pdf.php@id=6162

Продолжение табл. I.l

П р и м е ч а н и е . /|3ч —средняя температура наружного воздуха в 13 ч самого жаркого месяца.

§ 2. ОСНОВЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

Теплопередача является физическим процессом обмена теплом между средами, имеющими разные температуры. Этот сложный про­ цесс можно разделить на три элементарных вида теплообмена: тепло­ проводность, конвекция и лучеиспускание.

В простейшем виде эти формы теплообмена могут быть охарак­

как передачу тепла в теле от частицы к частице, когда не происходит их перемещения. Таким образом осуществляется переход тепла в

Согласно закону Фурье тепловой поток qT в ккал1м2-ч в теле, где передача тепла происходит посредством теплопроводности, про­

Множитель пропорциональности в этой формуле Я есть коэф­ фициент теплопроводности с размерностью ккал/м-ч-град.

В случае когда в стационарных условиях (неизменных во вре­ мени) происходит передача тепла через плоскую однородную стенку (рис. 1.3, а) в направлении, перпендикулярном ее поверхности (одномерное температурное поле), уравнение теплопроводности мож­ но записать в виде:

в м\ tx и t2 — температуры на ее поверхностях в град; F — площадь поверхности стенки в мг.

К о н в е к т и в н ы м т е п л о о б м е н о м называют перенос тепла в жидкостях или газах перемещающимися частицами.

12

нально соответствующей разности температур в первой степени. Множителями пропорциональности в этих зависимостях являются показатели проводимости тепла. Для различных видов процесса в формулах (1.2), (1.3), (1.5), (1.6) показателями проводимости тепла являются Я/6, ак, ал, К.

Процесс теплообмена аналогичен по принятому математическо­ му описанию процессу передачи электрического тока (рис. 1.4, а).

тельное расположение сопротивлений

В соответствии с законом Ома для расчета электропередачи также принята линейная зависимость между силой тока / и разностью напряжений (иг — (/2), согласно которой

(1-7)

Множителем пропорциональности является величина 1IR, обрат­ ная электрическому сопротивлению R среды, через которую проис­

14

В случае сложного процесса теплопередачи, когда термические сопротивления расположены последовательно по направлению дви­ жения тепла (рис. 1.4, в), общее термическое сопротивление R равно сумме этих термических сопротивлений Rt:

Если сопротивления расположены параллельно (рис. 1.4, б) относительно проходящего через них потока тепла, то общая прово­ димость такой системы 1IR равна сумме параллельно расположен­ ных проводимостей 1 IRt:

(1.9)

Свойства процесса теплопередачи, которые полностью аналогичны соответствующим случаям в электропередаче, удобно использовать при расчете сложных конструкций ограждений, когда по ходу дви­ жения тепла имеются последовательно и параллельно соединенные элементы.

§ 3. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ЧЕРЕЗ ОГРАЖДЕНИЯ

Переход тепла из помещения к наружной среде через огражде­ ния является сложным процессом теплопередачи. При обычных ус­ ловиях температура внутренней поверхности наружных ограждений тв ниже температуры воздуха помещения tB и ниже температуры поверхности внутренних ограждений, обращенных в помещение, tR. В связи с этим происходит поступление тепла на поверхность наружного ограждения от воздуха конвекцией и от внутренних ограждений излучением.

Если условно принять, как это обычно делают в практических расчетах, что температуры внутреннего воздуха и поверхностей внутренних ограждений помещения равны между собой tB= tRy то количество тепла Qx (см. рис. 1.5, а), воспринятое внутренней поверхностью наружного ограждения за счет конвективного и лу­

где ав есть коэффициент теплообмена на внутренней поверхности ограждения в ккал/м2-ч-град, a RB— сопротивление теплообмену на внутренней поверхности.

15

Передача тепла конвекцией и лучеиспусканием происходит в данном случае как бы параллельно, поэтому для получения резуль­ тирующей проводимости в соответствии с формулой (1.9) необхо­ димо сложить составляющие проводимости

Наружная поверхность теплотеряющего ограждения также передает тепло окружающей среде конвекцией и излучением. Конвек­ цией тепло передается наружному воздуху, а излучением — окру­ жающим, более холодным поверхностям. Обычно также условно

Рис. I. 5. Теплопередача через ограждения

а—однослойное ограждение; б —многослойное ограждение; в—определение температу­ ры в произвольном сечении ограждения

принимают, что окружающие здание поверхности имеют температу­ ру наружного воздуха, тогда количество отданного наружной поверхностью тепла Q3, как и в формуле (1.10), будет равно:

Количество тепла Q2, проходящее через толщу ограждения, оп­ ределяется разностью температур на его поверхностях и конструк­ цией ограждения. Если ограждение однослойное и состоит из од­

16

В условиях установившегося теплового состояния, когда внут­ ренняя и наружная температуры и другие характеристики процес­ са остаются неизменными во времени, количество тепла Ql9 воспри­ нятое внутренней поверхностью ограждения, будет равно количест­ ву тепла Q2, проходящему через толщу ограждения, и количеству тепла Q3, отдаваемому наружной поверхностью:

Общая формула для определения количества тепла Q, теряемого по­ мещением через данное ограждение, может быть получена из выра­ жений (1.8), (1.11), (1Л4), (1.15) в виде

Поток тепла последовательно преодолевает сопротивления теп­ лообмену на внутренней поверхности Яв, теплопроводности материа­ ла ограждения RT и теплообмена на наружной поверхности /?н> поэтому с учетом выражения (1.8) общее сопротивление теплопереда­ че через ограждение R0 равно сумме этих сопротивлений, т. е.

Если ограждение многослойное и состоит из нескольких плоских слоев материала, расположенных перпендикулярно направлению теплового потока (например, внутренняя штукатурка, кирпичная стенка, наружная штукатурка), то термическое сопротивление самой толщи ограждения RTбудет равно сумме термических сопротивлений отдельных слоев ограждения Rn:

Плоская воздушная прослойка, расположенная в ограждении перпендикулярно направлению теплового потока, также должна быть учтена в этой сумме как дополнительное последовательно рас­ положенное сопротивление RB.n-

Таким образом, в общем случае сложной многослойной конструк­ ции с воздушной прослойкой (рис. 1,5, б) общее сопротивление теп­ лопередаче через ограждение равно:

где 6Ли Хп — толщины и коэффициенты теплопроводности отдель­

рукция которого неоднородна по площади поверхности ограждения, перпендикулярной тепловому потоку. В этом случае нарушается одномерность температурного поля и для точного решения необхо­ дим расчет сложного двухмерного температурного поля.

Если поверхность ограждения разбить на отдельные площади, в пределах которых конструкция однородна в направлении теплово­ го потока, и условно считать, что в пределах такой площади сохра­ няется одномерность температурного поля, то можно для теплового расчета воспользоваться формулами (1.8) и (1.9). Термическое со­ противление толщи ограждения RT в (1.18) в соответствии с фор­ мулой (1.9) получает выражение

(1.22)

R T

Здесь Fn — отдельные площади ограждения в ж2, в пределах которых конструкция однородна в направлении, перпендикуляр­ ном тепловому потоку; Rn — термическое сопротивление толщи ог­ раждения в пределах этих площадей в град-м2-ч/ккал.

Если конструкция ограждения состоит из неоднородных мате­ риалов в направлении как параллельном, так и перпендикулярном тепловому потоку и толщины слоев и стороны отдельных площадей имеют размеры одного порядка, то пользуются следующим услов­ ным расчетным методом. Определяют сопротивление теплопровод­ ности толщи ограждения по формуле (1.22) и обозначают эту вели­ чину Rt]|, подчеркивая этим обозначением, что сопротивление определено в результате разбивки площади ограждения сечениями, параллельными тепловому потоку.

Затем разбивают ограждение на характерные слои плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку. Определяют термические сопротивления этих слоев, пользуясь формулой (1.22), щсуммируют их между собой в соответствии с формулой (1.8) как термические сопротивления слоев, последовательно расположенных по направле­ нию потока тепла. Полученную таким образом величину термическо­ го сопротивления толщи ограждения обозначают Rr±, в связи с тем что эта величина рассчитана разбивкой ограждения на слои плоско- 01 ями, перпендикулярными направлению теплового потока.

18

Установлено, что в данном случае фактическая величина сопро­ тивления теплопроводности которую надо подставлять в фор­ мулы (1.20), приблизительно равна:

(1.23)

Для решения многих задач нужно не только определить количест­ во тепла, которое проходит через ограждение, но и установить распределение температуры на его поверхности и в толще.

Из рассмотрения уравнений (1.11) — (1.17), а также в связи с электротепловой аналогией можно установить, что падение темпера­ туры в пределах каждого слоя многослойного ограждения пропор­ ционально его термическому сопротивлению. Перепад между тем­ пературами воздуха помещения и внутренней поверхностью ограж­ дения tB— тв равен:

где, кроме известных обозначений, RB—X— сопротивление тепло­ передаче от внутреннего воздуха до сечениях в толще ограждения.

§ 4. ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТЬ ОГРАЖДЕНИЯ

Условия теплопередачи через ограждения часто отличаются от стационарных. Температура наружного воздуха постоянно изме­ няется, испытывая суточные, сезонные и другой продолжительности колебания. Температура внутреннего воздуха может колебать­ ся при изменении теплоотдачи нагревательных приборов, а также бытовых и технологических тепловыделений. Эти колебания тем­ пературы часто близки к гармоническим. Под их влиянием в ограж­ дении происходят изменения температур и тепловых потоков, на­ блюдается сложное явление нестационарной теплопередачи.

Свойство ограждений сопротивляться изменениям температуры

итепловых потоков называется т е п л о у с т о й ч и в о с т ь ю . Свойство теплоустойчивости проявляется в том, что волна коле­

баний температуры, проходящая через ограждение, гасится в нем.

2* 19

По направлению движения температурной волны амплитуда ее тем­ пературных изменений уменьшается и при определенных условиях может полностью затухать в толще ограждения. Способность ограж­ дения периодически аккумулировать и отдавать тепло под влиянием гармонических колебаний температуры его поверхности определяют к о э ф ф и ц и е н т о м т е п л о у с в о е н и я . Он равен отношению амплитуды колебания теплового потока Ад, проходящего через поверхность, к амплитуде колебания температуры поверхности А~в.

Если ограждение однородно и имеет большую толщину, то коэффициент теплоусвоения является одной из теплофизических характе­ ристик материала этого ограждения s. Величина s в ккал/м2-ч-град связана с другими характеристиками материала зависимостью

Колебания температурной волны по направлению ее движения че­ рез толщу ограждения уменьшаются по величине и запаздывают во времени. Амплитуда колебания температуры на внутренней поверх­ ности ограждения А-в будет значительно меньше амплитуды коле­

баний наружной температуры At . Отношение этих амплитуд при­

нимают за показатель сквозного затухания колебаний в ограждении v. Величина v зависит от теплоустойчивости ограждения и при­ ближенно может быть определена по формуле

фициент рв.п в формуле (1.29) учитывает возможное наличие в ог­ раждении воздушной прослойки. Он равен:

где Яъ и — сопротивление воздушной прослойки в ограждении. Если в ограждении нет воздушной прослойки, Рв.п = 1. Второй

29