SELECTING THE HEAT-REFLECTING SCREEN WHILE THE FORMATION OF CONDENSATE IS AVOIDED

Full Text

При тепловизионном исследовании ограждающих конструкций зданий и сооружений отчетливо видна потеря теплоты за отопительным прибором. Одним из рекомендуемых энергосберегающих мероприятий является установка за радиатором отопления теплоотражающего экрана с целью снижения потерь теплоты через стену здания. Но утепление стен (ограждающих конструкций) целесообразно делать снаружи, чтобы не допустить их промерзания [1-6]. Таким образом, при установке экрана за отопительным прибором возможна ситуация, когда на внутренней поверхности стен начнет образовываться конденсат (выпадать роса). Места выпадения конденсата, когда температура воздуха достигает температуры точки росы, могут быть следующие [1, 2]: - между центром стены и утеплителем, а в период морозов или резкого снижения температуры и на их границе; - на внутренней поверхности стены, которая в зимний период под утеплителем будет мокрой; - внутри утеплителя во время отопительного периода. Схематично это выглядит так, как показано на рис. 1. Р. Ж. Габдушев, С. А. Денисов, Е. А. Кандаев 33 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 3 Невысохший конденсат - причина возникновения на внешней стене вздутия и расслоения отделочных материалов. Также влага является поводом для возникновения грибка и плесени на стенах, споры которых летают в воздухе и могут стать причиной многих болезней. В связи с этим вопрос выбора теплоотражающего экрана оптимальной толщины и расчет теплопотерь для различных случаев ограждающих конструкций и параметров воздуха в помещении будет актуальным. Для проведения расчёта используем следующую схему теплообмена (рис. 2), принимая в качестве исходных данных усредненные значения параметров, влияющие на процесс теплопередачи. - геометрические размеры радиатора отопления: высота: h = 0,5 м; ширина: b = 1 м; площадь отопительного прибора (напротив стены): F = h . b = 0,5 м2; - температура воздуха: в помещении: tв = 20 °С; между батареей и стеной (или экраном): tвн = 50 °С; снаружи (в условиях холодной пятидневки): tнар = -30 °С; - толщина материалов: известково-песчаного раствора (штукатурки): δст = 0,38 м; железобетонной стенки: δш = 0,02 м; экрана: δэ = 0,01 м; - коэффициент теплопроводности: известково-песчаного раствора (штукатурки): λш = 0,7 Вт/(м.°С); Рис. 1. Места выпадения конденсата Рис. 2. Расчетная схема теплообмена с экраном: 1 - штукатурка; 2 - стена; 3 - экран; 4 - воздушная прослойка; 5 - радиатор отопления железобетонной стенки: λст = 1,69 Вт/(м.°С); экрана (из пенофола): λэ = 0,05 Вт/(м.°С); - коэффициент теплоотдачи: между батареей и стеной (или экраном): αвн = 10 Вт/(м2.°С); к наружному воздуху: αнар = 20 Вт/(м2.°С); - длительность отопительного периода в Самаре: n = 5040 ч; - стоимость тепловой энергии с 1 ноября 2020 г.: Т = 1783,34 руб./Гкал. Определим плотность теплового потока через стенку с наложенным на нее экраном по известной формуле для процесса теплопередачи [3]: 132,6 Вт/м2, Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 3 34 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ Общепринятый средний показатель нормальной влажности воздуха в квартире должен быть на уровне 45 % согласно ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещении». Он может варьироваться в зависимости от типа помещения и его эксплуатационных условий. Отклонение от нормы возможно как в зимнее время года, так и в теплый период. Какой должна быть влажность в квартире, т. е. ее усредненные показатели для основных помещений, указано в табл. 1. Таблица 1 Усредненные показатели влажности для основных помещений Тип помещения Уровень влажности, % Столовая 40-60 Ванная, кухня 40-60 Библиотека и зона для работы 30-40 Спальня 40-50 Детская 45-60 По таблицам из СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» (табл. 2) определяем температуру точки росы при относительной влажности воздуха φ = 50 % и температуре воздуха в помещении tв = 20 °С. Она составляет tросы = 9,3 °С. Значит, при tс-э = 10,23 °С роса на стенке образовываться не будет. Если же относительная влажность воздуха будет φ = 60 % и при tв = 20 °С, то температура точки росы составит tросы = 12 °С. Значит, конденсат образовываться будет. Зная, что при φ = 50 % образование конденсата на стенке за экраном будет при ≤ 9,3 °С, найдем плотность теплового потока при этих условиях: Теперь можем определить максимальную толщину теплоотражающего экрана: где [(м2.К)/Вт] - термическое сопротивление теплоотдачи для воздуха между радиатором отопления и экраном; [(м2.К)/Вт] - термическое сопротивление теплопроводности теплоотражающего экрана; [(м2.К)/Вт] - термическое сопротивление теплопроводности материала стены; [(м2.К)/Вт] - термическое сопротивление слоя штукатурки; [(м2.К)/Вт] - термическое сопротивление теплоотдачи к наружнему воздуху. Температуру на границе стены и экрана можно найти из формулы 30 132,6 10,23 °С. 129,5 Вт/м2. Р. Ж. Габдушев, С. А. Денисов, Е. А. Кандаев 35 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 3 148,7 Вт/м2. 97,2 Вт/м2. Полученное значение указывает на то, что при значениях толщины экрана, больших найденного (0,0107 м), на стенке будет образовываться конденсат (при φ = 50 %). Следовательно, имеем возможность рассчитать теплопотери через стенку при условиях недопущения образования конденсата на стенке за теплоотражающим экраном. Рассчитаем потери теплоты через стенку в отопительный период для двух случаев: без экрана и с экраном максимальной толщины, т. е. когда не допускается образование конденсата на стенке. Дополнительно примем следующие исходные значения при температуре воздуха снаружи (средняя в отопительный период) = -10 °С: 1) Сначала найдем теплопотери без использования экрана Таблица 2 Температура точки росы при относительной влажности воздуха Температура воздуха, °С Температура точки росы (°С) при относительной влажности воздуха (%) 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 30 10,5 12,9 14,9 16,8 18,4 20 21,4 22,7 23,9 25,1 26,2 27,2 28,2 29,1 29 9,7 12 14 15,9 17,5 19 20,4 21,7 23 24,1 25,2 26,2 27,2 28,1 28 8,8 11,1 13,1 15 16,6 18,1 19,5 20,8 22 23,2 24,2 25,2 26,2 27,1 27 8 10,2 12,2 14,1 15,7 17,2 18,6 19,9 21,1 22,3 23,3 24,3 25,2 26,1 26 7,1 9,4 11,4 13,2 14,8 16,3 17,6 18,9 20,1 21,2 22,3 23,3 24,2 25,1 25 6,2 8,5 10,5 12,2 13,9 15,3 16,7 18 19,1 20,3 21,3 22,3 23,2 24,1 24 5,4 7,6 9,6 11,3 12,9 14,4 15,8 17 18,2 19,3 20,3 21,3 22,3 23,1 23 4,5 6,7 8,7 10,4 12 13,5 14,8 16,1 17,2 18,3 19,4 20,3 21,3 22,2 22 3,6 5,9 7,8 9,5 11,1 12,5 13,9 15,1 16,3 17,4 18,4 19,4 20,3 21,1 21 2,8 5 6,9 8,6 10,2 11,6 12,9 14,2 15,3 16,4 17,4 18,4 19,3 20,2 20 1,9 4,1 6 7,7 9,3 10,7 12 13,2 14,4 15,4 16,4 17,4 18,3 19,2 19 1 3,2 5,1 6,8 8,3 9,8 11,1 12,3 13,4 14,5 15,5 16,4 17,3 18,2 18 0,2 2,3 4,2 5,9 7,4 8,8 10,1 11,3 12,5 13,5 14,5 15,4 16,3 17,2 17 -0,6 1,4 3,3 5 6,5 7,9 9,2 10,4 11,5 12,5 13,5 14,5 15,3 16,2 16 -1,4 0,5 2,4 4,1 5,6 7 8,2 9,4 10,5 11,6 12,6 13,5 14,4 15,2 15 -2,2 -0,3 1,5 3,2 4,7 6,1 7,3 8,5 9,6 10,6 11,6 12,5 13,4 14,2 14 -2,9 -1 0,6 2,3 3,7 5,1 6,4 7,5 8,6 9,6 10,6 11,5 12,4 13,2 13 -3,7 -1,9 -0,1 1,3 2,8 4,2 5,5 6,6 7,7 8,7 9,6 10,5 11,4 12,2 12 -4,5 -2,6 -1 0,4 1,9 3,2 4,5 5,7 6,7 7,7 8,7 9,6 10,4 11,2 11 -5,2 -3,4 -1,8 -0,4 1 2,3 3,5 4,7 5,8 6,7 7,7 8,6 9,4 10,2 10 -6 -4,2 -2,6 -1,2 0,1 1,4 2,6 3,7 4,8 5,8 6,7 7,6 8,4 9,2 0,05 0,0107 м. Q = qF = 148,7 . 0,5 = 74,35 Вт. 2) Вычислим теплопотери после установки экрана из пенофола с максимально возможной толщиной, когда соблюдается условие недопущения достижения температуры точки росы, Qэ = qэF = 97,2 . 0,5 = 48,6 Вт. Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 3 36 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ 3) Экономия теплоты за отопительный период составит ΔQ = (Q - Qэ) . 10-3 . n . C = = (74,35 - 48,6) . 10-3 . 5040 . 0,86 . 10-3 = 0,11 Гкал, где n - длительность отопительного периода (210 сут = 5040 ч); C - коэффициент перевода из кВт·ч в Гкал. 4) Годовая экономия в денежном эквиваленте составляет Э = ΔQ . Т= 0,11 . 1783,34 = 199 руб. 5) Затраты на установку экранов - стоимость пенофола типа С фольгированного самоклеющегося за 1 м2 = 150 руб. Следовательно, при площади отопительного прибора 0,5 м2 затраты составят 75 руб., что позволяет судить о скорой окупаемости данного энергосберегающего мероприятия (0,4 года). Аналогичные расчеты для других значений относительной влажности воздуха (φ = 40 %, ≤ 6 °С и φ = 60 %, ≤ 12 °С) дают максимальную толщину экрана 0,0135 м (1,35 см) и 0,0087 м (8,7 мм) соответственно. Результаты расчетов указаны в табл. 3. Таблица 3 Результаты расчетов Относительная влажность воздуха φ, % Температура точки росы, , °С Максимальная толщина экрана из пенофола δэ, м Экономия теплоты за отопительный период ΔQ, Гкал Годовая экономия Э, руб. Срок окупаемости, лет (год) 40 6 0,0135 0,13 230 0,33 50 9,3 0,0107 0,11 199 0,38 60 12 0,0087 0,097 173 0,43 Выводы. В работе были выявлены причины появления конденсата на стенах при достижении температуры точки росы. Показана методика определения максимальной толщины теплоотражающего экрана (на примере пенофола) при различных значениях относительной влажности воздуха в помещении (40, 50 и 60 %), при которой соблюдаются условия недопущения образования конденсата на стене за экраном. Определены также тепловые потери и рассчитан экономический эффект данного энергосберегающего мероприятия за отопительный период, определен срок окупаемости. На основании полученных результатов можно рекомендовать установку теплоотражающего экрана за радиатором отопления толщиной 1 см как наиболее оптимальный вариант со сроком окупаемости около 0,4 года.

About the authors

Ruslan Zh. GABDUSHEV

Samara State Technical University

Email: gabduschew@mail.ru

Sergey A. DENISOV

Samara State Technical University

Email: gsword@mail.ru

Egor A. KANDAEV

Samara State Technical University

Author for correspondence.
Email: egor.kandaev@yandex.ru

References

Supplementary files