Необходимость расчетов теплоустойчивости при неустановившемся потоке тепла

Теплофизический расчет ограждающих конструкций при установившемся потоке тепла и стабильном тепловом состоянии производится при существенном допущении, заключающемся в том, что температуры воздуха как с наружной, так и с внутренней стороны принимаются постоянными, — это упрощающее расчет допущение, в реальных условиях обычно не имеет места.

Температура наружного воздуха в холодный период года колеблется; максимальные изменения на территориях с неустойчивой зимой при оттепелях возможны, например, от —30 до +6°, в течение нескольких суток. В летний период года закономерные колебания температур, происходящие в суточном периоде, наиболее выражены: в юго-восточных районах СССР возможны изменения температуры наружного воздуха от +15° ночью до +45° днем.

Происходящие во времени колебания температуры наружного воздуха вызывают охлаждение или нагрев слоев ограждающих конструкций, а величина потока тепла и распределение температур внутри ограждений претерпевают значительные изменения, по сравнению с результатами расчета по стационарным условиям теплопередачи, даже при постоянстве температуры воздуха в помещении. В тех случаях, когда колеблются значения и этой последней температуры, отмечаются еще более значительные отклонения от данных расчета по установившемуся потоку тепла.

Колебания температуры воздуха внутри помещений в холодный период года характерны, например, для зданий с периодически действующим отоплением (местными печами и т. п.). В теплый период года, даже в относительно умеренном климате (не говоря уже о южных районах), происходят периодические повышения температуры в помещении (обычно во второй половине дня), связанные с прогревом ограждений конвективным и радиационным теплом, а также солнечными лучами, проникающими через светопроемы. Периодически изменяющийся температурный режим наружных ограждающих конструкций здания отражается на тепловом состоянии помещений.

Периодические и значительные по своей величине изменения температуры наружного и внутреннего воздуха заставляют предъявлять к ограждающим конструкциям дополнительные теплофизические требования (помимо тех, которые определяются расчетами для условий установившегося потока тепла).


При значительных (и нежелательных в гигиеническом отношении) колебаниях температуры (внешней или внутренней воздушной среды) ограждающие конструкции должны обладать теплоустойчивостью.

Под теплоустойчивостью следует понимать свойство ограждающей конструкции сохранять относительное постоянство температуры на поверхности, обращенной в помещение, при периодических изменениях температуры воздуха (наружного или внутреннего) и возникающих по этой причине колебаниях потока тепла, проходящего через конструкцию.

Температура воздуха в помещениях с недостаточно теплоустойчивыми ограждениями летом быстро поднимается (при прогреве солнечными лучами), а зимой падает при уменьшении теплоотдачи отопительных систем. Такие помещения обычно являются мало удовлетворительными в санитарно-гигиеническом отношении.

Особенно важны свойства теплоустойчивости ограждающих конструкций для устойчиво жаркого летнего периода, что подтверждается практикой эксплуатации зданий в сухих южных районах,, где колебания температуры на наружной поверхности ограждений особенно высоки. В этих условиях важно обеспечить понижение температуры наружного воздуха путем озеленения и обводнения территории, прилегающей к зданию. В ночное время целесообразна использовать более низкую температуру наружного воздуха для проветривания и охлаждения крыш и экранированных стен зданий и тем самым повысить теплофизические свойства этих ограждений даже в том случае, если они отличаются сравнительно малой массивностью.

Летом разность между температурами внутреннего и наружного воздуха относительно мала, а при устойчивой солнечной погоде колебания температур наружного воздуха в течение суток выражены более определенно, чем зимой. В связи с этим теплофизические расчеты по установившемуся потоку тепла, учитывающие лишь неизменную и при этом достаточно большую разность температур наружного и внутреннего воздуха, утрачивают физическую достоверность и соответствие реальным условиям.