Рассчитать >
8 800 775-18-39 Заказать обратный звонок

Теплозащитные характеристики ограждающих конструкций каркасно-тентовых и надувных сооружений.

Главный специалист ООО «Компания «Стройинженерсервис»
доктор технических наук А. Б. Федоров.

Начальник кафедры Военного Инженерно-Технического Университета
кандидат технических наук А. И. Тютюнников.

В числе научно-технических задач, решаемых при проектировании отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха каркасно-тентовых и надувных (воздухоопорных) сооружений большое внимание отводится расчету теплопотерь через ограждающие конструкции. Этот расчет, в свою очередь, связан с определением теплозащитных характеристик ограждений этих сооружений:

  • сопротивления теплопередаче Rо, м2∙ 0С/ Вт;
  • воздухопроницаемости lо,кг/м2∙ч;
  • тепловой инерции D.

Схемы ограждающих конструкций каркасно-тентовых и надувных сооружений, применяемых в настоящее время, приведены на рис 1.

Основу ограждающей конструкции каркасно-тентового сооружения составляет сборный металлический рамный каркас, укрываемый одним (внешним) тентом или двумя (внешним и внутренним) тентами из поливинилхлоридного материала (ПВХ) (см. схемы I и II). В решении схемы II между внешним и внутренним тентами образуется воздушная прослойка большой толщины (до 2,0 м).

Ограждающие конструкции надувных сооружений могут иметь один слой ПВХ (схема III) или два слоя ПВХ (схема IV). В последнем случае между двумя слоями ПВХ образуется воздушная прослойка толщиной δв. п.=18 см и более.

Для определения сопротивления теплопередаче R0 ограждающих конструкций каркасно-тентовых и надувных сооружений могут быть применены следующие формулы:

  • для схем ограждающих конструкций I и III:

R0= (1)

  • для схем ограждающих конструкций II и IV:

R0=, (2)


где:

  •  α н и αв - коэффициенты теплоотдачи, соответственно, от наружной и внутренней поверхностей ограждения, Вт/м2∙ 0С
  • δс - толщина слоя ПВХ, м;
  • λс -коэффициент теплопроводности слоя ПВХ, Вт/м∙ 0С;
  • Rв. п. - термическое сопротивление воздушной прослойки, м2∙ 0С/ Вт.

Рассмотрим составные части сопротивления теплопередаче R0 рассматриваемых ограждающих конструкций  и оценим их вклад в теплозащитные характеристики ограждений.

Значения коэффициентов теплоотдачи αн и αв рекомендуется принимать:

  • для зимних условий - αн=23 Вт/м2∙ 0С;
  • для внутренних поверхностей стен и потолков - αв=8,7 Вт/м2∙ 0С.

При этом суммарное сопротивление теплопереходу от наружного воздуха к наружной поверхности ограждения и теплопереходу от внутренней поверхности ограждения к внутреннему воздуху сооружения будет равно:

Rα = м2∙ 0С/ Вт


Известны следующие теплотехнические характеристики поливинилхлоридного материала:

  • коэффициент теплопроводности - λс =0,16 Вт/м∙0С;
  • объемный вес – γс=1350 кг/м3.

При толщине слоя ПВХ в ограждающей конструкции δс =0,001м его термическое сопротивление составит:

Rc =  м2∙ 0С/ Вт,

т. е. значение Rc весьма мало и вклад слоя ПВХ в теплозащиту ограждающих конструкций (схемы I и III) составит не более 4%. Следовательно для ограждающих конструкций схем I и III Rо= Rα=0,164 м2∙ 0С/ Вт.

В нормативных и справочных документах приводятся значения термического сопротивления воздушных прослоек Rв. п. только при их толщине не более 0,2-0,3 метра. Рассмотрим возможные оценки термического сопротивления воздушных прослоек Rв. п. при толщине от 0,3 до 2,0 метров, предполагая, что оболочки воздушных прослоек замкнуты и герметичны.

Теплообмен в воздушных прослойках происходит конвекцией и излучением. Для определения теплового потока, передаваемого конвекцией (и теплопроводностью) q′к, может быть применена следующая формула: q′к=α′к(tн-tв), (3)

где:

  • α′к – коэффициент теплоотдачи конвекцией и теплопроводностью через воздушную прослойку, Вт/м2∙ 0С. Значение α′к может быть определено по формуле, рекомендованной М. А. Михеевым («Основы теплопередачи» М., 1973):

, (4)

где:

  • ∆t – разность температур на поверхностях воздушного прослойка, 0С;
  • δ - толщина воздушного прослойка, мм.

Результаты расчетов значений α′к для воздушных прослоек большой толщины (до 2 метров) и при разности температур (tв-tн)=400С приведены на графике рис.2.

Тепловой поток через воздушную прослойку излучением можно определить по формуле: qл=(tн-tв)αл, (5)

где:

  • αл - коэффициент теплоотдачи излучением через воздушную прослойку, Вт/м2∙ 0С, равен:

, (6)

где:

  • Сн и Св – коэффициенты излучения поверхностей наружного и внутреннего слоев оболочки. В нашем случае принимаем Сн=Св=5,16 Вт/м2∙ ;
  • Со–коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,7 Вт/м2∙ ;

- температурный коэффициент, зависящий от величены средней температуры воздушной прослойки, значения которого можно установить, зная величины температур tн и tв. Так для холодного периода года г. Санкт-Петербурга:

0С, m=0,77.

Тогда: Спр=4,6 Вт/м2∙ , а αл=4,6ּ0,77=3,54 Вт/м2∙ 0С, которое не зависит от толщины воздушной прослойки.

Термическое сопротивление воздушной прослойки для холодного периода будет равно:

 (7)

Результаты расчетов коэффициентов αл (при Спр=4,6), α′к, термических сопротивлений воздушных прослоек Rв. п. и сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций Rо в зависимости от толщины прослойки δв. п. для холодного периода года условий г. Санкт-Петербурга представлены на графиках рис.2.


Результаты расчетов позволяют отметить следующее:

  • вклад в передачу тепла через воздушную прослойку излучением существенно больше, чем конвекций, и может составлять при δв. п.=2,0 метра до 70-75%;
  • при увеличении толщины воздушной прослойки с 0,3 метра до 2,0 метров термическое сопротивление ее повышается не более, чем на 20-25%;
  • вклад воздушной прослойки в сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (схема II и IV) составляет до 50-60%. Это указывает на целесообразность применения замкнутых герметичных воздушных прослоек, образующихся между ПВХ, что обеспечивает создание ограждений с более высокими теплозащитными характеристиками;
  • устанавливаемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций каркасно-тентовых и надувных сооружений (Rо=0,16-0,39 м2∙ 0С/Вт) существенно меньше нормативных значений сопротивления теплопередаче для стен зданий, регламентированных СНиП. Но они практически равны нормативным значениям для светопрозрачных ограждений (фонари, окна и т. п.). Выполнение ограждающих конструкций каркасно-тентовых сооружений с нормативными значениями, рекомендуемых для стен зданий, возможно в случае применения теплоизоляционных материалов, что приведет к удорожанию и существенному увеличению сроков строительства.

Теплозащитные характеристики ограждений зависят от воздухопроницаемости применяемых строительных материалов и в целом от конструкции ограждений. Материал ПВХ, используемый в ограждающих конструкциях каркасно-тентовых и надувных сооружений практически воздухонепроницаем. При расчетных значениях теплового и ветрового напоров ∆Р=1–2 мм. вод. ст. его воздухопроницаемость может составить не более 0,001- 0,004 кг/м2∙ч. Конструкции ограждений каркасно-тентовых и надувных сооружений могут иметь неплотности в местах:

  • сочленение отдельных полотен покрытий из ПВХ;
  • крепления покрытий (тентов) к металлическому каркасу;
  • крепления покрытий (тентов) к фундаменту сооружения.

Через указанные неплотности может инфильтрировать наружный воздух в результате воздействия теплового и ветрового напоров.

Опыт нашего проектирования каркасно-тентового и надувного сооружений, используемых для спортивных площадок (с полезным объемом соответственно ~ 17.000 м3 и 11.200 м3), при котором была осуществлена расчетная оценка возможных неплотностей в ограждающих конструкциях и количеств инфильтрующегося воздуха, позволяет отметить, что кратность воздухообмена в сооружениях в результате инфильтрации наружного воздуха может достигать в холодный период года до ~0,3 1/ч. Вполне очевидно, что степень влияния инфильтрации наружного воздуха на температурно-влажностный режим каркасно-тентовых и надувных сооружений должна устанавливаться на основе результатов испытаний сооружений на герметичность, которые должны производиться после окончания их строительства, а также периодически при их эксплуатации.

Тепловая инерция ограждающих конструкций каркасно-тентовых и надувных сооружений может быть оценена по формулам:

  • при одном слое ПВХ: D1=RcּSc; (9)
  • при двух слоях ПВХ: D2=2RcּSc, (10),

где:

  • Sc – коэффициент теплоусвоения слоя ПВХ, Вт/м2∙ 0С, равный при 24-часовом  периоде 

Принимая Сс=1,26 кДж/кг∙0С, получаем: 

Sc=0,27 Вт/м2∙ 0С

Тогда: D1=0,0063ּ4,5=0,028; D2=2ּ0,0063ּ4,5=0,056.

Представленные результаты оценки тепловой инерции ограждающих конструкций каркасно-тентовых и надувных сооружений свидетельствуют о том, что они по этому показателю относятся к безинерционным ограждениям (к наилегчайшим по степени массивности), для которых расчетная продолжительность холодного отрезка времени составляет не более суток. Ранее действующий СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» в этом случае за расчетную температуру наружного воздуха холодного периода года tн рекомендовал принимать абсолютно-минимальную температуру для рассматриваемого климатического района или, по крайней мере, среднюю температуру наиболее холодных суток. Принятие в качестве расчетной температуры наружного воздуха холодного периода года более высокой температуры (например, средней температуры наиболее холодной пятидневки) будет связано с понижением показателя обеспеченности заданных температурно-влажностных условий в сооружениях.

Критерием для обоснованного выбора расчетного значения температуры наружного воздуха холодного периода года tн при определении теплопотерь каркасно-тентовых и надувных сооружений может быть, по нашему мнению, допустимая продолжительность периода, в течение которого возможно нарушение заданных параметров внутреннего воздуха в сооружениях.


Заключение

Результаты анализа теплозащитных характеристик ограждающих конструкций каркасно-тентовых и надувных сооружений свидетельствуют о том, что в настоящее время практически отсутствует нормативная база для их проектирования. В этой связи необходимо обобщить существующий опыт проектирования указанных сооружений с целью совершенствования положений СНиП, направленных на установление:

  • области применения каркасно-тентовых и надувных сооружений;
  • требований к теплозащитным характеристикам их ограждающих конструкций;
  • требований к расчетным значениям температуры наружного воздуха для этих сооружений;
  • требований к допустимым температурно-влажностным условиям в сооружениях и их обеспеченности.
ОБРАТНЫЙ ЗВОНОК
Отправить
Нажимая кнопку отправить,
я даю свое согласие на обработку персональных данных