Теоретические основы.

Влага, содержащаяся в воздухе, может конденсироваться на поверхности и внутри наружной стены. Поверхностная конденсация происходит в случае соприкосновения теплого воздуха помещения с холодной поверхностью стены, при условии t_в< t_р(температура внутренней поверхности стены меньше температуры «точки росы»).

В зимнее же время водяной пар внутреннего воздуха, диффундируя через наружные ограждения, может встретить слои ограждения, температуру которых будет ниже «точки росы». Возникает конденсация влаги уже в толще ограждения. Избежать конденсации в толще удаётся далеко не всегда. Часто приходиться ориентироваться на естественную просушку ограждения в теплое время года. Просушка наиболее эффективна в ограждениях нижних этажей, в которых даже при безветрии поступает большое количество свежего (сухого) воздуха, а также в ограждениях, непосредственно обдуваемых ветром или облучаемых солнцем. Для неблагоприятных случаев целесообразно проветривание помещений и специальная вентиляция.

Конденсация влаги в толще ограждения происходит, если фактическая упругость водяных паров воздуха e, мм. вод. ст. достигает величины максимальной упругости водяных паров E, мм. вод. ст.

Для выявления наличия или отсутствия конденсации в толще стены необходимо выполнить следующее:

1. Построить график распределения температур в стене t=f(x)

2. Построить линию распределения в стене максимальной упругости водяных паров E=j(x)

3. Построить линию распределения реальной упругости водяных паров e=ψ (x)

4. Сравнить графики e=ψ (x) и E=φ (x) и выяснить наличие зоны конденсации (область между точками пересечения графиков).

Для построения температурного графика t=f(x) необходимо определить температуры внутренней поверхности, в заданных сечениях слоёв, на границе слоёв и температуру наружной поверхности. Для определения температур в указанных точках необходимо знать расчётные соотношения, характеризующие теплообмен через стену.

Процесс теплообмена между внутренним и наружным воздухом через разделительную стенку называется теплопередачей.

Количество теплоты, теряемое через стенку, определяется с помощью уравнения теплопередачи:

Q = kF(t_в– t_н) = (1)

где k – коэффициент теплопередачи, вт/(м^{2 о}С); α _в, α _н – коэффициент теплоотдачи соответственно внутренней и наружной поверхностей ограждения, вт/(м^{2 о}С); λ - коэффициент теплопроводности материала ограждения, вт/м²град; t_в,t_н– температура соответственно внутри и снаружи помещения, ^оC; F– поверхность ограждения, м².

Процесс теплопередачи складывается на трёх процессов:

1) теплоотдачи от внутреннего воздуха и внутренней поверхности стены, при этом количество теплоты отдаваемое воздухом поверхности соответствует закону Ньютона-Рихмана:

Q= , (2)

где τ _в– температура на внутренней поверхности стены, ^оC; R_в=1/α _в, – сопротивление теплоотдаче с внутренней поверхности стены, м² ^оC/вт.

2) теплопроводности стены, причем согласно закону Фурье стена проводит следующее количество теплоты:

, (3)

где τ _нп – температура на наружной поверхности стены, ^оC;

R_ст= – сопротивление теплопроводности стены из n слоёв, (м^{2 о}C) /вт.

3) теплоотдачи от наружной поверхности стены к воздуху

Q = α _н·(τ _нп– t_н)·F (4)

При установившемся(стационарном) теплообмене тепловой поток остается неизменным. Одно и тоже количество теплоты отдаётся от воздуха к поверхности и передаётся через стенку.

(t_в – δ _вп) = k(t_б– t_н) (5)

Из уравнения 5 определяется температура на внутренней поверхности стены

(6)

Аналогично находится температура наружной поверхности

(7)

Сравнивая тепловой поток, воспринимаемой поверхностью и проводимый через первый слой, найдем температуру на границе 2-ух слоёв:

(8)

Приравнивая тепловой поток, через первый слой стены и часть этого слоя с толщиной x₁,. Определяется температура в точке первого слоя:

(9)

Температуру в сечении x₂второго слоя можно определить по следующему уравнению:

(10)

Распределение водяных паров в толще стены.

а) максимальная упругость водяных паров- существует однозначная зависимость максимального содержания водяного пара в воздухе от температуры

Если t > 0, то

Если t < 0, то (11)

R_пв = 0, 0267, (м²·ч·рт. ст. )/г; R_пн = 0, 0052, (м²·ч·рт. ст. )/г

Следовательно, зная распределения температуре стене, можно определить максимальную упругость водяного пара в любом сечении.

б) фактическая упругость водяных паров - действительное распределение упругости водяного пара зависит от влажности внутреннего и наружного воздуха и величины сопротивления паропроницанию внутренней и наружной воздуха и внутренних слоёв стены.

Значение действительной упругости водяного пара, которое было бы при отсутствии конденсации влаги в толще стены

(12)

где e_в= φ E_в-упругость водяного пара с внутренней стороны стены, мм рт. ст.; e_н= φ E_нк- упругость водяного пара с наружной стороны стены, мм рт. ст.; R_вп - сопротивление паропроницанию внутренней поверхности стены, (м² ч мм рт. ст. )/г, R_вп = 0, 2, (м²·ч·рт. ст. )/г;

R_нп - сопротивление паропроницанию наружной поверхности сте-

ны, (м²ч мм рт. ст. )/г, R_вп = 0, 1, (м²·ч·рт. ст. )/г; R_оп –сопротивление паропроницанию ограждения, которое определяется по формуле (13):

R_оп= R_вп+ SR_i + R_нп (13) где SR_i- сумма сопротивлений паропроницанию внутренних слоёв стены от внутренней поверхности(м²·ч·рт. ст. )/г.

На рис. 1- характерные варианты расположения линий e и E в однослойном ограждении (всегда e< E), схема б)- о конденсации в толще, так как в отдельных сечениях упругость e> E.

Рис. 1. Варианты расположения линий Е и е в однослойном ограждении

Зона конденсации уменьшается между точками А и Б, получаемыми касательными, проведенными к кривой Е из точек e_впи e_нп. Действительная( уже с учетом конденсации) линия упругости представляет собой участок прямой e_вп-А, кривую А-Б и прямую Б - e_нп.

Содержание работы

В работе задана двухслойная стена, необходимо исследовать влияние различных вариантов расположения слоя тепловой изоляции на возможность образования зоны конденсации влаги в стене. Для этого проводится расчёт для двух вариантов конструкции стены:

Реальный процесс распределения влаги в толще многослойного ограждения заменяется математическим моделированием его на ЭВМ, по формулам.

Рис. 2. Схема расположения конструктивного и теплоизоляционного слоев

в ограждающих конструкциях.

Задание.

1. Выбрать материал и толщину каждого слоя стены.

2. По СниП. 3-79 выписать теплотехнические характеристики каждого материала λ, μ,

3. Задать характеристики внутренней и наружной среды: t_в,t_н,φ _в,φ _н.

4. Записать расчетные значения параметров для каждого слоя: t- температуру на границе слоя;

E- максимальную упругость слоя;

e –фактическую упругость слоя.

5. Построить графики t = f(δ ), E = f(δ ), e = f(δ ) и исследовать возможность зоны конденсации.

6. Сделать выводы.

Внимание!!!

1. Расчет ведется только для двухслойной стенки.

2. Теплоизоляционный материал со значением < .