Расчет тепловлажностного режима наружной стены

Расчёт и построение графиков тепловлажностного режима наружной стены выполняется по методу К.Ф. Фокина [8].

 

1. Построение графика распределения температур в ограждении.

Температура на границе каждого слоя ограждения, ° C, считая нумерацию слоев от внутренней поверхности ограждения, определяется по формуле:

 

                               t_x = t _в– q _н.от(1/ α_в + ∑ ^x  R _i),               (4.1)                                  

                                                                                       i =1

где t в – расчетная температура в помещении (табл. 2.1);

q н.от – средний за отопительный период тепловой поток через наружную стену, рассчитываемый по выражению

НС

𝑅т.ут

q н.от

= t в- t н.от, Вт/м²,                                                          (4.2)

 

Где   t н.от – средняя температура наружного воздуха за отопительный период (табл. 2.2);

R т.утНС – действительное сопротивление теплопередаче наружной стены (см. п.3)

∑

            x

     _{i =1} R_i – термическое сопротивление ограждения в пределах от внутренней поверхности до рассматриваемой плоскости x, м²∙°С/Вт.

Средний за отопительный период тепловой поток через наружную стену согласно (4.2):

 

q н.от

= 18 – (-1,4) = 5,67 Вт/м².

3,42

       Обозначим температуру на внутренней поверхности стены t₁, на границе внутренней штукатурки и железобетона t₂, на внутренней поверхности утеплителя t₃, на наружной поверхности утеплителя t₄, на границе железобетонного слоя и наружной штукатурки t₅, на наружной поверхности стены t₆.

Рассчитаем температуры на границе каждого слоя по выражению (4.1):

       t₁ = 18 – 5,67*1/8,7 = 17,3 °С;

       t₂ = 18 – 5,67(1/8,7 + 0,02/0,93) = 17,2 °С;

       t₃ = 18 – 5,67(1/8,7 + 0,02/0,93 + 0,1/2,04) = 16,9 °С;

t₄ = 18 – 5,67(1/8,7 + 0,02/0,93 + 0,1/2,04 + 0,15/0,048) = -0,8 °С;

t₅ = 18 – 5,67(1/8,7 + 0,02/0,93 + 0,1/2,04 + 0,15/0,048 + 0,06/2,04) = -0,9 °С;

t₆ = 18 – 5,67(1/8,7 + 0,02/0,93 + 0,1/2,04 + 0,15/0,048 + 0,06/2,04 + 0,02/0,93) = -1,1 °С;

По полученным значениям строится график распределения температур в ограждении (см. графическую часть курсовой работы).

2. Построение кривой распределения максимальных парциальных давлений.

По полученным в предыдущем пункте температурам находим соответствующие для них максимальные парциальные давления водяного пара по приложению В [10] и сводим в таблицу 4.1. Т.к. зависимость между температурой и максимальным парциальным давлением нелинейная, то в толще утеплителя с целью лучшей детализации кривой выбираем

дополнительные точки 10 и 5 °С.

По полученным значениям строится график распределения максимальных парциальных давлений водяного пара в наружной стене (см. графическую часть курсовой работы).

 

Таблица 4.1 Значения максимальных парциальных давлений в плоскостях наружной стены

Температура t, °С	Максимальное парциальное давление водяного пара, Е, Па
18,0	2064,3
17,3	1975,1
17,2	1962,7
16,9	1925,7
10,0	1228,0
5,0	872,5
-0,8	572,1
-0,9	567,4
-1,1	558,0
-1,4	544,3

 

3. Построение графика распределения парциальных давлений водяного пара.

Парциальное давление водяного пара влажного воздуха в рассматриваемом сечении ограждения определяется по выражению

i =1

e х= e в - g н.от    

(R п.в+∑ x  

R _{п i} ), Па,                                              (4.3)

 

где e в – парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, рассчитываемое по формуле

 

e в = 0,01∙φв∙ Е в, Па,

 

где φв – расчётная относительная влажность внутреннего воздуха, % (табл. 2.1);

Е в – максимальное парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па, при расчетной его температуре t в, (табл. 4.1);

g н.от – средний за отопительный период поток диффундирующего в ограждении водяного пара, рассчитываемый по формуле

g н.от

= е в- e н.от, мг/(м²∙ч),                                        (4.4)

R п.общ

 

где е н.от – среднее за отопительный период парциальное давление водяного пара наружного воздуха, рассчитываемое по выражению

 

e н.от = 0,01∙φн.от∙ Е н.от, Па,

 

φн.от – расчётная относительная влажность наружного воздуха, % (табл. 2.2);

Е н.от – максимальное парциальное давление водяного пара наружного воздуха, Па, при средней температуре за отопительный период;

R п.общ – сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции, определяемое по формуле

 

R п.общ = R п.в + δ1/m1 + δ2/m2 + δ3/m3 + δ4/m4 + δ5/m5+   R п.н, м²∙ч∙Па/мг,                (4.5)

где δ1…δ5 – толщина слоев наружной стены, м;

m1, m2, m3, m4 – коэффициент паропроницаемости слоев наружной стены, мг/(м∙ч∙Па), (табл. 3.1);

R п.в, R п.н – сопротивление паропереходу соответсвенно у внутренней и наружной поверхности ограждения, м²∙ч∙Па/мг.

Согласно [8] предлагается принимать R п.в = 0,027 м²∙ч∙Па/мг и R п.н = 0,013 м²∙ч∙Па/мг. Для практических расчётов величинами R п.в и R п.н можно пренебречь ввиду их незначительности по сравнению с величиной сопротивления паропроницанию ограждения.

	∑

R _{п i} – сопротивление паропроницанию слоёв ограждения в пределах от внутренней

поверхности до рассматриваемой плоскости x, м²∙ч∙Па/мг.

Найдём парциальные давления водяного пара внутреннего и наружного воздуха:

 

e в = 0,01∙55∙2064,3 = 1135,4 Па;

 

е н.от = 0,01∙83∙544,3 = 457,2 Па.

 

Сопротивление паропроницанию наружной стены

 

R п.общ = 0,02/0,09 + 0,1/0,03 + 0,15/0,58 + 0,06/0,03 + 0,02/0,09 = 6,04 м²∙ч∙Па/мг.

 

Средний за отопительный период поток диффундирующего через наружную стену водяного пара в соответствии с формулой (4.4):

 

g н.от

= 1135,4 – 457,2 = 112,28 мг/(м²∙ч).

     6,04

 

Рассчитаем парциальные давления водяного пара в плоскостях, принятых для нахождения температур, по формуле (4.3):

 

e 1 = e в = 1135,4 Па;

e 2 = 1135,4 – 112,28 ∙ 0,02/0,09 = 1110,4 Па;

e 3 = 1135,4 – 112,28 ∙ (0,02/0,09 + 0,1/0,03) = 736,2 Па;

e 4 = 1135,4 – 112,28 ∙ (0,02/0,09 + 0,1/0,03 + 0,15/0,58) = 707,1 Па;

e 5 = 1135,4 – 112,28 ∙ (0,02/0,09 + 0,1/0,03 + 0,15/0,58 + 0,06/0,03) = 482,6 Па;

e 6 =  e н.от = 457,2 Па;

По полученным значениям строится график распределения парциальных давлений водяного пара в наружной стене (см. графическую часть курсовой работы).

4. Расчет требуемого сопротивления паропроницанию наружной стены.

Сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации R п.в должно быть не менее требуемого сопротивления паропроницанию R п.тр, определяемого по формуле

 

R п.тр = R п.н ∙ (e в – Е пвк)/ (Е пвк – е н.от), м²∙ч∙Па/мг,                        (4.6)

 

где R п.н – сумма сопротивлений паропроницанию слоев ограждающей конструкции в пределах от плоскости возможной конденсации до наружной поверхности рассматриваемого ограждения, м²∙ч∙Па/мг;

Е пвк – максимальное парциальное давление водяного пара в плоскости возможной конденсации, Па, при температуре в плоскости возможной конденсации.

Плоскость возможной конденсации многослойной конструкции совпадает с поверхностью теплоизоляционного слоя, ближайшей к наружной поверхности ограждающей конструкции (Е пвк = 681,1 Па).

 

В нашем случае

R п.н = 0,06/0,03 + 0,02/0,09 = 2,22 м²∙ч∙Па/мг,

 

R п.тр = 2,22 ∙ (1135,4 – 572,1)/(572,1 – 457,2) = 10,89 м²∙ч∙Па/мг.

 

Сопротивление паропроницанию наружной стены в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации

 

R п.в = 0,02/0,09 + 0,1/0,03 + 0,15/0,58 = 3,81 м²∙ч∙Па/мг,

 

Т. к. R п.в <  R п.тр и линия парциальных давлений e пересекается с линией максимальных парциальных давлений Е в двух точках, то в конструкции стены будет конденсация водяного пара в области между точками пересечения и необходимо устройство пароизоляции.

 

5. Устройство пароизоляции и построение уточнённых графиков тепловлажностногорежима ограждения.

 

При устройстве пароизоляции изменяется распределение парциальных давлений водяного пара в ограждении. Для этого по формуле (4.5) необходимо заново рассчитать сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции R п.общ, м²∙ч∙Па/мг, и построить уточнённый график распределения парциальных давлений. Пересчёт температур, а следовательно, и максимальных парциальных давлений водяного пара не производится, т.к. ввиду малой толщины пароизоляция почти не влияет на сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции.

В качестве пароизоляции используем полиэтиленовую пленку толщиной 0,16 мм с сопротивлением паропроницанию  R п.из = 7,3 м²∙ч∙Па/мг (приложение Ж [1]). Количество слоев находим по формуле

 

n = (R п.тр – R п.в) / R п.из = (10,89 – 3,81) / 7,3 = 0,97.

 

Принимаем (с округлением в сторону увеличения) n = 1 слоя и рассчитываем уточнённое сопротивление паропроницанию наружной стены

 

R п.общ‘ = R п.общ + R п.из = 6,04 + 1 ∙ 7,3 = 13,34 м²∙ч∙Па/мг.

 

Пересчитаем парциальные давления водяного пара в плоскостях наружной стены:

 

g_н.от = (1135,4 – 457,2)/13,34 = 50,84 мг/(м² ∙ ч);

 

e 1 = e в = 1135,4 Па;

e 2 = 1135,4 – 50,84 ∙ 0,02/0,09 = 1124,1 Па;

e 3 = 1135,4 – 50,84 ∙ (0,02/0,09 + 0,1/0,03) = 954,6 Па;

e 3’ = 1135,4 – 50,84 ∙ (0,02/0,09 + 0,1/0,03 + 1∙7,3) = 583,5 Па;

e 4 = 1135,4 – 50,84 ∙ (0,02/0,09 + 0,1/0,03 + 1∙7,3 + 0,15/0,58) = 570,4 Па;

e 5 = 1135,4 – 50,84 ∙ (0,02/0,09 + 0,1/0,03 + 1∙7,3 + 0,15/0,58 + 0,06/0,03) = 468,7 Па;

e 6 =  e н.от = 457,2 Па

По полученным значениям строится уточненный график распределения парциальных давлений водяного пара в наружной стене (см. графическую часть курсовой работы).