Практическая работа 1. Расчет изоляции охлаждаемых помещений

Задание. Проверить изолированное ограждение (рис. 1) на возможность конденсации водяного пара внутри ограждения при следующих условиях:

температура воздуха в камере t_к = -18 ºС;

относительная влажность воздуха в камере φ_к = 90 %;

температура наружного воздуха t_н = 30 ºС;

относительная влажность наружного воздуха φ_н = 60 %.

В случае наличия зоны конденсации следует изменить конструкцию ограждения, чтобы конденсации в нем пара не было.

 

1 – железобетонная стена с фактурным слоем; 2 – рипор (жесткий пенополиуретан);

3 – известковая штукатурка

Рис. 1 – Конструкция изолированного ограждения

 

Решение:

1. Коэффициент теплопередачи ограждения:

Вт/(м²·К),

где R – термическое сопротивление ограждения, равное сумме сопротивлений слоев (м²·К)/Вт:

где α_н – коэффициент теплопередачи от воздуха к наружной поверхности ограждения. Принимаем α_н = 23 Вт/(м²·К); α_к – коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности ограждения к воздуху камеры. Принимаем α_к = 8 Вт/(м²·К); λ₁ – коэффициент теплопроводности железобетона. Принимаем λ₁ = 1,7 Вт/(м·К); λ₂ – коэффициент теплопроводности пенополиуретана; значение λ₂ следует выбирать с учетом работы материала при отрицательных температурах и высокой относительной влажности воздуха, т.е. оно должно находиться при влажности материала, близкой к максимальной гигроскопической влажности. Поскольку в конструкции предполагается пароизоляция из рулонных материалов, считаем λ₂ = 0,03 Вт/(м·К); λ₃ – коэффициент теплопроводности известковой штукатурки на внутренней поверхности железобетона. Принимаем λ₃ = 0,21 Вт/(м·К).

Тогда

2. Тепловой поток через ограждение:

3. Находим температуру на наружной и внутренней поверхностях ограждения и на поверхностях, разделяющих слои различных материалов. Кроме того, в теплоизоляционном материале определяем температуру четырех промежуточных поверхностей (слой теплоизоляционного материала разделен на пять частей).

Пользуясь выражением для температуры любого слоя х, вычисляем последовательно эти температуры по формуле:

Тогда

Так как температура в однородном материале изменяется линейно по толщине материала, то

Для проверки находим:

Распределение температуры по слоям ограждения показано на рис. 2 в координатах δ_х – t_х (линия t_х). Промежуточные температуры t₆ – t₃ могут быть найдены и графически на этом графике.

4. По найденным температурам поверхности слоев могут быть определены давления насыщенного водяного пара, соответствующие этим температурам по выражению:

Полученные результаты представлены в табл. 1. Давление насыщенного пара по сечениям ограждения нанесено на рис. 2 (линия ) в координатах δ_х – Р_х.

Табл. 1 – Температура слоев ограждения и соответствующие давления насыщенного водяного пара

№ поверхности	Температура поверхности, ºС	Давление насыщенного пара
кг/м2	Па
	29,76	427,5	4189,5
	29,56	422,6	4141,7
	20,3	242,9
	11,04
	1,774	70,7
	-7,5	35,4	347,3
	-16,75	16,8	164,7
	-17,3	16,05	157,2

5. Удельный поток водяного пара через ограждение:

где Н_н – сопротивление ограждения паропроницанию, равное сумме сопротивлений отдельных слоев:

Здесь µ₁ = 8,4·10^-12 кг/(м·с· Па) – коэффициент паропроницания для бетона (табл. П1); µ₂ = 6,3·10^-12 кг/(м·с· Па) – коэффициент паропроницания пенополиуретана; µ₃ = 37,6·10^-12 кг/(м·с· Па) – коэффициент паропроницания известковой штукатурки.

Общее сопротивление ограждения паропроницанию

Парциальное давление пара на наружной поверхности ограждения при t_н = 30 ºС:

Парциальное давление пара на внутренней поверхности ограждения при t_к = -18 ºС:

Следовательно,

6. Действительное парциальное давление водяного пара в воздухе на поверхности слоев ограждения находится по зависимости:

Тогда

Проверяем

т.е. получено близкое значение.

График действительного давления пара показан на рис. 2 (линия Р_х).

Рис. 2 – Распределение температуры и давления водяного

пара по слоям ограждения

 

7. Пересечение линий Р_х и в точках а и б указывает на наличие в ограждении зоны конденсации. Действительная ширина зоны конденсации находится в диаграмме Н_х – Р_х (рис. 3) путем построения касательных из точек d и e к линии . Между точками касания f и g находится зона конденсации. Эти точки перенесены на рис. 2 по значениям парциального давления пара в данных сечениях Р_f = 485 Па и Р_g = P^’’₇ = 390 Па.

Н_х · 10^-8, м²·с·Па/кг

Рис. 3 – Установление зоны конденсации в ограждении

Количество влаги, выпадающее в зоне конденсации:

 

8. Отсутствие зоны конденсации может обеспечить такой наклон линии Р_х на рис. 3, какой имеет отрезок касательной ge. Так как в диаграмме Н_х – Р_х наклон прямой линии численно равен потоку пара, то зоны конденсации ограждения не будет, если поток пара окажется не больше величины:

При таком потоке влаги сопротивление ограждения паропроницанию должно быть:

Так как сопротивление ограждения Н_н = 0,0473·10¹² м²·с·Па/кг, то дополнительное сопротивление слоя пароизоляции должно быть:

м²·с·Па/кг.

С теплой стороны теплоизоляционного слоя, т.е. на внутренней поверхности желозобетонной плиты, предусматриваем два слоя бризола толщиной по 3 мм, наклеенных битумом или горячей битумной мастикой.

Сопротивление двух слоев бризола:

м²·с·Па/кг;

сопроивление окраски битумом или битумной мастикой:

Н_м = 0,24·10¹² м²·с·Па/кг.

Сопротивление бризола и одного обмазочного слоя битума составляет Н_п = 173,9·10⁸ + 0,24·10¹² = 0,257·10¹² м²·с·Па/кг, т.е. близко к найденному расчетом необходимому сопротивлению пароизоляционного слоя 0,166·10¹² м²·с·Па/кг.