Раздел 10 Теплопередача через плоскую стенку и ограждение

Раздел 10. Теплопередача через плоскую стенку и ограждение

Стенка и ограждение При теплопередаче различают два вида ограждающих конструкций: 1. Стена (стенка) - часть конструкции, в которой теплота передается только теплопроводностью (массивная часть строительной конструкции - слои материала, стекла, перекрытия и др. ). Для расчета стены задаются граничные условия ГУ-1 и ГУ-4 (распределение температур на поверхности и на границе слоев). В зависимости от конструкции стена может быть однослойной и многослойной.

2. Ограждение - конструкция или ее часть, в которой теплота передается одновременно несколькими способами (теплопроводностью, конвекцией, излучением). В состав ограждения входят все слои, препятствующие потере тепла (обладающие термическим сопротивлением) - слои материала (стена), пограничные слои, воздушные прослойки и др. Для расчета ограждения задаются граничные условия ГУ-2 и ГУ-3 (температуры воздуха по обе стороны ограждения, законы конвективного или лучистого теплообмена и др. ). Ограждение всегда термически многослойное, независимо от его конструкции.

Теплопроводность плоской стенки в стационарных условиях Из закона Фурье для слоя dx: Т 1, Т 2, q = const Разделяем переменные и интегрируем: δ Из граничных условий: ГУ-1:

Следовательно: - закон Ома для термической цепи - тепловая проводимость стенки, Вт/(м 2 °С); - температурный напор, °С; - термическое сопротивление стенки, м 2°С/Вт Аналогия законов Ома для электрических и термических цепей - электротепловая аналогия. - сила тока

Распределение температур в стенке (уравнение температурной кривой) - термическое сопротивление слоя толщиной х (слоя между точками Т 1 и х) Количество переданной теплоты через стенку площадью F за время τ

2. Многослойная стенка - наиболее распространенный вид ограждения Т Т 1 Т 2 Если T(x) = const, то нет аккумуляции теплоты в слоях, т. е. T(x) = const λ 3 q Т 3 λ 1 δ 2 Т 4 λ 2 q, T 2, T 3 = ? δ 3 По аналогии с однослойной стеной: (1)

Суммируем эти выражения: Тогда (2) В общем случае - закон Ома для термической цепи при последовательном соединении слоев - общее термическое сопротивление стенки равно сумме термических сопротивлений слоев

Распределение температур в многослойной стенке (уравнение температурной кривой) Из уравнений (1): В общем случае температура в произвольной точке х: где - сумма термических сопротивлений слоев, расположенных между точками 1 и 2 и точкой х.

Теплопередача через плоское ограждение теплопроводность q = const конвекция tв τв tн τн На внутренней поверхности ограждения обычно наблюдается естественная конвекция. На наружной поверхности ограждения вынужденная конвекция (из-за ветра). - коэффициенты конвективной теплоотдачи на внутренней и наружной поверхности ограждения

Теплопередача через плоское ограждение Через стенку теплота теплопроводность передается q = const теплопроводностью: конвекция tв τв tн τн Так как температурный перепад tв - tн постоянен, то:

или Суммируем эти выражения: Здесь - термические сопротивления теплообмену (двух погранслоев); - сумма термических сопротивлений слоев материала (многослойной стены)

Следовательно, плотность теплового потока через ограждение: - закон Ома для термической цепи справедлив и для случая ограждения Термическое сопротивление ограждения - равняется сумме термических сопротивлений внутреннего и наружного пограничных слоев, слоев материала стены и воздушных прослоек ∑Rвп

- коэффициенты конвективной теплоотдачи на внутренней и наружной поверхности ограждения принимаются по СНи. П 23 -022003 (или по старому СНи. П II-3 -79*) Не все стены омываются наружным воздухом. Тогда где n - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху (табл. 6 СНи. П 23 -02 -2003). Ограждающие конструкции Коэффициент n 1. Наружные стены и покрытия, зенитные фонари, перекрытия чердачные и над проездами; перекрытия над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне 1 2. Перекрытия над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытия чердачные (с кровлей из рулонных материалов); перекрытия над холодными подпольями и холодными этажами в Северной строит. зоне 0, 9 3. Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах 0, 75 4. Перекрытия над неотапл. подвалами без светопроемов в стенах, расположенные выше уровня земли 0, 6

Тепловой поток, переданный через участок ограждения площадью F и термическим сопротивлением R 0, Вт Распределение температур в многослойном ограждении (уравнение температурной кривой) где - сумма термических сопротивлений слоев, расположенных между точками 1 и 2 и точкой х, включая слои материала, пограничные слои (внутренний или наружный) и воздушные прослойки.

Минимально допустимое (требуемое) сопротивление теплопередаче Наружные ограждающие конструкции зданий должны удовлетворять: - требуемому сопротивлению теплопередаче - минимальной температуре, равной температуре точки росы td , при расчетных условиях внутри помещения на всех участках внутренней поверхности ограждений

1. В зависимости от типа помещения требуемое сопротивление теплопередаче R 0 req , м·°С/Вт принимается: а) по табл. 4 СНи. П 23 -02 -2003 в зависимости от градусосуток (ГСОП) района строительства , Dd, °С·сут для: • жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы и общежития • общественные, кроме указанных выше, административные и бытовые, производственные и другие здания и помещения с влажным или мокрым режимом • производственные с сухим и нормальным режимами где

tint - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания для соответствующих зданий в интервале 16 -22 °С; Тип здания Температура воздуха внутри здания tint, С Допустимая относит. влажность воздуха, % 1. Жилые, школьные и др. общ. здания (кроме привед. в пп. 2 и 3) 20*+2 55+5 21+1 55+5 22+1 55+5 2. Поликлиники учреждения и лечебные 3. Детские дошкольные учреждения * 21 °С в районах с расчетной температурой наиболее холодной пятидневки - 31 °С и ниже. tht , zht - средняя температура наружного воздуха и продолжительность отопительного периода по СНи. П 23 -01 для периода со средней суточной температурой наружного воздуха: - не более 10 °С - для лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых, - не более 8 °С - в остальных случаях.

б) для ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных) : • производственных зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м 3; • зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации (осенью или весной); • зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха 12 °С и ниже Δtn - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха (tint ) и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции (τint ). Установлен в пределах 4, 0. . . 4, 5°С для стен жилых, общественных зданий, больниц и т. д. (для полов, перекрытий - ниже); Δtn = tint - td - для производственных зданий с влажным режимом.

text - расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, для всех зданий, кроме производственных зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации, принимаемая равной температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0, 92 по СНи. П 23 -01 "Строительная климатология". В производственных зданиях, предназначенных для сезонной эксплуатации, в качестве расчетной температуры наружного воздуха принимается минимальная температура наиболее холодного месяца (средняя месячная температура января, уменьшенная на среднюю суточную амплитуду температуры воздуха наиболее холодного месяца по таблице 1* СНи. П 23 -01).

2. Невыпадение росы на внутренней поверхности ограждения обеспечивается выполнением условия ПС tint text int Δt 0 Температура внутренних поверхностей наружных ограждений здания, где имеются теплопроводные включения (диафрагмы, сквозные включения цементно-песчаного раствора или бетона, межпанельные стыки, жесткие соединения и гибкие связи в многослойных панелях, оконные обрамления и т. д. ), в углах и в оконных откосах, не должна быть ниже, чем температура точки росы воздуха внутри здания при расчетной относительной влажности и расчетной температуре внутреннего воздуха.