9485

Недостатком такого решения является влияние атмосферных воздействий непосредственно на теплоизоляционный материал, что вызывает необходи-

мость в устройстве специального защитного слоя, т.к. обычные теплоизоляци-

онные материалы обладают малой коррозионной стойкостью. Устройство плотного защитного слоя может привести к такому положению, когда более выгодной окажется конструкция с расположением теплоизоляции с внутренней стороны ограждения (рис. 3.2, б) с дополнительным при необходимости паро-

изоляционным слоем на внутренней поверхности.

Одномерное температурное поле ограждения может быть рассчитано дос-

таточно просто (рис. 3.3). Его теплозащитные свойства определяются сопро-

тивлением теплопередаче ограждения Rо, которое равно сумме сопротивлений теплопередаче отдельных материальных слоев Ri, воздушной прослойки Rв.п и

Рис. 3.3. Одномерное температурное поле многослойного ограждения

50

Распределение температуры по сечению ограждения tх определяется по формуле:

где tв и tн – температуры внутренней и наружной сред;

Rв-х – сопротивление теплопередаче от внутренней среды до сечения х.

3.2. Особенности теплопередачи через отдельные конструкции

ограждений при стационарном режиме

Стационарная теплопередача через характерные конструкции наружных ограждений рассматривается в специальной технической и справочной литера-

туре, например [4, 8]. В них приведено решение следующих задач теплообмена в стационарных режимах теплопередачи.

Интенсивность теплопередачи при двухмерном температурном поле, воз-

никающем при наличии в конструкции теплопроводных включений в виде об-

рамляющих ребер панелей, обрамлений оконных проемов, внутренних и внеш-

них выступающих частей, примыкании внутренних конструкций к наружным и т.д. Теплопередача через «тонкое» и «толстое» ребро, которая широко распро-

странена в отопительной технике, при расчете передачи теплоты через перего-

родку или внутреннее перекрытие в стыке с наружной стеной. Теплопередача ограждения с проемом в виде откоса оконного проема, который можно пред-

ставить как торец «толстого» ребра.

Приведено два метода расчета двухмерных температурных полей в инже-

нерной практике: метод сеток и графический метод. Показано, что изменения в конструкции ограждения (угол, стык, откос, включения и пр.) вызывают нару-

шение одномерности температурного поля на расстоянии до двух калибров по ширине ограждения. Поэтому для всех случаев двухмерных полей в огражде-

нии введен так называемый фактор формы f, определяемый для двух калибров.

За один калибр для реальных ограждений (многослойных, имеющих конечные

51

значения сопротивления теплообмену) принимают условную толщину одно-

родного ограждения с сопротивлением теплопередаче Rо и коэффициентом те-

плопроводности . Ширина аi в два калибра для определения фактора формы равна:

В расчете потерь теплоты помещением площадь ограждений принимают

по наружному обмеру. В этом случае f следует определять по наружной по-

верхности.

Даны решения задач теплопередачи через конструкции ограждений со сквозными и несквозными теплопроводными включениями. Определяются две величины: наинизшая температура на внутренней поверхности ограждения в зоне включения; теплопотери через эту зону.

3.3. Приведенное сопротивление теплопередаче сложного ограждения

Конструкции ограждений современных зданий из крупноразмерных эле-

ментов имеют определенное своеобразие. По площади наружной стены практи-

чески нет участков, в пределах которых передачу теплоты можно было бы счи-

тать проходящей по одномерной схеме. За счет этого потери теплоты по всей площади ограждения оказываются часто большими, чем теплопотери, рассчи-

танные в предположении одномерности температурного поля. В практике про-

ектирования проведение такого расчета оказывается сложным.

Для правильного расчета теплопотерь через ограждения сложной конст-

рукции используют так называемое приведенное сопротивление теплопередаче ограждения Rопр . Приведенным называется сопротивление теплопередаче тако-

го условного ограждения с одномерным температурным полем, потери теплоты через которое при одинаковой площади равны теплопотерям сложного ограж-

дения с двухмерным температурным полем.

52

В результате рассмотрения теплопередачи в двухмерных элементах опре-

делены факторы формы fi для каждого случая. В таблице 3.1 дан сводный пере-

чень их значений.

Таблица 3.1

Значения факторов формы элементов ограждения

В формуле (3.5) K и Kт.в – коэффициенты теплопередачи, рассчитанные соот-

ветственно по сечению основной конструкции ограждения и по сечению тепло-

проводного включения. Остальные значения принимаются по формуле (3.4).

Рис. 3.4. График зависимости фактора формы fст для стыка наружной стены и внутренней перегородки от отношения 2/ 1: 1 – по наружному обмеру; 2 – по внутреннему обмеру

53

Величины f показывают, во сколько раз общие теплопотери через едини-

цу длины характерного элемента шириной в два калибра больше основных.

Общие теплопотери ограждениями, имеющих несколько двухмерных элемен-

тов разной протяженности l и с различными значениями f можно определить в виде суммы:

С помощью приведенного сопротивления теплопередаче Rопр величина Q

может быть определена по формуле

Приравнивая (3.6) и (3.7), получим аналитическую зависимость для опре-

деления Rопр ограждения в виде

3.4. Теплопередача герметичной и вентилируемой воздушных прослоек

Герметичные воздушные прослойки

Устройство воздушной прослойки является распространенным приемом теплозащиты. Прослойку используют в конструкциях окон, витражей, наруж-

ных стен и перекрытий, для экранирования при защите от излучения и как гра-

витационный побудитель для интенсификации конвективного теплосъема с обогревающих или охлаждающих устройств, а также для предупреждения пе-

реувлажнения конструкций.

Сопротивление теплопередаче воздушной прослойки Rв.п не может быть определено как сопротивление теплопроводности слоя воздуха, т.к. передача теплоты через воздушную прослойку от одной поверхности к другой происхо-

дит совместно теплопроводностью, конвекцией и излучением. Поток теплоты

54

от одной стенки к другой можно представить в виде суммы конвективной qк и

лучистой qл составляющих:

Конвективный (включает передачу теплоты через воздух посредством те-

плопроводности) теплообмен qк в воздушной прослойке от одной поверхности к другой равен:

где к – коэффициент конвективного теплообмена, отнесенный к разности температур 1 2 на поверхностях прослойки.

Конвективный теплообмен в прослойке связан с циркуляцией воздуха.

При ламинарном режиме течения (Gr·Pr 1000) критическая толщина прослой-

ки кр, мм, для которой сохраняется ламинарный режим течения:

где л – коэффициент лучистого теплообмена.

Коэффициент л определяется по общей формуле л прСob и при средней температуре 0 °С, b = 0,81: л = 3,95 Вт/(м2·оС).

Наиболее эффективная толщина прослойки для вертикальных слоев в ог-

раждении равна 76...95 мм. Обычно в условиях ограждения утолщение про-

слойки более 50 мм не рационально, т.к. это незначительно уменьшает тепло-

55

передачу. В конструкции покрытия здания воздушную прослойку можно рас-

положить наклонно. Угол наклона при Gr·Pr 1000 не влияет на теплопередачу.

При других режимах величину к при заданном угле наклона можно опреде-

лить линейной интерполяцией между его значениями при вертикальном и гори-

зонтальном расположениях.

Нормативные данные сопротивления теплопередаче воздушных прослоек приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 Термические сопротивления герметичных воздушных прослоек

Вентилируемые воздушные прослойки

Рассмотрим стационарный тепловой режим ограждения с воздушной прослойкой, через которую непрерывно продувается воздух (рис. 3.5). Венти-

лируемая прослойка отделена от помещения с температурой tв внутренней ча-

стью конструкции, имеющей коэффициент теплопередачи Kв.

Наружная часть конструкции имеет коэффициент теплопередачи Kн и от-

деляет продух от наружного воздуха с температурой tн. Воздух в прослойку по-

ступает с температурой tо (в общем случае отличной от tн и tв) и, проходя через нее, изменяет свою температуру. На некотором расстоянии lкр поток воздуха приобретает некоторую неизменную температуру tв.п, зависящую только от ус-

ловий передачи теплоты через ограждение и не связанную с его начальной тем-

пературой.

56

Рис. 3.5. К выводу уравнения теплопередачи через ограждение с вентилируемой воздушной прослойкой

Наружная часть конструкции имеет коэффициент теплопередачи Kн и от-

деляет продух от наружного воздуха с температурой tн. Воздух в прослойку по-

ступает с температурой tо (в общем случае отличной от tн и tв) и, проходя через нее, изменяет свою температуру. На некотором расстоянии lкр поток воздуха приобретает некоторую неизменную температуру tв.п, зависящую только от ус-

ловий передачи теплоты через ограждение и не связанную с его начальной тем-

пературой.

Задача состоит в определении температуры воздуха t в произвольном се-

чении прослойки и в определении теплопередачи через такую конструкцию.

Определим температуру tв.п по формуле (3.3):

57

Значения Kв и Kн равны

где Kв и Kн – коэффициенты теплопередачи внутренней и наружной части ог-

раждения от поверхностей воздушной прослойки;

к – коэффициент конвективного теплообмена одной поверхности с воздухом,

движущимся в прослойке со скоростью v, м/с.

Среднее значение к, Вт/(м2·оС), для воздуха по длине прослойки при ла-

минарном режиме движения (Re 2 103) в канале

t – разность температур воздуха и поверхности воздушной прослойки;

d – эквивалентный диаметр, равный d 4F , (F – площадь и Р – периметр ка-

Р

нала), для прослойки (щелевой канал) d = 2 .

Коэффициент в формуле (3.18) отличается от 1,0 для каналов, длина ко-

торых l меньше 50d.

При турбулентном режиме течения (Re 2 103)

При малых расходах воздуха температура tв.п устанавливается на близком расстоянии от входа в прослойку и остается неизменной по всей длине про-

слойки. При определении сопротивления теплопередаче ограждения Rо величи-

ну Rв.п необходимо принимать

где к – определяется по (3.18) или (3.19);

л – определяется как и в формуле (3.14).

58

Расход воздуха j (рис. 3.6) в вентилируемой прослойке определяется гид-

равлическим расчетом, заключающимся в определении разности давлений р,

под влиянием которой происходит движение воздуха, и в получении расчетного расхода, при котором гидравлические потери в прослойке Н равны перепаду

давлений р.

Давление р равно сумме ветрового ( рv) и гравитационного ( рt) давлений:

где k1 и k2 – аэродинамические коэффициенты на входе в прослойку и на выходе из нее.

Рис. 3.6. Теплопередача через ограждение с прослойкой, вентилируемой за счет гравитационных сил и ветра

59