Здания и сооружения тепловых электростанций - Строительная теплотехника

ГЛАВА ВТОРАЯ
ТРЕБОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ ФИЗИКИ К ЗДАНИЯМ

2 1. СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТЕХНИКА
Для поддержания внутри помещения нормального температурно-влажностного режима и создания благоприятных для пребывания людей и производственных процессов санитарно-гигиенических условий ограждающие конструкции должны обладать достаточными теплозащитными свойствами. Потери тепла через ограждающие конструкции: стены, чердачные перекрытия, окна — не должны быть излишне велики; вместе с тем неоправданное увеличение толщины ограждающих конструкций, числа переплетов в окнах и тому подобные мероприятия могут значительно увеличить стоимость здания.
Задачи выбора ограждающих конструкций, обладающих высокими эксплуатационными качествами и требуемой долговечностью при наименьших затратах для различных климатических условий, решают с помощью строительной теплотехники.
Кроме теплозащитных свойств, обеспечивающих сохранение тепла в помещении и защищающих помещения от перегрева солнцем в летнее время, ограждающие конструкции в теплотехническом отношении должны удовлетворять следующим требованиям:

1. внутренние поверхности ограждающих конструкций должны иметь температуру, близкую к температуре воздуха в помещении; при большой разнице температур водяные пары, содержащиеся в воздухе, будут оседать на холодных внутренних поверхностях стен и потолков в виде росы (конденсата);
2. ограждения должны обладать достаточным сопротивлением воздухопроницанию, в противном случае воздухообмен будет вызывать у людей, находящихся вблизи ограждений, ощущение дутья и значительно охлаждать помещения в зимнее время года;
3. в ограждающих конструкциях не должна накапливаться влага; повышенная паропроницаемость приводит к увлажнению конструкции с внутренней стороны помещений, ухудшению теплозащитных свойств и снижению долговечности ограждений.

Наиболее важным показателем теплозащитных свойств ограждения является сопротивление прохождению через него тепла, или термическое сопротивление.
Термическое сопротивление однородного ограждения или слоя, входящего в состав многослойного ограждения R, определяется по формуле
(2-1)

где δ—толщина слоя, м;
λ — коэффициент теплопроводности материала ограждения, ккал/м·ч·град, т. е. количество тепла, ккал, проходящее через 1 м% ограждения в 1 ч при толщине его 1 м и при разности температур его поверхностей 1° С.
Коэффициенты теплопроводности λ ккал/м-ч-град для различных материалов характеризуются следующими величинами:
Кирпичная кладка...................................... 0,6—0,7
Войлок строительный............................... 0,04—0,05
Сталь строительная................................... 50,0
Железобетон.............................................. 1,2—1,4
Пенобетон................................................. 0,1—0,35
Значения λ для различных материалов приведены в СНиП II-А.7-62.
Чем больше величина термического сопротивления материала, тем лучше противостоит ограждение воздействию наружной температуры. Как видно из формулы (2-1), увеличить термическое сопротивление ограждения можно двумя путями: либо увеличить толщину ограждения, либо применить материал, обладающий меньшим коэффициентом теплопроводности (меньшим объемным весом и влажностью).
Опытным путем было установлено, что снижение температуры при прохождении тепла через ограждение происходит не только в самом материале ограждения за счет его термического сопротивления, но и около внутренней и наружной поверхности ограждения.
Замеры показали, что температура внутренней поверхности ограждения в зимнее время всегда ниже температуры воздуха внутри помещения, а температура наружной поверхности ограждения выше температуры наружного воздуха. Падение температуры в среде при прохождении через нее тепла свидетельствует о наличии термического сопротивления. Следовательно, при переходе тепла от внутреннего воздуха к внутренней поверхности стены возникает термическое сопротивление. Его принято называть сопротивлением тепловосприятию (Rв). Аналогичное сопротивление при отдаче тепла наружной поверхностью ограждения наружному воздуху называется сопротивлением теплоотдаче (Rн).
Общая величина сопротивления теплопередаче (Rо) вычисляется по формуле
(2-2)
а для многослойных ограждений по формуле
(2-3)
где R1, R2— термические сопротивления от
дельных слоев ограждения, вычисляемые по формуле (2-1);
Rв; Rn — сопротивления тепловосприятию и теплоотдаче, принимаемые по таблицам СНиП П-А.7-62.
Величина общего термического сопротивления теплопередаче (R0) ограждающей конструкции зависит от физических свойств материала и для данной конкретной конструкции может быть определена вне зависимости от внешних условий. Для того чтобы проверить правильность выбранной конструкции ограждения, необходимо определить, какое сопротивление теплопередаче (RToP) требуется для конструкций ограждения проектируемого здания с учетом климатических условий, температурно-влажностного режима помещения и степени массивности ограждения. Принятая в проекте конструкция ограждения должна обладать общим термическим сопротивлением теплопередаче, большим или равным требуемому, т. е.
(24)
Для определения необходимо знать,
какую температуру следует поддерживать внутри помещения. Соответствующая расчетная внутренняя температура (tв) для зданий и помещений различного назначения устанавливается нормами, например:
для жилых комнат она равна +18° С; для детских садов +20° С и т. п.
Нормы температурно-влажностных условий в помещениях тепловых электростанций приведены в главе СНиП П-II.8-62.
В зависимости от климатического района строительства и массивности ограждения по таблицам СНиП II-A.6-62 принимается расчетная наружная температура (fn).
В качестве примера расчетные наружные температуры для трех городов СССР приведены в табл. 2-1.

Таблица 2-1
Расчетные наружные температуры для некоторых городов СССР

В связи с возможными значительными колебаниями наружной температуры (суточные колебания температуры для условий города Москвы в зимнее время иногда достигают 15° С) тепловой поток может существенно меняться во времени.
Колебания теплового потока могут в свою очередь привести к резким колебаниям температуры внутренней поверхности ограждений и нарушению санитарно-гигиенических условий в помещении.
Ограждающие конструкции обладают способностью сохранять в определенных пределах температуру внутренней поверхности ограждения при периодических колебаниях температуры наружного воздуха. Это свойство ограждений называется теплоустойчивостью или тепловой инерцией ограждения и зависит главным образом от массивности конструкции. Чем массивнее конструкция, тем большей теплоустойчивостью она обладает, и, следовательно, колебания теплового потока меньше сказываются на температуре внутренней поверхности ограждения.
Степень массивности ограждающих конструкций устанавливается по величине характеристики их тепловой инерции (О), вычисляемой по формуле:
(2-5)
;где R1; R2 — термические сопротивления отдельных слоев ограждения, м2-ч -град/ккал, вычисляемые по формуле (2-1);
S1, S2 — коэффициенты теплоусвоения слоев материалов при периоде 24 ч для различных материалов характеризуются следующими величинами:
Кирпичная кладка.................... 7,7 —8,3 ккал/м-ч-град
Войлок строительный ......... 0,79—0,88
Сталь строительная ....        108,4              
Железобетон..... 12,5—13,4            Пенобетон      1,25—4,25     
Значения S приведены в СНиП II-A.7-62.
Наружные ограждения считаются легкими при D<4, средней массивности при 4<D<7, и массивными при D>7.
Как видно из табл. 2-1, для одной и той же местности при проектировании массивных ограждающих конструкций принимается меньшая расчетная температура, чем при проектировании ограждений из легких конструкций.
Такая разница в нормативных расчетных температурах установлена в результате изучения свойств ограждающих конструкций.
Оказалось, что в зимний период ограждения, имеющие малую теплоустойчивость, промерзают, а ограждения, обладающие таким же сопротивлением теплопередаче R0, но большей теплоустойчивостью, не промерзают.
Следовательно, ограждения, обладающие малой тепловой инерцией, следует проектировать, принимая более низкую расчетную температуру наружного воздуха, и соответственно ограждения с большей тепловой инерцией— исходя из более высокой наружной температуры.
Таким образом, требуемая величина сопротивления теплопередаче RTop может быть найдена по формуле
(2-6)
где tB — расчетная температура внутреннего воздуха; tн — расчетная температура наружного воздуха, принимаемая по таблицам в зависимости от теплоустойчивости ограждений;
ΔtН — нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения, принимаемый для стен жилых помещений равным 6°, для стен общественных зданий 7° и т. д.;
Rв — сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности ограждения, принимаемое для внутренних поверхностей стен равным 0,133 м2-чХград/ккал,
n — коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху и принимаемый для наружных стен равным 1,0, для чердачных перекрытий равным 0,9 и т. д.;
b— коэффициент качества теплоизоляции наружного ограждения, принимаемый для материалов, подверженных усадке или уплотнению (минераловатные плиты, войлок), равным 1,2; для всех прочих материалов при объемном весе до 400 кГ/м3 равным 1,1, а при большем объемном весе равным 1,0.
При разности давлений воздушных сред по обе стороны ограждения в результате действия ветра и разности температур внутреннего и наружного воздуха возникает явление воздухопроницания через ограждения.

Конструкция ограждения не должна допускать накопления в нем влаги и выпадения конденсата на его внутренней поверхности, так как при этом резко снижается термическое сопротивление ограждения, понижается температура внутренней поверхности ограждения и, следовательно, температура воздуха в помещении. Известно, что воздух всегда содержит некоторое количество влаги в виде водяного пара. Степень насыщения воздуха влагой — относительная влажность воздуха— представляет собой выраженное
в процентах отношение между тем количеством влаги, которое содержится в воздухе при данной температуре, и количеством влаги, необходимым для полного насыщения воздуха при той же температуре.
По степени влажности внутреннего воздуха помещения делятся          на четыре группы (табл. 2-2).

Таблица 2-2
Характеристики влажностного режима помещений

Повышение сопротивления воздухопроницанию ограждающих конструкций может быть достигнуто, в частности, применением прокладок из картона, различных пленок или строительной бумаги.
При понижении температуры относительная влажность воздуха увеличивается. Если температура внутренней поверхности ограждения сравняется с температурой, до которой нужно охладить влажный воздух помещения, чтобы он стал насыщенным (точка росы), то на поверхности ограждений будет происходить выпадение конденсата.
Например, при температуре внутреннего воздуха +18° С и относительной влажности 60% конденсат будет выпадать, если температура внутренней поверхности ограждения опустится ниже +l0°C.

Предотвратить появление конденсата можно путем повышения сопротивления теплопередаче ограждения либо путем снижения абсолютной влажности помещения за счет увеличения воздухообмена (вентиляции). Накопление влаги внутри ограждающей конструкции может происходить и без образования конденсата на поверхности ограждения ввиду возможности конденсации паров в толще самого ограждения.

Расчет конструкций на паропроницаемость производится в соответствии с нормами влажностного режима наружных ограждений (СНиП II-А.7-62). В качестве конструктивного мероприятия, повышающего сопротивление паропроницанию, применяется устройство пароизоляции из влагонепроницаемых материалов.