Влияние процесса теплообмена у наружной поверхности стены на температуру внутренней поверхности оконного блока

Светопрозрачные конструкции наряду со стенами являются одним из основных элементов наружной оболочки здания, обеспечивающих требуемые параметры микроклимата помещений. В процессе эксплуатации светопрозрачные конструкции находятся под воздействием различных факторов внешней окружающей среды.

К таким воздействиям относятся температура и влажность наружного воздуха; скорости и направления ветра и др. Сведения о параметрах этих воздействий приведены в СНиП 23-01-99* [1].

Большинство внешних воздействий, оказывающих влияние на светопрозрачные конструкции, проявляются одновременно: например, действие низкой температуры и большой скорости ветра зимой, высокой температуры и солнечной радиации летом. Совместное действие внешних нагрузок может привести к чрезмерному переохлаждению или перегреву конструкций. Возникновение таких ситуаций должно быть учтено как на стадии проектирования, так и в процессе эксплуатации. Ошибки, допущенные при проектировании, негативно сказываются на эксплуатационных качествах светопрозрачных конструкций. Если учитывать модную сейчас тенденцию в архитектуре строить здания с огромной площадью остекления, то расчет светопрозрачных конструкций с учетом большой скорости ветра и предельно низкой температуры является актуальной задачей.

Расчет теплозащиты гражданских зданий в зимний период производится в соответствии со СНиП II-3-79* [2]. Значение коэффициента теплоотдачи для наружной поверхности αн=23Вт/(м2.0C) принято при следующих допущениях: поверхность здания гладкая и по своим свойствам близка к глиняному обожженному кирпичу; скорость ветра в пределах 5 м/с. Однако для некоторых климатических регионов России расчетная скорость ветра для зимних условий превышает 10-15 м/с [1]. Это может привести к ошибкам в проектировании светопрозрачных конструкций для данных регионов.

Известно, что в общем случае коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности αн зависит от условий конвективного теплообмена и теплового излучения αн = αнк + αнл, (1) где αнк — коэффициент теплоотдачи конвекцией; αнл — коэффициент теплоотдачи излучением.

Коэффициент теплоотдачи излучением в случае, если наружная поверхность исследуемой стены находится далеко от стен других зданий, можно определять по формуле , (2)

где C1 — коэффициент излучения поверхности наружной стены (для красного кирпича 5,37 Вт/м2-К); τse — температура наружной поверхности стены; text — температура наружного воздуха.

Значение αнк можно вычислить по формуле Франка [3]
αнк =7,74ν0,656 + 3,78e-1,91ν, (3)

где ν — скорость ветра; е = 2,718 — основание логарифма.

Первый член формулы (3) учитывает вынужденную, а второй — естественную конвекцию.

По формулам (1 )-(3) был рассчитан коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности кирпичной стены αн в зависимости от скорости ветра: 0; 5; 10; 15 м/с. Температура наружного воздуха для зимнего периода (температура холодной пятидневки для Москвы) принималась равной text = - 280, температура на наружной поверхности стены принималась в соответствии с ранее произведенными расчетами [4] τse = -25,40? Что на наш взгляд, является приемлемым допущением для проведения расчетов.

На рис. 1. графически представлены результаты расчета.

Рис. 1. Зависимость коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности кирпичной стены от скорости ветра

При нулевой скорости ветра коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности составляет 6,99 Вт / (м2.0 C).

Для данных четырех значений коэффициента теплоотдачи были проведены расчеты тепловых полей светопрозрачной конструкции с геометрическими, теплофизическими параметрами и граничными условиями, представленными в [4]. Для крайних значений коэффициента теплоотдачи 6,99 и 46,58 Вт/(м 2.0 C) результаты расчета тепловых полей представлены на рис 2 и 3.

Рис.2. Распределение температуры в конструкции при αн = 6, 99 Вт/(м 2.0 C)

Рис. 3.Распределение температуры в конструкции при αн = 46, 58 Вт/(м 2.0 C)

Из результатов расчетов следует, что при скорости ветра 15 м/с происходит существенное перераспределение тепловых полей в конструкции окна. Так, например, температура в крайней точке штапика (см рис 2,3) снизилась с 7,6 до 3,9°С.Температура на внутренней поверхности остекления в зоне сопряжения с переплетами снизилась с 3,8 до -2°С.

Таким образом, при проектировании теплозащитных свойств светопрозрачных конструкций по приведенному сопротивлению теплопередаче, особенно в районах с низкой температурой зимой и сильными ветрами, необходимо учитывать интенсивность теплообмена на наружной поверхности конструкции Игнорирование этого важного условия приводит к тому, что на окне, прошедшем сертификационные испытания по нормируемому сопротивлению теплопередаче для данного климатического района, не удается выполнить требование СНиП по обеспечению температуры внутренней поверхности остекления окон зданий не ниже +3°С [5]

Список литературы

  1. СНиП 23-01-99*. "Строительная климатология".
  2. СНиП И-3-79*. "Строительная теплотехника".
  3. Леденев В.И., Матвеева И.В. Физико-технические основы эксплуатации наружных кирпичных стен гражданских зданий Учеб пособие —Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2005 —160 с.
  4. Ссюнин С.Г., Елдашов Ю.А. Сравнительный анализ конструкций узла примыкания оконного блока к стеновому проему методом конечных элементов // "Светопрозрачные конструкции", 2005, №3.
  5. СНиП 23-02-2003. "Тепловая защита зданий".

По материалам «Жилищное строительство» №8 2007 г.


О наличии продукции и предлагаемых услугах, описываемых в статье, уточняйте у менеджеров нашей компании по телефону 8 (495) 940-73-92.

Заказ звонка