2. Теплопередача через однослойное ограждение

^{Стационарный тепловой поток формируется при неизменных во времени температурах внутреннего (t}_в^{) и наружного (t}_з^{) воздуха. Тогда температура в любом слое ограждающей конструкции не изменяется, поскольку не происходит нагревания или охлаждения этого слоя. Действительные условия теплопередачи отличаются от стационарных, однако в практических расчетах дают достаточную точность, необходимую для инженерных расчетов.}

^{Рассмотрим процесс перехода тепла (см. рис. 4.1) от внутреннего воздуха к наружному через однородную однослойную конструкцию толщиной δ с теплопроводностью λ. Условно можно выделить три этапа прохождения тепла.}

^{направление теплопередачи}

^α_в^{=1/ R}_{в λ} ^α_з^=1/R_з

^t_{в =} ^{22 оС}

^τ_в=16^{оС Q}_к

^Q_в ^Q_з

^R_в= ^t_в- ^τ_в ^R_к^{= τ}_в^{- τ}_з ^τ_з= ^{-2 оС R}_з^{= τ}_з^{- t}_з

^t_з^{=-12 оС}

^δ

^{Рис. 4.1 – Схема перехода тепла через однослойное ограждение}

1. ^{Тепловосприятие у внутренней поверхности. Передача тепла от внутреннего воздуха к поверхности происходит конвекцией и лучистым теплообменом. Совместное действие может характеризоваться коэффициентом теплоотдачи у внутренней поверхности α}_в^.

^{Величина α}_в ^{характеризует количество теплоты, перешедшей на 1 м2 площади ограждения за 1 час при разности температур 1 оС [Вт/(м2∙К)].}

^{Количество тепла (Q}_в^{, Вт), перешедшего на внутреннюю поверхность (площадью F, м2) с температурой (τ}_в^{. оС) может быть выражено зависимостью}

^{. (1)}

2. ^{Теплопередача через ограждение. Происходит теплопроводностью и согласно закону Фурье количество передаваемой теплоты равно}

^{, (2)}

где - теплопроводность материала, ^{Вт/(м∙К), зависящая от его плотности, влажностного состояния и условия єксплуатации.}

^{Теплоотдача у наружной поверхности. Происходит также конвекцией и лучистым теплообменом, характеризуется коэффициентом теплоотдачи у наружной поверхности, α}_з^{, Вт/(м2∙К). На величину α}_з ^{существенное влияние оказывает скорость ветра.}

^{Количество тепла (Q}_з^{, Вт), перешедшего от наружной поверхности с температурой (τ}_з^{, оС) к наружному воздуху может быть выражено зависимостью}

^{. (3)}

^{Общее количество теплоты (Q}_о^{, Вт), перешедшее от (t}_в^{) к (t}_з^{) равно}

^.

^{Решая это уравнение по правилу сложных пропорций, находим}

^{. (4)}

^{Величина - коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м2∙К).}

^{Тогда с учетом k}

^{. (5)}

^{Удельное количество тепла, проходящее через 1 м2 ограждения, равно}

^{. (6)}

^{В дальнейших расчетах индекс “o” опускается.}

3. Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций Однослойное однородное ограждение

^{Тепло, покидающее помещение, преодолевает сопротивления на всех рассмотренных (см. рис. 4.1) этапах.}

^{1. Сопротивление теплоотдаче у внутренней поверхности, Rв, м2∙К/Вт, характеризующее необходимую разность температур (тепловой напор), при котором 1 м2 поверхности ограждения отдает 1 кДж теплоты. Иначе оно называется сопротивлением тепловосприятию и определяется как}

^{. (7)}

^{2. Термическое сопротивление слоя}

^{. (8)}

3. ^{Сопротивление теплоотдаче у наружной поверхности}

^{. (9)}

^{Тогда полное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции такого типа, , находится как сумма рассмотренных сопротивлений по формуле}

^{. (10)}

^{Многослойное ограждение, состоящее из однородных слоев}

^{В таком случае термическое сопротивление конструкции равно сумме термических сопротивлений ее слоев, т.е. , а общее сопротивление находится как}

^{. (11)}

^{Замкнутые герметичные воздушные прослойки.}

^{За счет низкого значения теплопроводности воздуха воздушные прослойки часто используются в качестве теплоизоляции. Воздушная прослойка может быть герметичной или вентилируемой, в последнем случае ее называют воздушным продухом. Если бы воздух был в состоянии покоя, то его термическое сопротивление было бы очень высоким, Однако за счет теплопередачи конвекцией и излучением сопротивление воздушных прослоек падает.}

^{Сопротивление теплопередаче может быть найдено в зависимости от толщины, положения (вертикальная или горизонтальная) и температуры внутри (положительная или отрицательная) прослойки.}

Уменьшить поток тепла можно покрытием теплой поверхности (для избежания конденсата) фольгой, применив т.н. “армирование”. Лучистый поток уменьшается примерно в 10 раз, а сопротивление увеличивается вдвое. Иногда в воздушную прослойку вводятся сотовые ячейки из фольги, которые уменьшают и конвективный теплообмен, однако такое решение не долговечно.

^{Применение отражающей теплоизоляции (фольга плюс вспененный полиэтилен) может значительно увеличить сопротивление теплопередаче воздушной прослойки.}

^{Термическое сопротивление неоднородных конструкций}

^{В конструкциях могут находиться теплопроводные включения (бетонные ребра в стеновых панелях, колонны, перемычки над окнами и т.п.) или теплоизоляционные материалы (утеплитель в облегченной кирпичной кладке) существенно меняющие сопротивление теплопередаче ограждения.}

^{В таких случаях определяется приведенное сопротивление теплопередаче, т.е. сопротивление условного ограждения с одномерным температурным полем той же площади, что и двумерное.}

^{Если известны термические сопротивления j-х участков однородных зон R}_j ^{и их площади F}_j^{, то приведенное сопротивление для участка ограждения общей площадью F определяется по формуле}

. (12)

^{Тепловые потоки искажаются и вместо одномерного вида распределения имеется более сложная плоская или пространственная. В таких случаях, на основании экспериментальных исследований либо численного моделирования определяется значение R}_j ^{по формуле}

^{. (13)}

^{где , - средние температуры внутренней и внешней поверхностях термически однородной зоны, оC, соответственно;}

^{qj – плотность теплового потока через термически однородную зону, Вт/м2;}

^{Для типовых узловых соединений достаточно определить значение линейного коэффициента теплопередаче теплопроводного включения, kj, Вт/(мК), а затем приведенное сопротивление находить следующим образом}

. (14)

^{В этой формуле L}_j ^{– длина теплопроводного включения, м. Таким линейным включением может быть стык плит перекрытия с наружной стеной, перемычки или монолитные пояса над проемами и т.п.}

^{Температурные поля строятся с использованием специальных программ (ELCUT, THERM и т.д.) или могут быть рассчитаны по математическим моделям самостоятельно.}