4.6.1. Положение слоя утеплителя в составе ограждающей конструкции выбирается исходя из функционального назначения и режима эксплуатации зданий и помещений. При этом должна обеспечиваться требуемая термостабильность внутренней среды помещений при минимальном потреблении энергоресурсов на их отопление и кондиционирование.
Правильное расположение слоя утеплителя в составе ограждающей конструкции определяет долговечность и надежность ее эксплуатации. Для этого требуется предотвратить возможность образования и замерзания конденсата в жестких слоях ОК и обеспечить их минимальную температурную деформацию, обусловленную амплитудой колебания температуры наружного воздуха и других климатических параметров, определяющих условия эксплуатации ОК в течение всего года.
4.6.2. Для определения правильности положения слоя утеплителя, учитывая его ранее найденную толщину, рассмотрим распределение температур по сечению ограждающей конструкции при температуре наружного воздуха text -32°С для двух вариантов (рис. 2):
1 вариант – слой утеплителя находится со стороны наружной среды, а кирпичная кладка (несущий слой) – с внутренней стороны;
2 вариант – слой утеплителя находится со стороны внутренней среды, а кирпичная кладка (несущий слой) – с наружной стороны ОК.
Рисунок 2. Варианты положения слоя утеплителя в ОК
4.6.3. Определение распределения температур в сечении конструкции для двух вариантов положения слоя утеплителя.
Температура на границе n-ного слоя ограждающей конструкции tn, c его «теплой» стороны, определяется как:
[°С] (9)
где: R1 … Rn – сопротивление теплопередаче n-ного слоя ОК, остальные обозначения те же, что и выше по тексту.
4.6.4. Подставляя в (9) исходные данные и полученные расчетом значения, получаем, что для 1-го варианта (слой утеплителя находится со стороны наружной среды, а кирпичная кладка – с внутренней):
а) температура внутренней поверхности ограждающей конструкции составит
tint = tint – [(tint - text)/ R0 ] ×r ×[1/ aint ] = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7] = 18.37°С.
б) температура внутренней поверхности несущего слоя (кладка из сплошного глиняного кирпича) составит
t1 = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7+0.02/0.93] = 18.07°С.
в) температура внутренней поверхности утеплителя (плита минераловатная) составит
t2 = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7+0.02/0.93+ 0.25/0.81] = 13.71°С.
г) температура внутренней поверхности облицовки (кладка из керамического кирпича) составит
t3 = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7+0.02/0.93+ 0.25/0.81 + 0.21/0.07] =
= -28.71°С.
д) температура внешней поверхности облицовки (кладка из керамического кирпича) составит
text = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7+0.02/0.93+0.25/0.81+0.21/0.07 + 0.12/0.64] = -31.36°С.
4.6.5. Подставляя в (9) исходные данные и полученные расчетом значения, получаем, что для 2-го варианта (слой утеплителя находится со стороны внутренней среды, а кирпичная кладка – с наружной):
а) температура внутренней поверхности ограждающей конструкции составит
tint = tint – [(tint - text)/ R0 ] ×r ]×[1/ aint ] = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7] = 18.37°С.
б) температура внутренней поверхности утеплителя (плита минераловатная) составит
t1 = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7+0.02/0.93] = 18.07°С.
в) температура внутренней поверхности несущего слоя (кладка из сплошного глиняного кирпича) составит
t2 = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7+0.02/0.93+ 0.21/0.07] = -25.16°С.
г) температура внутренней поверхности облицовки (кладка из керамического кирпича) составит
t3 = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7+0.02/0.93+ 0.21/0.07 + 0.25/0.81] =
= -28.71°С.
д) температура внешней поверхности облицовки (кладка из керамического кирпича) составит
text = 20 – [(20+32)/3.20]×0.87×[1/8.7+0.02/0.93+0.21/0.07 + 0.25/0.81+ 0.12/0.64] = -31.36°С.
4.6.5. Сравним варианты распределения температур по сечению конструкции. Для этого построим соответствующие диаграммы с результатами расчета (рис. 3)
В первом варианте (слой утеплителя расположен снаружи кладки) температура в кладке падает всего на 4.66°С, таким образом, несущий слой всегда будет находиться в области положительных температур, а диапазон их колебаний будет оставаться небольшим даже при больших амплитудах суточных и сезонных колебаний температуры наружного воздуха. Это уменьшает размер температурных деформаций в кладке и, следственно, вероятность образования деформационных напряжений и трещин. Пологий наклон графика температур показывает, что при временном отключении систем отопления наружу будет отдаваться небольшое количество тепла, что обеспечит термостабильность внутренней среды помещения. За счет того, что кладка (несущий слой) даже при экстремальных похолоданиях будет находиться в области положительных температур, снижается вероятность образования конденсата и исключается возможность его замерзания в теле кладки несущей конструкции.
Рисунок 3. Распределение температур в ОК при различных вариантах положения слоя утеплителя
Во втором варианте, кода слой утеплителя расположен со стороны внутренней среды здания, температура в кладке в зимнее время будет находиться в области отрицательных температур. Таким образом, при резких изменениях температуры воздуха в годовом ходе, а также при резкой смене погодных условий (потепление, похолодание) кладка будет подвергаться воздействию больших температурных колебаний, что может привести к появлению в ней трещин от температурных деформаций.
Кроме того, в переходные сезоны года, когда в суточном ходе температура наружной среды переходит через 0°С, в кладке может накапливаться конденсат, а при положении нулевой изотермы внутри несущего слоя конструкции будет происходить его замерзание и, как следствие, появится возможность образования трещин, связанных с увеличение объема воды при превращении ее в лед (физическое выветривание).
Таким образом, положение слоя утеплителя в ограждающей конструкции в общем случае не влияет на значения температур внутренней и наружной поверхности. Несмотря на это в конструктивном отношении слой утеплителя целесообразно располагать с внешней стороны ограждающих конструкций жилых домов и других зданий, к помещениям которых предъявляется требования поддержания стабильной положительной температуры в течение всего времени их эксплуатации (суток, года).