Сопротивление тепловосприятию

Контрольная работа по теплофизике

№ 7

1. Сопротивление теплопередачи Так как тепловой поток, проходящий через ограждение, встречает на своем пути некоторое препятствие свободному перемещению, в практических расчетах удобно пользоваться величинами сопротивлений, которые выражают разность температур на границах того или иного слоя, приходящуюся на единичную плотность теплового потока:, м2К/Вт. Различают следующие сопротивления:

— термическое сопротивление слоя (сопротивление при прохождении тепла через слой конструкции) ;

— термическое сопротивление ограждения, состоящего из нескольких слоев ;

— сопротивление тепловосприятию (сопротивление при переходе тепла от внутреннего воздуха к внутренней поверхности ограждения), обычно при расчетах коэффициент тепловосприятия не рассчитывается по приведенным выше формулам, а принимается по справочнику;

— сопротивление теплоотдаче (сопротивление при переходе тепла от наружной поверхности к наружному воздуху), коэффициент теплоотдачи принимается по справочнику;

— сопротивление теплопередаче ограждения, кроме того, .

Сопротивления тепловосприятию и теплоотдаче часто объединяют общим названием сопротивлений теплообмена у внутренней и наружной поверхностей. Несмотря на то, что их численные значения малы по сравнению с сопротивлением теплопередаче (например, для стен Rв = 0,115, Rн=0,043 м2К/Вт), но они сопоставимы с термическими сопротивлениями материальных слоев (так, сопротивление 15-ти миллиметрового слоя сухой штукатурки приблизительно равно 0,08 м2К/Вт, а сопротивление глиняного кирпича составляет порядка 0,16 — 0,22 м2К/Вт). Для определения термического сопротивления ограждения необходимо знать коэффициенты теплопроводности материалов, составляющих ограждение, а также размеры слоев. R не зависит от порядка расположения слоев, но другие теплотехнические показатели ограждения (теплоустойчивость, распределение температуры в ограждении и его влажностный режим) зависят, поэтому принято нумеровать слои многослойного ограждения, и нумерация ведется последовательно от внутренней поверхности ограждения к наружной. Пользуясь уравнением сопротивления теплопередаче ограждения можно определить толщину одного из его слоев (чаще всего утеплителя — материала с наименьшим коэффициентом теплопроводности), при котором ограждение будет иметь заданную (требуемую) величину сопротивления теплопередаче. Тогда требуемое сопротивление утеплителя можно вычислить как

где — сумма термических сопротивлений слоев с известными толщинами, а минимальную толщину утеплителя — так:. Для дальнейших расчетов толщину утеплителя необходимо округлять в большую сторону кратно унифицированным (заводским) значениям толщины того или иного материала. Например, толщину кирпича — кратно половине его длины (60 мм), толщину бетонных слоев — кратно 50 мм, а толщину слоев из иных материалов — кратно 20 или 50 мм в зависимости от шага, с которым они изготавливаются на заводах. При ведении расчетов сопротивлениями удобно пользоваться из-за того, что распределение температур по сопротивлениям будет являться линейным, а значит расчеты удобно вести графическим способом. В этом случае угол наклона изотермы к горизонту в каждом слое одинаков и зависит только от соотношения разности расчетных температур и сопротивления теплопередачи конструкции. А тангенс угла наклона есть не что иное как плотность теплового потока, проходящего через данное ограждение:

.

При стационарных условиях плотность теплового потока постоянна во времени, и значит,

где Rх — сопротивление части конструкции, включающее сопротивление теплообмену внутренней поверхности и термические сопротивления слоев конструкции от внутреннего слоя до плоскости, на которой ищется температура. Тогда. Например, температура между вторым и третьим слоем конструкции может быть найдена так:

.

2. Коэффициент теплопроницания Количество теплоты, проходящей через ограждение, пропорционально разности температур воздуха с одной и с другой стороны ограждения, площади ограждения и времени, в течение которого происходит передача теплоты, и, кроме того, зависит от теплотехнических свойств самого ограждения. Количество теплоты Q, передаваемой ограждением, определяется по формуле

Q=k*(Tвн-Тн)*F*t

где k — коэффициент, зависящий от теплотехнических свойств ограждения и называемый коэффициентом теплопередачи, Вт/(м2 * °С);

Tвн — температура воздуха с внутренней стороны ограждения, °С;

Тн — температура воздуха с наружной стороны ограждения, °С;

F — площадь ограждения, м2;

t — продолжительность передачи теплоты, с.

Для выяснения физического смысла коэффициента теплопередачи ограждения положим в формуле, что

Tвн-Тн = 1 °C, F = 1 м², t = 1 с,

тогда k = Q,

Следовательно, коэффициент теплопередачи ограждения измеряется количеством теплоты, Дж, которое будет проходить в течение 1 с через 1 м² ограждения при разности температур воздуха с одной и с другой его стороны, равной 1 °C. Если вместо температур воздуха с одной и с другой стороны ограждения будут известны температуры на поверхностях ограждения, то формула Q примет вид: Q=?*(Tпов вн-Тпов н)*F*t где? — коэффициент, зависящий от теплотехнических свойств ограждения и называемый коэффициентом теплопроницания ограждения, ВтДм2 * °С); Tпов вн — температура внутренней поверхности ограждения, °С; тн — температура наружной поверхности ограждения, °С. Размерность коэффициента теплопроницания, Вт/(м2- °С), одинакова с размерностью коэффициента теплопередачи, разница между ними только в том, что k относится к 1 °C разности температур воздуха с одной и с другой стороны ограждения, а ?- к 1 °C разности температур на одной и другой поверхности ограждения.

3. Термическое сопротивление ограждения Термическое сопротивление ограждения, состоящего из нескольких слоев

;

Для определения термического сопротивления ограждения необходимо знать коэффициенты теплопроводности материалов, составляющих ограждение, а также размеры слоев. R не зависит от порядка расположения слоев, но другие теплотехнические показатели ограждения (теплоустойчивость, распределение температуры в ограждении и его влажностный режим) зависят, поэтому принято нумеровать слои многослойного ограждения, и нумерация ведется последовательно от внутренней поверхности ограждения к наружной. Пользуясь уравнением сопротивления теплопередаче ограждения можно определить толщину одного из его слоев (чаще всего утеплителя — материала с наименьшим коэффициентом теплопроводности), при котором ограждение будет иметь заданную (требуемую) величину сопротивления теплопередаче. Тогда требуемое сопротивление утеплителя можно вычислить как

где — сумма термических сопротивлений слоев с известными толщинами, а минимальную толщину утеплителя — так:. Для дальнейших расчетов толщину утеплителя необходимо округлять в большую сторону кратно унифицированным (заводским) значениям толщины того или иного материала. Например, толщину кирпича — кратно половине его длины (60 мм), толщину бетонных слоев — кратно 50 мм, а толщину слоев из иных материалов — кратно 20 или 50 мм в зависимости от шага, с которым они изготавливаются на заводах. При ведении расчетов сопротивлениями удобно пользоваться из-за того, что распределение температур по сопротивлениям будет являться линейным, а значит расчеты удобно вести графическим способом. В этом случае угол наклона изотермы к горизонту в каждом слое одинаков и зависит только от соотношения разности расчетных температур и сопротивления теплопередачи конструкции. А тангенс угла наклона есть не что иное как плотность теплового потока, проходящего через данное ограждение:

.

При стационарных условиях плотность теплового потока постоянна во времени, и значит,

где Rх — сопротивление части конструкции, включающее сопротивление теплообмену внутренней поверхности и термические сопротивления слоев конструкции от внутреннего слоя до плоскости, на которой ищется температура. Тогда

.

4. От чего зависит сопротивление теплопередаче многослойного ограждения Сопротивление теплопередаче ограждения

кроме того, .

Сопротивление ограждения теплопередаче зависит от термического сопротивления каждого однородного по материалу слоя, составляющего конструкцию ограждения. Для определения термического сопротивления ограждения необходимо знать коэффициенты теплопроводности материалов, составляющих ограждение, а также размеры слоев. R не зависит от порядка расположения слоев, но другие теплотехнические показатели ограждения (теплоустойчивость, распределение температуры в ограждении и его влажностный режим) зависят, поэтому принято нумеровать слои многослойного ограждения, и нумерация ведется последовательно от внутренней поверхности ограждения к наружной. Пользуясь уравнением сопротивления теплопередаче ограждения можно определить толщину одного из его слоев (чаще всего утеплителя — материала с наименьшим коэффициентом теплопроводности), при котором ограждение будет иметь заданную (требуемую) величину сопротивления теплопередаче. Тогда требуемое сопротивление утеплителя можно вычислить как

где — сумма термических сопротивлений слоев с известными толщинами, а минимальную толщину утеплителя — так:

.

5. Нормирование сопротивления теплопередаче наружных ограждений При проектировании наружных ограждений зданий необходимо задаваться минимально допустимыми значениями сопротивлений теплопередаче Rо, обеспечивающими теплозащитные качества ограждения. Нормирование Rо основано на принципах обеспечения санитарно-гигиенических требований внутри помещения и ограничения теплопотерь в отопительный период. Поэтому при проектировании наружных ограждений необходимо определять два значения требуемых сопротивлений теплопередаче (одно — исходя из санитарно-гигиенических условий, другое — исходя из условий энергосбережения), из которых для дальнейших расчетов нужно выбрать наибольшее. Нормирование сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных) по санитарно-гигиеническим условиям построено на принципе поддержания на внутренней поверхности ограждения температуры, при которой на ней не образовывался бы конденсат, то есть температура внутренней поверхности должна быть не ниже точки росы, а для большей надежности — несколько выше ее. Как отмечалось ранее, температуры поверхностей не нормируются, но зато нормами ограничивается температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой на внутренней поверхности ограждения:

max.

Тогда, при стационарном режиме теплопередачи

и .

Значит, а

тепловой поток сопротивление ограждение где tв — расчетная температура внутреннего воздуха помещения, °С; tн — расчетная зимняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки, °С; ?в — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2°С). Требуемое сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения (которое в большинстве случаев является определяющим в теплотехническом расчете) определяется исходя из величины градусо-суток отопительного периода (то есть когда среднесуточные температуры наружного воздуха опускаются ниже +8 оС) района строительства, которая зависит от расчетной температуры внутреннего воздуха, средней температуры отопительного периода и продолжительности этого периода: (обозначается как Dd). То есть чем ниже температура tоп или чем больше продолжительность периода отопления zоп, тем и сопротивление теплопередаче конструкции должно быть больше. Значения самих сопротивлений определяются либо по формуле, где R — минимальное сопротивление теплопередачи ограждения в регионах без отопительного периода,? — связующий коэффициент. Значения R и? приведены в справочнике (там они обозначены как b и a соответственно). Кроме этого, значения можно определить по той же таблице в зависимости от ГСОП интерполяцией. Требуемое сопротивление теплопередаче дверей и ворот, а также светопрозрачных конструкций (окон, балконных дверей, фонарей) следует определять по справочнику в зависимости от величины ГСОП района строительства. Необходимо отметить, что при проектировании светопрозрачных ограждений жилых и общественных зданий должны соблюдаться условия, ограничивающие максимальную площадь оконных заполнений в соотношении с общей площадью фасадов зданий.