Расчетные данные зданий для теплого периода года

При проектировании ограждающих конструкций жилых и общественных зданий для крайних южных районов СССР, решающее значение имеет расчет теплофизических свойств по летним условиям, ограничивающий перегрев помещений при периодическом повышении температуры наружного воздуха в течение суток и действии солнечной радиации.

В ряде случаев такой теплофизический расчет необходим и для тех промышленных зданий, в помещениях которых важно (в технологических целях) соблюдение постоянной температуры.

Летом в помещениях, где отсутствует кондиционирование воздуха, устанавливается среднесуточная температура, близкая к среднему значению наружной.

При незначительной разности среднесуточных температур у наружной и внутренней поверхностей ограждающих конструкций, передача тепла внутрь помещений через стены и другие непрозрачные конструкции происходит главным образом из-за периодических повышений температуры на наружной поверхности ограждений (вследствие колебаний температуры наружного воздуха в течение суток и действия солнечной радиации).

Периодически изменяющееся температурное поле ограждающих конструкций и количественный эффект их нестационарного прогрева могут быть определены соответствующим расчетом (стр. 195—197),** если известны среднесуточные значения температур наружного и внутреннего воздуха и амплитуда колебаний температуры на наружной поверхности конструкций.

В таблицах норм строительной климатологии не приводится непосредственных данных о среднесуточной температуре наружного воздуха в летний период года. Эта температура t_ср может быть приближенным образом вычислена из выражения:

где t_макс — средняя максимальная температура в дневное время самого жаркого месяца (устанавливаемая по нормам строительной климатологии); А_t' — средняя (двойная) суточная амплитуда температуры для самого жаркого месяца (обычно июля), определяемая по табл. 2 этих норм.

Так, например, для Ташкента

где величины 35,3° и 17,4° взяты из указанных норм.

В летних условиях среднесуточная температура не может характеризовать изменений температурного поля, поскольку она соответствует лишь среднему уровню теплового состояния поверхности ограждающей конструкции, от которого происходят периодические отклонения температур при прогреве конструкции и ее остывании. На рис. II.7 показаны границы возможных изменений температурного поля внутри наружной стены и постепенное затухание колебаний температур в ее толще, по мере удаления от наружной поверхности.

Необходимая для теплофизического расчета величина амплитуды колебаний температуры на наружной поверхности конструкции определяется не только колебайиями температуры наружного воздуха, но и тепловым эффектом солнечного облучения.

Время дня, в которое происходит непосредственное облучение наружной поверхности конструкций, вызывающее их прогрев, зависит от ориентации этих конструкций относительно солнца и обычно не совпадает с тем временем дня, когда температура наружного воздуха имеет наибольшее значение.

Приближенное совпадение времени солнечного облучения с максимальной температурой наружного воздуха характерно для стен, обращенных на западную и особенно юго-западную сторону горизонта (рис. II.8), в связи с чем при суммирующихся наибольших тепловых воздействиях прогрев подобных конструкций более интенсивен, чем для стен, ориентированных иным образом, в частности, обращенных на восток.

Вычисление расчетной температуры наружного воздуха t_н', изменяющейся в зависимости от ориентации наружной поверхности ограждения, производится по формуле

где t_макс и t_мин — соответственно максимальная и минимальная температуры наружного воздуха; ? — поправочный коэффициент.

Приближенные значения этого коэффициента могут быть приняты по табл. II.1.

После вычисления расчетной температуры наружного воздуха, необходимо учесть дополнительное повышение температуры поверхности конструкций за счет солнечного тепла, поглощаемого этой поверхностью.

Нагрев поверхностей ограждающих конструкций происходит за счет суммарного действия прямой и рассеянной солнечной радиации¹.

Прямая солнечная радиация измеряется количеством тепла, приносимым солнечными лучами, непосредственно падающими на поверхность конструкций.

Рассеянная радиация возникает за счет диффузного отражения солнечных лучей от облаков, капелек влаги и пылинок, содержащихся в приземном слое атмосферы.

Прогрев конструкций вызывается суммой тепловых воздействий прямой и рассеянной радиации или так называемой суммарной радиацией, выражающей общий тепловой эффект солнечного облучения.

Для вычисления суммарной температуры на наружной поверхности конструкции, возникающей под влиянием воздействий наружного воздуха и солнечной радиации, служит формула:

где t_н' — расчетная температура наружного воздуха в°С, вычисляемая по формуле (11.15); р — коэффициент поглощения солнечной радиации наружной поверхностью ограждения (безразмерный); I — интенсивность суммарной солнечной радиации, падающей на наружную поверхность рассматриваемого ограждения, ккал/м²·ч; ?_н — коэффициент теплообмена между наружной поверхностью ограждения и наружным воздухом, ккал/м²·ч·град.

В формуле (11.16) результат нагрева поверхности конструкций лучистым теплом выражается так называемой эквивалентной температурой, значение которой прямо пропорционально интенсивности солнечной радиации, поглощаемой поверхностью.

Эквивалентная температура зависит от положения ограждающей конструкции относительно солнца, а также от цвета и фактуры ее поверхности. Интенсивность суммарной солнечной радиации, воспринимаемой поверхностью различно ориентированных ограждений при безоблачном небе в июле и коэффициенте прозрачности 0,75, показывающем количество радиации, прошедшей через атмосферу приземного слоя, приведена для различных географических широт в табл. 11.2. Здесь указано наибольшее количество солнечной радиации, среднее за сутки и разность между этими количествами (амплитуда солнечной радиации).

Кроме того, указано время дня, соответствующее наибольшему количеству солнечной радиации, падающему на поверхность конструкций, различно ориентированных по странам света.

Суммарные температуры используются в теплофизических расчетах при определении затухания колебаний внешних тепловых воздействий внутри ограждающих конструкций.

Для этих расчетов необходимо знать значение амплитуды колебаний суммарных температур в течение суток, зависящее от изменений интенсивности и коэффициентов поглощения солнечной радиации.

Величины коэффициентов поглощения солнечной радиации р указаны в табл. II.3.

Как было указано ранее, максимальные значения температуры наружного воздуха не всегда совпадают во времени с максимумами температур, вызванных действием солнечной радиаций.

Поэтому амплитуду действительных (суммарных) колебаний температур на поверхности ограждений А_расч можно установить только путем геометрического сложения амплитуд колебаний температуры наружного воздуха и теплового действия радиации.

Для этих целей сумму амплитуд колебаний температуры, вызванной поглощением солнечного тепла

и колебаний температуры наружного воздуха A_tн необходимо умножить на некоторый коэффициент ?, т. е.:²

Этот коэффициент ? зависит от длительности времени между часом наибольшего облучения конструкции и максимумом температуры наружного воздуха, наступающим в 15 ч.

Величины коэффициента ? для наиболее характерного в расчетной практике соотношения амплитуд А_экв/А_tн=2,0, приведены в табл. II.4.

Пример II.1. Определить расчетную амплитуду колебаний суммарной наружной температуры в Красноводске для панельных стен, обращенных на восток и запад, а также для конструкций крыши с рулонной кровлей.

Амплитуда колебаний температуры наружного воздуха где А_t'н±9°³, географическая широта 40°, коэффициент теплообмена на наружной поверхности ограждений ?_н=18 ккал/м²·ч·град. Амплитуда колебаний интенсивности солнечной радиации, установленная по табл. II.2, будет равна: для стен — 440 ккал/м²·ч, а для плоской крыши — 520 ккал/м²·ч.

Наибольшая температура наружного воздуха достигается в 15 ч, наибольшая интенсивность солнечной радиации стены, обращенной на восток, — в 8 ч утра; на запад — в 16 ч дня, крыши — в 12 ч. Различие времени тепловых максимумов составляет: в первом случае 7 ч, во втором — 1 ч, в третьем — 3 ч.

Амплитуда суммарной температуры для стены, обращенной на восток, будет:

где р — коэффициент поглощения тепла солнечной радиации поверхностью бетонных панелей, равный 0,65; ?=0,73; установлен по табл. II.4 для различия времени тепловых максимумов, равного 7 ч.

Для стены, обращенной на запад, при прочих равных условиях, получим:

где ?=0,99, установлен по табл. II.4 для различия времени между максимумами, равного 1 ч (16 ч — 15 ч).

Для конструкции крыши


где 0,88 — коэффициент поглощения тепла поверхностью рубероида;

?=0,94, установлен для различия времени между максимумами, равного 3 ч (15 ч— 12 ч).

Примечания

1. В юго-восточных районах СССР, отличающихся сухим и жарким климатом, большое значение, кроме того, имеет радиация, отраженная от грунта и стен соседних строений. Значительная интенсивность отраженной радиации выравнивает условия прогрева стен с различной ориентацией и способствует нагреванию лучистым теплом даже стен, обращенных на север.

2. Иногда в целях упрощения величину А_расч определяют по приближенной формуле, дающей наибольшие значения из всех возможных:

где А_tн — максимальная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха в июле, устанавливаемая в соответствии с нормами строительной климатологии.

3. Устанавливается по нормам гл. СНиП III-A.6—72. «Строительная климатология и геофизика» как максимальная суточная амплитуда температуры воздуха в июле. При этом табличное значение уменьшается вдвое, так как в метеорологических таблицах указывается двойная амплитуда, представляющая разность между максимальными и минимальными значениями температуры.