,ins - расчетная температура внутреннего воздуха; /gie - расчетная зимняя температура наружного воздуха. Приведенное сопротивление теплопередаче R"p, неоднородной ограждающей конструкции определяется по формуле: XnpJgto- gA (17) Чтрм
Допускается приведенное сопротивление теплопередаче RQP наружных панельных стен жилых зданий определять по формуле: —+Rcr+ \ао aw У ГТЛ, (1.8) где Лет - термическое сопротивление однородной конструкции (без учета теплопроводных включений или малотеплопроводных вставок) стены; гт- коэффициент теплотехнической однородности.
Применительно к тепловому расчету наиболее перспективных конструкций монолитных стен (рис. 1,3) использование расчетного соотношения (1,2) ограничивается условием Ra/R6 1,25. В этой связи следует выполнить детальный параметрический анализ с целью определения допустимой области использования соотношения (1.2), Естественно, что следует численно или экспериментально определить значения RCT п вне этой области с использованием соотношения (1.7).
Экономическое обоснование монолитно-возводимых наружных стен зданий с вертикальными влагозащищенными утепляющими вставками
Результаты работы [42] показывают, что наличие в стене полых замкнутых вертикальных пустот не приводит к увеличению термического сопротивления стены, но позволяет до 28 % экономить керамзитобетонную смесь. Наличие в этих пустотах воздухонепроницаемых мембран приводит к незна чительному повышению термического сопротивления стены. Заполнение пустот утеплителем позволяет существенно повысить теплотехнические характеристики ограждающих конструкций.
Анализ влияния различных факторов (параметрический анализ) на термическое сопротивление разработанной конструкции наружной керамзи-тобетонной стены толщиной 0,52 м с вертикальными влагозащищенными утепляющими вставками (рис. 2.1.) выполнен ниже [141-144]. Теплопроводность керамзитобетона принималась равной 0,92 Вт/(м-К). Параметрический анализ выполнялся по зависимостям [71].
На рис. 2.4 - 2.8 представлены графики изменения отношения термического сопротивления стены с утепляющими вставками, к термическому сопротивлению стены без утепляющих вставок, в зависимости от теплофи-зических и геометрических характеристик рассматриваемой конструкции.
Рис. 2.4 Изменение отношения термического сопротивления стены с утепляющими вставками к термическому сопротивлению стены без утепляющих вставок, в зависимости от теплопроводности утеплителя при различных диаметрах пустот: 1 - d = 0,225 м; 2 - d = 0,200 м; 3 - d = 0,175 м; 4-d= 0,150 м; 5 -d= 0,125 м; 6-d= 0,100 м
Из рис. 2.4 видно, что с уменьшением коэффициента теплопроводности утеплителя Xyj. и увеличением диаметра пустот, термическое сопротивление стены с пустотами, заполненными утеплителем увеличивается. Так, при диаметре пустот 0,1 м конструкция стены с пустотами, заполненными утеплителем теплопроводностью 0,2 Вт/(м-К) лучше по своим теплозащитным свойствам конструкции без утепляющих вставок в 1,4 раза, при теплопроводности 0,05 Вт/(м-К) в 1,48 раз, а при диаметре пустот 0,225 м эти величины соответственно составят 1,8 и 2,31 раза.
При использовании утеплителя с теплопроводностью 0,10 Вт/(м К) (рис. 2.7) и при отношении —= 0,538 стена с заполненными утеплителем пустотами диаметром d = 0,1 м, выше по теплозащитным свойствам стены без утепляющих вставок в 1,45 раза, а при диаметре d = 0,225 м - не менее чем в 2,07 раза. В случае использования утеплителя с теплопроводностью 0,05
Вт/(м К) (рис. 2.8) и при отношении —= 0,538 стена с заполненными утеп лителем пустотами диаметром = 0,1 м, выше по теплозащитным свойствам стены без утепляющих вставок в 1,47 раза, а при диаметре d = 0,225 м - не менее чем в 2,3 раза.
Результаты представленные на рис. 2.5 - 2.8 показывают, что с уменьшением теплопроводности утеплителя, расстояния между утепляющими вставками и увеличением диаметра утепляющих вставок, теплозащитные свойства керамзитобетонной стены повышаются. Так, для диаметра утеп Ъ R0,05 ляющих вставок d = 0,225 м и при —= 0,538 отношение стп не менее чем R0 2 на 22 % выше отношения — т-.
Предложенная конструкция наружной стены с заполненными утеплителем утепляющими вставками, в наибольшей мере [127, 128], способствует повышению уровня теплового комфорта в помещениях зданий. Это объясняется оптимальным расположением материалов в ограждающей конструкции. Так, в стене с утепляющими вставками, заполненными утеплителем, средний теплоизоляционный неоднородный слой обеспечивает резкое затухание температурной волны и прогрев внутреннего теплоаккумулирующего слоя теплым воздухом, а внутренний керамзитобетонный слой, имеющий высокие значения теплопоглощения и теплоемкости, обеспечивает стабильность теплового режима в помещениях.
На рис. 2.9 представлены графики изменения отношения плотности теплового потока, проходящего через стену без утепляющих вставок gCT к плотности теплового потока, проходящего через керамзитобетонную стену с утепляющими вставками, заполненными утеплителем различной теплопроводности qnn, в зависимости от отношения диаметра утепляющих вставок d к толщине стены
Результаты исследования теплозащитных свойств и температурных полей в керамзитобетонной стене с вертикальными утепляющими вставками
Анализ данных на рис. 3.15 и 3.16 показывает, что максимальные изломы температурного поля по толщине стены наблюдаются в плоскости расположения утепляющих вставок, а именно в местах контакта утеплителя с керамзитобетоном. В плоскости, расположенной между утепляющими вставками температурное поле не имеет резких изломов.
Влажность материалов конструкции может оказывать существенное влияние на ее теплотехнические показатели [161-170]. Определение влажно-стного состояния испытываемых фрагментов конструкций производилось путем отбора проб материалов в характерных сечениях. На рис. 3.13 представлена схема расположения мест для взятия проб материалов конструкции на исследование влагосодержания. Взятие проб осуществлялось с помощью керна диаметром 12 мм из центральных частей выделенных зон конструкции.
После осмотра отобранных проб их переносили в лабораторию, где определялось массовое отношение влаги в материалах. Взвешивание проб производилось с точностью до 0,01 г.
Навеска теплоизоляционного материала принималась не менее 0,5 г. Взвешенные в бюксах пробы помещались в сушильный шкаф, где их высушивали при температуре плюс 105...ПО С. Сушка проб производилась до достижения ими постоянной массы. По окончании сушки проб и определе ний массового отношения влаги в материалах, аналитическим путем определялись объемная влажность. Массовая влажность материала определялась по формуле: сов= Ь-.100, (3.1) где Pi - масса пробы до высушивания, г; Рг - масса высушенного материала, г. Объемная влажность рассчитывалась по формуле: где р - плотность пробы материала в воздушно сухом состоянии, кг/м . Для корректного проведения сопоставительного анализа численное исследование закономерностей теплопереноса в неоднородном керамзитобе-тонном фрагменте стены проводилось с использованием геометрических и теплофизических данных, соответствующим таковым при выполнении физического эксперимента [171].
Поскольку в эксперименте использовались трубы круглого сечения, а в физико-математической модели теплопереноса квадраты, то при выполнении численных расчетов круглое поперечное сечение утепляющей вставки заменялось равновеликим квадратным. Коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях стены, используемые в расчетах, определялись на основании измеренных среднеповерхностных плотностей тепловых потоков q по формулам [106]: ИКТР а0=-—- —, (3.3) g,ins о,ср ИКТР aw=- -, (3.4) fw,cp fg,e где д Кс.ср _ среднеарифметическое значение измеренных среднеповерхностных плотностей теплового потока на внутренней и наружной поверхностях испытываемого фрагмента стены, Вт/м ; gins tge -температуры воздуха в теплом и холодном отсеках климатической камеры, соответственно, С; /wcp, tocp - средние значения температур на поверхности стены, С.
Величина средней плотности теплового потока через исследуемый фрагмент стены рассчитанной по СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» равна q M = 55,3 Вт/м2, а измеренная в эксперименте комплексом ИКТР составила дэксхр = 57,8 ± 2,9 Вт/м . Используемые в расчетах, коэффициенты теплоотдачи поверхностей фрагмента стены, составили а0 = 5,9...6,5 (м2-К)/Вт; aw = 7,2...8,5 (м2-К)/Вт.
Результаты измерения теплопроводности материалов исследуемого фрагмента показали, что их средние значения для керамзитобетона составляли 0,87±0,04 Вт/(м-К), а утеплителя 0,05+0,002 Вт/(м-К). Плотность керамзи-тобетона составляла 1746 кг/м , внутреннего утеплителя - 42 кг/м . Теплоемкость материалов для численных расчетов выбиралась из справочных данных [71]: 840 Дж/(кг-К) для керамзитобетона и 1260 Дж/(кг-К) для утеплителя.
В табл. 3.2 представлены результаты расчета и эксперимента по распределению температуры в толще стены. Там же представлены вычисленные и измеренные локальные плотности тепловых потоков.
Методика расчета приведенного сопротивления теплопе- 5 редаче неоднородной конструкции стены с фасадным утеплением на металлических профилях или деревянном каркасе
Выполненные в климатической камере исследования теплозащитных свойств и температурных полей в керамзитобетонном фрагменте стены с вертикальными утепляющими вставками и в неоднородном керамзитобетонном фрагменте стены с фасадным утеплением на металлических профилях позволили установить в них закономерности формирования полей температуры.
Сопоставление результатов численного расчета плотности теплового потока для фрагмента стены с вертикальными утепляющими вставками со значениями полученными в эксперименте, показало, что их отличие не превышает 10 %.
Сопоставление результатов численного расчета плотности теплового потока для неоднородного фрагмента стены с фасадным утеплением на металлических профилях со значениями полученными в эксперименте, показало, что их отличие не превышает 19 %.
Сопоставительный анализ результатов численного расчета полей температуры и экспериментальных данных подтвердил адекватность разработанных физико-математических моделей двумерного и трехмерного теплопереноса, что позволяет рекомендовать к практическому использованию разработанные программы расчета.
Основной характеристикой теплозащиты ограждающих конструкций является приведенное сопротивление теплопередаче [173]. Во второй главе представлены расчетные зависимости, позволяющие рассчитывать приведенные сопротивления теплопередаче многослойных неоднородных наружных стен зданий с использованием коэффициентов эффективной теплопроводности характерных неоднородных слоев стены [147, 148, 155, 174]. В качестве характерного неоднородного слоя принимается слой стены с расположенными в нем включениями с неизменным поперечным сечением. Такая методика не учитывает перераспределения теплоты внутри конструкции и поэтому в зависимости от геометрических и теплофизических характеристик материалов расчетной системы получаемые результаты расчетов могут иметь значительную погрешность. СНиП И-3-79 «Строительная теплотехника» регламентирует рассчитывать приведенное сопротивление теплопередаче R"p наружных стен зданий по формуле: ДоР = ЯоЛ.о, (4-І) где R0 - сопротивление теплопередаче однородной конструкции стены, (м2-К)/Вт; гто - коэффициент теплотехнической однородности конструкции. Согласно [125] коэффициент теплотехнической однородности стены можно определить по формуле где QQ - тепловой поток через однородную конструкцию, определяемый по формуле a=i5sZfk (4 3) где /g)jns - расчетная температура внутреннего воздуха, С; /ge - расчетная температура наружного воздуха, С; QH - тепловой поток через неоднородную конструкцию, определяемый по формуле а= . (4.4)
В табл. 4.1, 4.2 представлены значения коэффициентов теплотехнической однородности неоднородных керамзитобетонных наружных стен зданий с фасадным утеплением на металлических профилях и деревянном каркасе рассчитанных численным способом и по расчетным зависимостям [147, 148, 155, 174]. Представленные в табл. 4.1, 4.2 значения коэффициентов теплотехнической однородности посчитаны для различных геометрических и теплофизических характеристик металлических профилей и деревянного каркаса. При расчете тепловых потерь под однородной конструкцией понималась стена, состоящая из конструкционного керамзитобетонного слоя с утепляющими вертикальными вставками [127, 128] и фасадной системы утепления в которой нет теплопроводных включений. Под неоднородной конструкцией понималась стена, состоящая из конструкционного керамзитобетонного слоя с утепляющими вертикальными вставками [127, 128] и фасадной системы утепления в которой имеются теплопроводные включения (металлический профиль, деревянный каркас). Таким образом, конструктивно рассматриваемые наружные стены отличались только наличием или отсутствием теплопроводных включений в фасадных системах утепления.
Анализ результатов расчета, представленных в табл. 4.1, 4.2 показал, что в зависимости от метода расчета между значениями коэффициентов теплотехнической однородности имеется некоторое рассогласование.
