STUDY OF THE HEAT-SHIELDING CHARACTERISTICS OF DOUBLE-LAYER EXTERIOR WALLS OF BUILDINGS WITH INTERMITTENT HEATING
- Authors: CHULKOV A.A.1
-
Affiliations:
- Samara State Technical University
- Issue: Vol 8, No 4 (2018)
- Pages: 15-18
- Section: HEAT SUPPLY, VENTILATION, AIR CONDITIONING, GAS SUPPLY AND LIGHTING
- URL: https://journals.eco-vector.com/2542-0151/article/view/51327
- DOI: https://doi.org/10.17673/Vestnik.2018.04.3
- ID: 51327
Cite item
Full Text
Abstract
The description of the thermal regime of an individual building operated in the intermitt ent heating mode is presented. A technique has been developed for determining the required thickness of two-layer external walls, which ensures the fulfi llment of sanitary-hygienic and comfortable living conditions, as well as the minimum time for their heating in the process of a room’s heating. On the basis of the author’s methodology, the heat engineering calculation of a two-layer outer wall of a frame building, insulated with a ventilated facade, was carried out. The results of the thermal calculation of the two-layer outer wall of the building, operated under intermitt ent heating, are presented. The graph shows the change in the temperature of the internal air in individual buildings that are operated periodically.
Full Text
Прерывистое отопление широко используется при эксплуатации загородных коттеджей, а также зданий индивидуальной застройки, расположенных в сельской местности. Такие дома используются, как правило, в выходные дни и в отпускной период. На рис. 1 представлен процесс изменения температуры внутреннего воздуха, а именно четыре стадии эксплуатации здания с прерывистым отоплением. Дежурное отопление используется в период стадии I (0 1) при температуре внутреннего воздуха tв1. Процесс натопа помещения осуществляется на II стадии (1 2). В зависимости от вида системы управления отопительного котла натоп может осуществляться дистанционно либо в ручном управлении. Стадия характеризуется процессом нестационарной теплопередачи через строительные ограждающие конструкции. Система отопления должна обеспечить расчетный стационарный режим при наличии людей в здании с температурой внутреннего воздуха tв2 на III стадии (2 3). Остывание помещения происходит на IV стадии (3 4). Температура внутреннего воздуха в этот период изменяется от tв2 до tв1. Методы решения задач нестационарной теплопередачи изложены в работах [1-8]. Рис. 1. График изменения температуры внутреннего воздуха в зданиях с прерывистым отоплением Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 4 16 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ Энергозатраты в процессе натопа помещений, как показали результаты исследований, представленных в работах [9-12], существенно зависят от теплоемкости внутреннего слоя ограждающих конструкций. В качестве малотеплоемких конструкционно-теплоизоляционных материалов традиционно используются стеновой брус, легкие бетоны - беспесчаный керамзитобетон, монолитный пенобетон или полистиролбетон и др. В работах [13, 14] подробно описаны технологии возведения наружных стен из указанных выше материалов. В настоящее время при строительстве коттеджей широко используются системы наружного утепления фасадов с вентилируемой воздушной прослойкой, обеспечивающие благоприятный микроклимат в отапливаемых помещениях. На рис. 2 представлена конструкция наружной стены здания коттеджа, утепленной снаружи плитами из базальтовой минваты. В холодное время года в таких зданиях водяные пары, проникающие из помещения наружу, благодаря наличию вентилируемой воздушной прослойки не конденсируются в толще утеплителя. Такая конструкция фасада позволяет стенам круглый год оставаться в сухом состоянии и сохранять высокие теплозащитные качества. исходя из обеспечения санитарно-гигиенических и комфортных условий, (м²С)/Вт. Из неравенства (1) получим выражение для определения минимально допустимого значения толщины слоя утеплителя следующего вида: (2) где 1, 2, 3 - коэффициенты теплопроводности деревянного бруса, базальтовой минплиты и ветрозащитной мембраны соответственно, Вт/(мС); 2, 3 - коэффициенты теплоотдачи со стороны внутреннего воздуха и вентилируемой прослойки соответственно, Вт/(м²С); tн - температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки, С; tн - нормируемый перепад температур между внутренним воздухом и внутренней поверхностью стены, С; r - коэффициент теплотехнической однородности наружной стены. В целях упрощения решения задачи термическим сопротивлением и теплоемкостью ветрозащитной мембраны пренебрегаем ввиду малости их значения. Для определения требуемого значения времени нагрева двухслойных наружных стен необходимо получить аналитическое решение задачи относительно минимально допустимой толщины слоя утеплителя. Время нагрева многослойной наружной стены определяется по формуле (3) где Qн - количество тепла, затрачиваемое на нагрев многослойной стены, Дж/м²; q2 - удельный тепловой поток, передаваемый от отопительных приборов на расчетном режиме, Вт/м²; - безразмерный коэффициент; где - безразмерный критерий граничных условий; - термическое сопротивление процесса теплоотдачи, (м²С)/Вт; - термическое сопротивление наружной стены, (м²С)/Вт; где - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(мС). Из формулы (3) получим выражение для нахождения сопротивления теплопередаче глади наружной стены Rо усл, обеспечивающего необходимое время ее нагрева. При этом применим аналитические зависимости, полученные в работе [11], для определения величин Qн и q2. В результате преобразований получим алгебраическое уравнение второго порядка для нахождения вида: Рис. 2. Конструкция наружной стены Конструкция наружной стены включает в себя: 1- стеновой брус (1 0,045 м); 2 - плиты из базальтовой минваты (2 - по расчету); 3 - ветрозащитную мембрану (3 0,005 м); 4 - вентилируемую воздушную прослойку (4 0,05 м); 5 - пластиковый сайдинг (5 0,005 м). Требуемая минимальная толщина утеплителя согласно СП 50.13330.2012 определяется исходя из соблюдения санитарно-гигиенических и комфортных условий по формуле Rо пр [1]Rо1 тр, (м2С)/Вт, (1) где Rо пр - минимально допустимое значение приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, (м²С)/Вт; Rо1 тр - требуемое значение приведенного сопротивления теплопередаче, А. А. Чулков 17 Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 4 (4) с2 840 Дж/кгС, 2 80 кг/м³, 1 0,042 Вт/(мС); коэффициент теплотехнической однородности наружной стены r 0,8; в 8,7 Вт/(м²С), н 12 Вт/(м²С). Результаты расчета требуемой толщины теплоизоляции представлены в таблице. Результаты теплотехнического расчета наружной стены жилого здания н, ч Rо min, (м²С)/Вт 2 min, м , (м²С)/Вт 2 max, м 10 1,49 0,057 1,57 0,061 11 1,70 0,0676 12 1,83 0,0743 13 1,95 0,0807 14 2,08 0,0874 15 2,21 0,094 16 2,33 0,100 На рис. 3 представлен результат расчета в графическом виде. Из рис. 3 наглядно видно, что выбор толщины слоя теплоизоляции непосредственно связан со временем нагрева наружной стены, величина которого во многом зависит от способа управления работой индивидуального теплогенератора, установленного в коттедже. В результате решения алгебраического уравнения (4) получим выражение для определения максимально допустимого значения сопротивления теплопередаче глади наружной стены, обеспечивающего необходимое время ее нагрева: (5) По значению величины находим максимально допустимое значение толщины теплоизоляционного материала по формуле (6) В качестве примера выполним теплотехнический расчет наружной стены, конструкция которой приведена на рис. 2. В качестве исходных данных для расчета были приняты следующие значения: температура наружного воздуха tн 30 С; температура внутреннего воздуха при дежурном отоплении tв1 12 С, на расчетном режиме tв2 22 С; теплофизические характеристики деревянного бруса и базальтовой минплиты с1 840 Дж/кгС, 1 500 кг/м³, 1 0,14 Вт/(мС), 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 0,11 10 11 12 13 14 15 16×
About the authors
Alexander A. CHULKOV
Samara State Technical University
Email: vestniksgasu@yandex.ru
References
- Буцук И.Н., Музыченко Л.Н., Мельникова И.Г. Применение клееной древесины в современном строительстве // Инженерные системы и сооружения. 2016. № 1 (22). С. 143-148.
- Семенов Б.А. Нестационарная теплопередача и эффективность теплозащиты ограждающих конструкций зданий. Саратов: Саратовский государственный технический университет, 1996. 176 с.
- Анисимова Е.Ю. Энергоэффективность теплового режима здания при использовании оптимального режима прерывистого отопления // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2012. № 38 (297). С. 55-59.
- Малявина Е.Г., Асатов Р.Р. Влияние теплового режима наружных ограждающих конструкций на нагрузку системы отопления при прерывистой подаче теплоты // Academia. Архитектура и строительство. 2010. № 3. С. 324-327.
- Малявина Е.Г., Петров Д.Ю. Сопряженный расчет нестационарного теплового режима водяной системы отопления и здания // Жилищное строительство.2013. № 6. С. 66-69.
- Панферов В.И., Анисимова Е.Ю. Анализ возможности экономии тепловой энергии при прерывистом режиме отопления // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2008. № 12(112). С. 30-37.
- Дацюк Т.А., Ивлев Ю.П., Пухкал В.А. Моделирование теплового режима жилых помещений при прерывистом отоплении // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 5. С. 179.
- Чулков А.А., Вытчиков Ю.С, Кудинов И.В. Исследование динамических характеристик отопительных приборов // Градостроительство и архитектура. 2016. № 4. С. 44-48. doi: 10.17673/Vestnik.2016.04.8.
- Vytchikov Y.S., Belyakov I.G., Saparev M.E., Mathematical simulation of nonstationary process of heat transfer through the building cladding structures in conditions of intermittent heating // International research journal. Ekaterinburg, 2016. № 6. Part 2. Pp. 42-48.
- Вытчиков Ю.С., Чулков А.А., Сапарев М.Е. Теплотехнический расчет перекрытий над неотапливаемым подвалом здания коттеджа, эксплуатируемого в условиях прерывистого отопления // Градостроительство и архитектура. 2017. № 2. С. 27-31.
- Vytchikov Y, Saparev M., Chulkov А. Analyzing screen heat insulation and its effect on energy consumption while heating building envelopes in conditions of intermittent heating // MATEC Web of Conferences 86, IPICSE-2016.
- Вытчиков Ю.С., Сапарев М.Е., Чулков А.А. Оптимизация выбора уровня теплозащиты ограждающих конструкций зданий, эксплуатируемых в условиях прерывистого отопления // Промышленное и гражданское строительство.2017. № 3. С. 90-93.
- Горин В.М., Токарева С.А., Вытчиков Ю.С., Беляков И.Г., Шиянов Л.П. Применение стеновых камней из беспесчаного керамзитобетона в жилищном строительстве // Строительные материалы. 2010. № 2. С. 18 -19.
- Кардашевский А.Г, Рожин В.Н, Местников А.Е., Семенов С.С. Монолитный пенобетон в индивидуальном строительстве // Промышленное и гражданское строительство. 2012. № 1. С. 41-43.