Тентовые ангары: теплозащитные характеристики.

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:

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:

R0= (1)

R0=, (2)

 

где:

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:

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:

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:

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:

- 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:

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

где:

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: