2.3. Определение толщины утепляющего слоя

Расчетное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции принимается равным большему из полученных значений и . Из уравнения (2) находится термическое сопротивление слоя утеплителя R_iут , по величине которого можно определить толщину утепляющего слоя конструкции:

= 1 /a_в +R₁+…+ R_iут + …+ R_n +1/a_н , (2)

где R₁ … R_iут … R_n - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, определяемые для всех слоев (за исключением воздушных прослоек) как R_i = _i / _i , м^{2. о}С / Вт. Термическое сопротивление замкнутых вертикальных воздушных прослоек при толщине 0,03...0,05 м можно принять согласно [2] R_вп = 0,16 м^{2 о}С / Вт;

_i - толщина i -го слоя, м;

_i - коэффициент теплопроводности материала i -го слоя, Вт/(м^{. о}С);

a_н - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции; для зимних условий согласно [2] для поверхностей, соприкасающихся с наружным воздухом, a_н =23 Вт /(м^{2 .о}С).

Пример 1. Для наружной трех-слойной стеновой панели жилого дома (рис. 1) определить толщину слоя утеплителя δ_2ут из керамзитобетона.

Рис. 1. Схема стеновой панели:

1 – кирпичная кладка из глиняного кирпича (ρ = 1800 кг/м³);

2 – керамзитобетон (ρ = 800 кг/м³);

3 – известково-песчаная штукатурка (ρ = 1600 кг/м³)

Исходные данные

Температура внутреннего воздуха

t_в = 20 ^оС, температура наружного воздуха t_н = - 28 ^оС, средняя температура наружного воздуха за отопительный период t_оп = - 7,8 ^оС, продолжительность отопительного периода 280 суток. Зона влажности – 2, условия эксплуатации по табл. 1 – Б. Значения коэффициентов теплопроводности материалов по прил. 2 :

- кирпичная кладка, λ₁ = 0,81 Вт/(м^{. о}С);

- керамзитобетон, λ₂ = 0,31 Вт/(м^{. о}С);

- штукатурка, λ₃ = 0,81 Вт/(м^{. о}С).

Решение

Найдем минимальное сопротивление теплопередаче, требуемое по санитарно-гигиеническим условиям. Согласно уравнению (1)

= = 1,38 м^{2. о}С /Вт.

Величина градусо-суток отопительного периода составляет

В = (t_в - t_оп ) Z_оп = (20 + 7,8) 280 = 7784 град. сут.

По табл. 3 находим сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения = 2,4 м^{2. о}С /Вт. Так как большей является последняя величина, ее и принимаем в качестве расчетного сопротивления теплопередаче. Уравнение (2) примет вид

2,4 = 1/8,7 + 0,125/0,81 + δ_2ут / 0,31 + 1/23.

Из последнего соотношения находим δ_2ут = 0,589 м и округляем до величины 0,6 м.

3. Теплоустойчивость помещения

Тепловой режим помещения, как правило, нестационарный. Это связано с изменениями температуры наружного воздуха, теплоотдачи систем отопления, тепловыделений от оборудования, теплопоступлений от солнечной радиации. Нестационарность теплового режима помещений необходимо учитывать в следующих случаях:

-	при аварийных отключениях систем теплоснабжения и отопления;
-	при регулировании центральных систем отопления пропусками, а также при печном отоплении;
-	при обосновании необходимости дежурного отопления в период между рабочими сменами;
-	при учете периодических теплопоступлений от солнечной радиации.

При уменьшении теплопоступлений воздух в помещении начинает охлаждаться и его температура со временем уменьшается. Этому препятствует теплоотдача в помещение всех ранее нагретых поверхностей ограждающих конструкций, которые обладают теплоаккумулирующими свойствами.

Способность ограждающих конструкций помещения уменьшать колебания температуры внутреннего воздуха при периодических тепловых потоках называется теплоустойчивостью помещения.

Оценку теплоустойчивости помещения производят по величине амплитуды колебания температуры внутреннего воздуха. При регулировании систем центрального отопления допустимая амплитуда колебания температуры воздуха в помещении А_tв составляет  1,5 ^оС, при печном отоплении  3 ^оС. При аварийном режиме и дежурном отоплении температура внутреннего воздуха не должна опускаться ниже + 5 ^оС, а допустимая амплитуда изменения температуры внутреннего воздуха не должна превышать величину (t_в  5) / 2.

В курсовой работе необходимо определить амплитуду изменения температуры внутреннего воздуха для заданной комнаты при регулировании работы системы центрального отопления пропусками при t_н = 0 ⁰С. Режим регулирования принять следующий: m = 3 часа - натоп (система отопления работает), n = 3 часа - пропуск (система отопления отключена).

Величина А_tв рассчитывается по формуле

А_tв =  0,7 MQ_ср / B_iF_i , (3)

где	M = (QмаксQмин)/2Qср -		коэффициент неравномерности теплоотдачи
		нагревательных приборов;
	Qмакс -	максимальная теплоотдача нагревательных приборов, равная теплопотерям через наружные ограждения при температуре наружного воздуха в момент отключения отопления, Вт;
	Qмин -	минимальная теплоотдача нагревательных приборов, равная нулю при отключении отопления, Вт;
	Qср -	средняя во времени теплоотдача нагревательных приборов, Вт; Qср = (m Qмакс + n Qмин) / (m + n);
	m , n -	время работы и отключения системы отопления, ч ;
	BiFi -	теплопоглощение внутренних поверхностей ограждающих конструкций, Вт/ оС.

Коэффициенты теплопоглощения В внутренних поверхностей ограждений в Вт/(м²^оС) находятся по формуле

B = 1/(1/_в + 1/Y_в) , (4)

где	в	-	коэффициент тепловосприятия поверхности со стороны периодического теплового воздействия, Вт/(м2оС);
	Yв	-	коэффициент теплоусвоения этой поверхности, Вт/(м2оС).

Способ определения величины Y_в зависит от положения границы слоя резких колебаний температуры. Отметим, что слой резких колебаний - это слой, прилегающий к поверхности со стороны периодического теплового воздействия. На другой стороне его амплитуда колебания температуры составляет половину максимального значения на поверхности ограждения. Установлено, что инерционность слоя резких колебаний численно равна единице (D_РК = 1). Здесь используется показатель инерционности D, определяемый как D = R S, где S - коэффициент теплоусвоения материала, Вт/(м^{2. о}С).

Нужно иметь в виду, что коэффициент теплоусвоения материала слоя конструкции S, Вт/(м^{2 .о}С), зависит от периода изменения теплового потока:

, (5)

где  - коэффициент теплопроводности материала по условиям эксплуатации

А или Б, Вт/(м ^.оС);

с - удельная теплоемкость, Дж/(кг⁰С);

 - плотность, кг/м³;

Z - период изменения теплового потока, ч.

При использовании коэффициентов теплоусвоения материалов S₂₄ для периода изменения теплового потока Z = 24 часа по прил. 5 значения коэффициентов теплоусвоения материалов для других значений Z могут быть определены по формуле

. (6)

Если тепловая инерция первого от внутренней поверхности слоя ограждающей конструкции D₁ = R₁S₁   (рис. 2,а), граница слоя резких колебаний температуры находится в пределах первого слоя ограждения. В этом случае затухание колебаний температуры по толщине ограждения определяется только теплотехническими свойствами материала первого слоя и Y_в = S₁.

Если тепловая инерция первого слоя D₁ < 1, следует рассчитать тепловую инерцию второго слоя D₂ = R₂S₂ и определить тепловую инерцию первых двух слоев D₁+D₂. При D₁ + D₂ > 1 граница слоя резких колебаний температуры находится в пределах второго слоя конструкции (рис. 2,б) и на затухание колебаний температуры оказывают влияние теплотехнические свойства материалов и первого и второго слоев. Поэтому

, (7)

Для других случаев положения границы слоя резких колебаний температуры величина Y_в может быть определена по методике, приведенной в [3]. При этом определение Y_в начинается с внутренней поверхности (n - 1)-го слоя, где n - число слоев, имеющих D > 1 (рис. 2,в).

Коэффициент теплоусвоения (n - 1)-го слоя равен

, (8)

где R_n-1 - термическое сопротивление (n - 1)-го слоя, м²⁰С/Вт;

S_n-1, S_n - коэффициенты теплоусвоения материалов (n - 1)-го и n-го слоев,

м² Вт/ ⁰С.

З

Рис. 2. К определению коэффициента теплоусвоения внутренней поверхности Y_в: а – D₁ ≥ 1; б –D₁ + D₂ ≥ 1; в - ∑ D_i ≥ 1;

∑ D_i < 1; - - - граница слоя резких колебаний температуры;

δ_рк – толщина слоя резких колебаний температуры

атем определяется коэффициент теплоусвоения поверхности (n - 2)-го слоя , (9)

пока не дойдем до 1-го слоя ограждения, коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности которого равен искомому

. (10)

Если тепловая инерция всей ограждающей конструкции меньше единицы (D < 1 (рис. 2,г)), находим коэффициент теплоусвоения поверхности n-го слоя

. (11)

Для (n-1)-го слоя имеем

. (12)

Далее расчет продолжается по формуле (9).

Исходные данные для расчета теплопоглощения заносятся в табл. 5. При подготовке исходных данных для удобства расчетов необходимо придерживаться следующих правил:

1) для ограждений одинаковой конструкции принять суммарную площадь внутренней поверхности;

2) несколько одинаковых слоев, разделенных воздушными прослойками, считать одним слоем с суммарной толщиной;

3) для указания вида ОК можно использовать условные обозначения: НС - наружные стены; ПЛ - пол; ПТ - потолок; ВС -внутренние стены и перегородки; ДО - двери одинарные; остекление: ОО - одинарное, ДО - двойное; ТО - тройное.

Подготовленные исходные данные необходимо согласовать с преподавателем.

Таблица 5

Исходные данные для расчета

Вид	Площадь	1-й слой			2-й слой
ОК	F, м2	1, м	1, Вт/(м0С)	S1, Вт/(м20С)	2, м	2, Вт/(м0С)	S2, Вт/(м20С)

Результаты расчета теплопоглощения ограждающими конструкциями помещения заносятся в табл. 6.

Таблица 6

Результаты расчета теплопоглощения

Вид ОК

D1

YВ, Вт/(м20С)

В, Вт/(м20С)

BF, Вт/ 0С

После расчета теплопоглощения по формуле (3) определяется величина А_tв и сопоставляется с допустимым значением. Следует сделать вывод о возможности применения данного режима отопления.