26
Дек
2016

Стационарная передача тепла через наружные ограждения

Переход тепла из помещения к наружной среде через ограждение является сложным процессом теплопередачи.

Стационарная передача тепла через наружные ограждения

Внутренняя поверхность наружного ограждения обменивается теплом с помещением. Сопротивление теплообмену на внутренней поверхности равно RB=1/αB.

Наружная поверхность отдает тепло наружному воздуху, окружающим поверхностям и небосводу. Сопротивление теплообмену на наружной поверхности ограждения равно Rн=1/αн.

В условиях установившегося температурного состояния, т. е. когда температуры и другие параметры процесса остаются неизменными во времени, тепло транзитом проходит из помещения через внутреннюю поверхность и толщу ограждения к его наружной поверхности и отдается наружной среде. При этом из условия сохранения энергии количество тепла, прошедшее через внутреннюю поверхность ограждения, равно количеству тепла, проходящему через толщу ограждения, и количеству тепла, отданному наружной поверхностью.

Тепло последовательно преодолевает сопротивление теплообмену на внутренней поверхности RB, теплопроводности материала ограждения RT и теплообмену на наружной поверхности RH, поэтому общее сопротивление теплопередаче ограждения R0 равно сумме этих сопротивлений:

image023

Если многослойное ограждение состоит из нескольких плоских слоев материала, расположенных перпендикулярно направлению теплового потока, то сопротивление теплопроводности толщи ограждения равно сумме сопротивлений теплопроводности отдельных слоев ограждения RT=ΣR.

image024

Стационарная теплопередача через ограждение

а - однослойное; б — многослойное; в — определение температуры в произвольном сечении ограждения.

Плоская воздушная прослойка, расположенная в ограждении перпендикулярно направлению теплового потока, также должна быть учтена в этой сумме как дополнительное последовательно включенное сопротивление Rвп.

Таким образом, в общем случае сложной многослойной конструкции с воздушной прослойкой сопротивление теплопередаче ограждения равно:

image025

Коэффициент теплопередачи ограждения k — величина, обратная его сопротивлению теплопередаче—в общем случае равен:

image026

где δ и λ — толщина и коэффициент теплопроводности отдельных материальных слоев в ограждении.

Сложнее рассчитать передачу тепла через ограждение, материал которого неоднороден в направлении, параллельном тепловому потоку. В этом случае нарушается одномерность температурного поля и для точного расчета необходимо решение сложного двухмерного температурного поля.

Если ограждение разбить на отдельные площади, в пределах которых конструкция однородна в направлении теплового потока, и условно считать, что в пределах каждой такой площади сохраняется одномерность температурного поля, то можно сопротивление теплопроводности толщи ограждения определить формулой

image027

где Fn— отдельные площади ограждения, в пределах которых конструкция однородна в направлении теплового потока;

Rn— сопротивление теплопроводности толщи ограждения в пределах этой площади.

Когда конструкция ограждения состоит из неоднородных материалов как в параллельном, так и в перпендикулярном тепловому потоку направлениях, а толщина слоев и стороны отдельных площадей одного порядка, пользуются условным нормативным расчетным методом.

Для решения многих инженерных задач нужно не только определять количество тепла, проходящего через ограждение, но и устанавливать распределение температуры на поверхностях и в его толще.

Из рассмотрения уравнений теплопередачи, а также в связи с электротепловой аналогией установлено, что падение температуры на каждом термическом сопротивлении, если оно расположено в ряду последовательно соединенных сопротивлений, составляющих общее термическое сопротивление ограждения, пропорционально его величине. Поэтому, например, перепад температуры между воздухом помещения и внутренней поверхностью ограждения равен:

image028

Температура на внутренней поверхности ограждения равна:

image029

Рассуждая аналогичным образом, получаем, что температура в любом произвольно принятом сечении х может быть определена по формуле

image030

где Rв-х — сопротивление теплопередаче от внутреннего воздуха до сечения х.

Пример. Требуется произвести теплотехнический расчет наружной стены, изображенной на рисунке, и установить значения ее сопротивления теплопередаче R0 коэффициента теплопередачи k, а также величины теплового потока q, температуры на внутренней τв и наружной τн поверхностях ограждения при tн=—260C и tп=180C.

По табл. 1 и 2 (СНиП II-А.7-71) определяем коэффициенты теплопроводности материалов стены.

Кладка из обыкновенного глиняного обожженного кирпича на легком растворе (ρкл=1700 кг/м3; λкл=0,755 Вт/(м-К) [0,65 ккал/(ч*м*оС)].

Засыпка доменным гранулированным шлаком ρшл=500 кг/м3; λшл=0,163 Вт/(м*К) (0,14}.

Известковая штукатурка: на наружной поверхности ρшт=1600; λшт=0,87 (0,75), на внутренней поверхности ρшт=1600, λшт =0,7 (0,6).

Коэффициенты теплоперехода (см. табл. 4 и 5 СНиП II-A7-71) αв=8,7 Вт/(м2*К) [7,5 ккал/(ч*м2*0С)], αн=23,3 Bт).

Ограждение неоднородно по материалу в направлениях, параллельном и перпендикулярном тепловому потоку, поэтому расчет производим в такой последовательности.

image031

Конструкция неоднородного наружного ограждения

I. Определяем термическое сопротивление ограждения от его внутренней до наружной поверхности RT. Для этого разбиваем ограждение на характерные зоны в направлениях, параллельном и перпендикулярном тепловому потоку. Зоны, параллельные потоку, обозначены на рисунке римскими цифрами I и II, зоны (слои), перпендикулярные потоку, обозначены арабскими цифрами 1, 2, 3. В пределах каждой зоны и слоя имеется однородность материала в направлении, перпендикулярном тепловому потоку.

а) Определяем RТ1 м2 К/Вт (м2*0С*ч/ккал), которое равно сумме сопротивлений слоев 1, 2 и 3:

image032

Здесь δшт, δкл и λшт, λкл—толщины наружной штукатурки и части кладки в пределах слоя 1 и их коэффициенты теплопроводности, В пределах слоев 2 и 3

image033

б) Определяем RT, которое равно сумме проводимостей зон I и II:

image034

Выше приняты соответствующие обозначения в пределах зон I и II:

в) Величина RТ в нормативном методе определяется по формуле

image035

2) Сопротивление теплопередаче ограждения с учетом теплообмена на его внутренней и наружной поверхностях равно:

image036

II. Коэффициент ,теплопередачи ограждения равен:

image037

III. Тепловой поток через ограждение равен:

image038

IV. Средние температуры на поверхностях ограждения равны:

image039


Похожие материалы:
Новые материалы:
Предыдущие материалы:

 

Вы можете добавить комментарий:


Поиск по сайту:
Чаще всего читают статьи:
Полезная информация:
Популярные статьи: