Методика теплофизического расчета навесных фасадных систем (НФС) с вентилируемой воздушной прослойкой

Л.1 Состав и последовательность расчета

В настоящем разделе приводится методика теплотехнических расчетов, позволяющая определить параметры теплового и влажностного режима стен с НФС.

Теплотехнический расчет состоит из:

подбора толщины утеплителя для стены с НФС, минимально необходимой для удовлетворения нормативным требованиям по сопротивлению теплопередаче;

расчета влажностного режима конструкции и проверки влажности материалов на удовлетворение нормативным требованиям;

уточнения характеристик материалов с учетом их средней влажности в расчетный период;

расчета воздухообмена в воздушной прослойке;

проверки достаточности количества удаляемой из воздушной прослойки влаги в расчетный период;

расчета требуемой величины сопротивления воздухопроницанию стены.

Л.2 Методика расчета

Л.2.1 Определяется требуемое сопротивление теплопередаче исходя из расчетных климатических характеристик района строительства и расчетных значений температуры проектируемого здания.

Л.2.2 Определяется предварительная толщина слоя теплоизоляции (Л.3).

Л.2.3 Из конструктивных соображений назначается толщина вентилируемой воздушной прослойки.

Л.2.4 С учетом этажности здания и района строительства определяется скорость движения воздуха в воздушной прослойке (Л.4).

Л.2.5 Определяется влажностный режим рассматриваемой конструкции (Л.5).

Л.2.6 По результатам п. 5 при необходимости корректируются или добавляются слои пароизоляции и вносятся изменения в облицовочный слой конструкции.

Л.2.7 Рассчитывается парциальное давление водяного пара на выходе из воздушной прослойки (Л.6).

Л.2.8 По результатам п. 7 проверяется возможность выпадения конденсата в воздушной прослойке и при необходимости корректируются толщина воздушной прослойки и зазор между плитками облицовки (Л.6).

Л.2.9 Рассчитывается требуемая величина сопротивления воздухопроницанию стены, достаточное чтобы фильтрация воздуха не нарушала теплового и влажностного состояния стены (Л.7).

Л.2.10 С учетом всех корректировок конструкции рассчитывается приведенное сопротивление теплопередаче стены (Л.8).

Л.3 Определение минимально необходимой толщины утеплителя фасадных систем с вентилируемой воздушной прослойкой.

Далее предполагается, что теплозащитные и геометрические характеристики всех элементов стены с НФС известны. В случае отсутствия каких-либо данных, их следует определять в соответствии с Е.3, Е.4.

Толщина теплоизоляционного слоя определяется по формуле

0204S10-10598

(Л.1)

- требуемое сопротивление теплопередаче стены, (м² ∙ °С)/ Вт, определяемое в соответствии с 5.2;

δ_у - толщина теплоизоляционного слоя, м;

λ_у - коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м ∙ °С);

δ_к - толщина конструкционного слоя, м;

λ_к - коэффициент теплопроводности материала конструкционного слоя, Вт/(м ∙ °С);

Ψ _j, χ _k, l_j, n_k - то же, что и в формуле (Е.1).

Л.4 Определение параметров воздухообмена в воздушной прослойке.

Движение воздуха в вентилируемой прослойке осуществляется за счет гравитационного (теплового) и ветрового напора. В случае расположения приточных и вытяжных отверстий на разных стенах скорость движения воздуха в прослойке V _пр может определяться по следующей формуле

0204S10-10598

(Л.2)

где K _н, K _з - аэродинамические коэффициенты на разных стенах здания, по СП 20.13330;

V _н - скорость движения наружного воздуха, м/с;

K - коэффициент учета изменения скорости потока по высоте по СП 20.13330;

h - разности высот от входа воздуха в прослойку до его выхода из нее, м;

t _пр, t _н - средняя температура воздуха в прослойке и температура наружного воздуха, °С;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений.

При расположении приточных и вытяжных отверстий воздушной прослойки на одной стороне здания, принимается K _н = K _з и формула (Л.2) упрощается

0204S10-10598

(Л.3)

В формулах (Л.2) и (Л.3) используется средняя температура воздуха в прослойке t _пр, которая в свою очередь зависит от скорости движения воздуха в прослойке

0204S10-10598

(Л.4)

где - предельная температура воздуха в прослойке, °С; (Л.5)

(Л.6)

условная высота, на которой температура воздуха в прослойке отличается от предельной температуры t ₀ в е раз (e ≈ 2,7) меньше, чем отличалась при входе в прослойку, м;

с _в = 1005 Дж/(кг ∙ °С) - удельная теплоемкость воздуха;

ρ_в = 353/(273 + t _пр) кг/м³ - средняя плотность воздуха в прослойке;

R _н = 1/α_н + 1/α_пр + R _об - термическое сопротивление стены от воздушной прослойки до наружного воздуха, м² ∙ °С/Вт;

R _об - термическое сопротивление облицовочной плитки, м² ∙ °С/Вт.

Для расчета в качестве R _в берется либо требуемое сопротивление теплопередаче из Л.3, либо приведенное сопротивление теплопередаче стены из Л.7 (в случае если принятая в проекте толщина утеплителя более чем на 20 % отличается от минимально допустимой по Л.3).

Коэффициент теплоотдачи α_пр равен сумме конвективного и лучистого коэффициентов теплоотдачи α_пр = α_к + 2α_л.

Конвективный коэффициент теплоотдачи определяется по формуле

0204S10-10598

(Л.7)

Лучистый коэффициент теплоотдачи определяется по формуле

0204S10-10598

(Л.8)

где С ₀ - коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м² ∙ К⁴), равный 5,77;

С ₁, C ₂ - коэффициент излучения поверхностей, Вт/(м² ∙ К⁴), в случае отсутствия данных по применяемым материалам принимаются равными 4,4 для минеральной ваты, 5,3 для неметаллической облицовки, 0,5 для облицовки полированным (со стороны прослойки) металлом;

m - температурный коэффициент, который определяется по формуле

0204S10-10598

(Л.9)

В процессе расчетов температура прослойки изменяется, но температурный коэффициент при этом изменяется слабо. Поэтому он находится один раз в начале расчетов для температуры t _н + 1.

Температура и скорость движения воздуха в прослойке находятся методом итераций: по формуле (Л.4) определяется средняя температура воздуха в прослойке с коэффициентом теплообмена в прослойке α_пр, затем по формуле (Л.2) или (Л.3) определяется средняя скорость движения воздуха в прослойке при полученной температуре, пересчитывается коэффициент теплообмена в прослойке, пересчитывается R _н, по формуле (Л.4) определяется средняя температура воздуха в прослойке для скорости движения воздуха в прослойке, полученной на предыдущем шаге и т.д. На первом шаге средняя скорость движения воздуха в прослойке принимается равной 0 м/с. Шаги итерации продолжаются пока разница между скоростями воздуха на соседних шагах не станет меньше 5 %.

В результате расчета находятся температура и скорость движения воздуха в прослойке, а также коэффициент теплообмена в прослойке α_пр.Л.5.

Расчет влажностного режима наружных стен с НФС с вентилируемой воздушной прослойкой.

Для определения таких характеристик конструкции, как долговечность и расчетная теплопроводность, рассчитывают влажностный режим конструкции в многолетнем цикле эксплуатации (нестационарный влажностный режим). В наружных граничных условиях учитывают сопротивление паропроницанию ветрозащиты и наружной облицовки, а также воздухообмен в воздушной прослойке.

Результатом расчета является распределение влажности по толщине конструкции в любой момент времени ее эксплуатации, по которому определяют эксплуатационную влажность материалов конструкции.

По результатам расчета устанавливают соблюдение двух требований к конструкции.

Максимальная влажность утеплителя не должна превышать критической величины, которую принимают равной сумме w _Б - расчетной влажности материала для условий эксплуатации Б для применяемого утеплителя и Δ w _cp - предельно допустимого приращения влажности материала по таблице 10.

Средняя влажность утеплителя и основания в месяц наибольшего увлажнения не должна превышать расчетную влажность материала для условий эксплуатации.

Если для какого-либо из слоев конструкции требования к влажностному режиму стены не выполняются рекомендуется усиливать внутреннюю штукатурку, или увеличивать воздухообмен в воздушной прослойке, или уменьшать сопротивление паропроницанию ветрозащиты.

Дополнительным результатом расчета нестационарного влажностного режима является величина потока водяного пара из конструкции в воздушную прослойку мг/(ч ∙ м²) в наиболее холодный месяц.

Л.6 Расчет влажности воздуха на выходе из вентилируемой воздушной прослойки.

Давление водяного пара в воздушной прослойке определяется балансом пришедшей из конструкции в прослойку и ушедшей из прослойки наружу влаги. Расчет проводится для наиболее холодного месяца. Решение уравнения баланса описывается формулой

0204S10-10598

(Л.10)

где е _пр - парциальное давление водяного пара в воздушной прослойке, Па;

- предельное парциальное давление водяного пара в прослойке, Па;

0204S10-10598

- условная высота, на которой парциальное давление водяного пара в прослойке отличается от предельного в е раз (е ≈ 2,7) меньше, чем отличалось при входе в прослойку, м;

е _н - парциальное давление водяного пара наружного воздуха, Па;

- сопротивление паропроницанию облицовки фасада, (м² ∙ ч ∙ Па)/мг;

k - коэффициент, определяемый по формуле мг/(м² ∙ ч ∙ Па);

- удельный поток пара из конструкции в воздушную прослойку, мг/(м² ∙ ч), определяется по результатам, Л.5.

Величина е _пр сравнивается с давлением насыщенного водяного пара при температуре воздуха, равной t _н, и если е _пр > Е _н, то принимаются меры по улучшению влажностного режима воздушной прослойки: увеличивается ширина воздушной прослойки, уменьшается высота непрерывной воздушной прослойки (устанавливаются рассечки вентилируемой прослойки), увеличивается ширина зазора между плитками облицовки.

В случае разделения вентилируемой прослойки рассечками следует предусматривать продухи для выхода воздуха из нижней части прослойки и забора воздуха в верхнюю часть прослойки. По возможности следует препятствовать смешиванию выбрасываемого и забираемого воздуха.

Л.7 Расчет требуемой величины сопротивления воздухопроницанию стены с НФС с вентилируемой воздушной прослойкой.

Требуемая воздухопроницаемость G ^тр стены с облицовкой на относе, кг/(м² ∙ ч), определяется по формуле

(Л.11)

где Г - параметр, получаемый из таблицы Л.1;

- полное сопротивление паропроницанию стены, (м² ∙ ч ∙ Па)/мг.

Таблица Л.1 - Значения параметра Г для различных значений параметров D и k

Параметр D определяется по формуле

(Л.12)

где Е _у - давление насыщенного водяного пара на границе между утеплителем и вентилируемой воздушной прослойкой, Па.

Параметр k определяется по формуле

(Л.13)

где - сопротивлению влагообмену на наружной границе ограждающей конструкции, м² × ч × Па/мг, определяемое по формуле

0204S10-10598

(Л.14)

Полное сопротивление паропроницанию стены определяется как сумма сопротивлений паропроницанию всех слоев конструкции плюс сопротивления влагообмену на наружной и внутренней границах стены.

Воздухопроницаемость конструкции не должна превышать требуемую. Воздухопроницаемость конструкции определяется в соответствии с разделом 7 для условий наиболее холодного месяца.

Л.8 Для конструкции после всех корректировок уточняется приведенное сопротивление теплопередаче.

Приведенное сопротивление теплопередаче рассчитывается в соответствии с приложением Е.

Приложение М
(справочное)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: