4.2 Температурні поля

Одномірне температурне поле огородження може бути розраховане досить просто (рис. 4.3). Його теплозахисні властивості визначаються опором теплопередачі.

а) б)

Рисунок 4.3 – Одномірне температурне поле:

а) – багатошарового огородження; б) – однорідної зовнішньої стіни

Опір теплопередачі термічно однорідної непрозорої огороджувальної конструкції розраховується за формулою:

,

(4.11)

де , – коефіцієнти тепловіддачі внутрішньої та зовнішньої поверхонь огороджувальної конструкції, Вт/(м²∙°К);

– термічний опір i-го шару конструкції, м²∙°К/Вт;

– теплопровідність матеріалу i-го шару конструкції в розрахункових умовах експлуатації, Вт/(м ∙°К).

,

(4.12)

де – розрахункова температура зовнішнього повітря для процесу накопичення вологи в конструкції, що визначається за СНіП 2.01.01 для періоду найбільш холодного місяця року, ºС;

– термічний опір частини огороджувальної конструкції від внутрішньої поверхні до перерізу x, м²∙°К/Вт.

З формули (4.12) випливає, що перепади температур по перетину огородження пропорційні відповідним термічним опорам.

Розглянемо, як передається тепло через однорідну зовнішню стіну, зображену на рис. 4.3.

Стіна товщиною метрів виконана з матеріалу з коефіцієнтом теплопровідності ; температура повітря в помешканні , зовнішня температура , температури на внутрішній та зовнішній поверхнях стіни позначені відповідно та .

Якщо температури та залишаються незмінними тривалий час, кількість тепла, сприйнята стіною від повітря помешкання, дорівнює кількості тепла, переданій через товщину стіни і відданій зовнішньому повітрю.

Відповідно до цього для сталого теплового потоку можна написати такі рівняння:

або ,	(4.13)
або ,
або

Склавши останні рівняння, і врахувавши, що , одержимо:

,

(4.14)

У рівнянні (4.14) доданки в дужках являють собою суму термічних опорів, що переборюють тепловий потік:

– термічний опір тепловіддачі внутрішньої поверхні конструкції;

– термічний опір матеріального прошарку стінки;

– термічний опір тепловіддачі зовнішньої поверхні конструкції.

Замінивши в рівнянні (4.14) вираз в дужках на термічний опір і виконавши відповідні перетворення, одержимо:

,

(4.15)

Суму термічних опорів, що переборюються тепловим потоком через огородження, називають загальним термічним опором, який позначається . Для однорідних плоских огороджень:

,

(4.16)

З рівнянь (4.15) та (4.16) одержимо:

,

(4.17)

Отже, кількість тепла, що проходить через плоску стінку за 1 годину, прямо пропорційно поверхні стіни , різниці температур повітря по обидва боки стінки й обернено пропорційно загальному термічному опору стіни .

У будівельній теплотехніці дуже часто при розрахунку тепловтрат через плоскі стіни замість термічного опору приймають обернену йому величину – загальний коефіцієнт теплопередачі огородження.

,

(4.18)

При цьому рівняння (4.13) перетвориться так:

,

(4.19)

У реальних конструкціях зовнішніх огороджень, особливо в стінових панелях сучасних будівель, фактично не можна виділити площу, у межах якої забезпечувалася б одномірність температурного поля. Наявність у конструкції огородження різних теплопровідних включень у вигляді ребер, обрамлень віконних прорізів, внутрішніх та зовнішніх виступаючих частин, примикань внутрішніх конструкцій приводить до утворення в них складних дво- і тривимірних температурних полів (рис. 4.3).

Двовимірне температурне поле, розгляд якого часто виявляється достатнім при розв’язанні завдань будівельної теплотехніки, описується диференціальним рівнянням:

,

(4.20)

де – задане значення теплопровідності окремих частин двовимірного перетину огородження.

Розв’язання цього рівняння значно складніше, ніж рівняння для одномірного поля. Для більшості практичних завдань, коли поряд із двомірністю поля доводиться враховувати його неоднорідність, аналітичні методи не можуть бути використані. У цьому випадку застосовують чисельні методи, які досить точні та прості для розрахунків. Ці методи розрахунків надані в третій главі для розрахунків теплопровідних включень.

Контрольні питання:

1. Назвіть основні способи передачі тепла та опишіть докладно усі види теплообміну.

2. Що називається конвективним теплообміном, променистим теплообміном, повним термічним опором?

3. Закони Фур’є, Ньютона-Рихмана, Стефана-Больцмана?

4. Фізичний зміст коефіцієнтів теплопровідності та тепловіддачі, від чого вони залежать?

5. Назвіть види конвекцій.

6. Від чого залежить тепловипромінювання?

7. Що називається коефіцієнтом теплосприйняття і тепловіддачі, коефіцієнтом опору тепловіддачі, коефіцієнтом теплосприйняття?

8. Від чого залежить термічний опір повітряного прошарку?

9. Як утворюється основне рівняння теплопередачі?

РОЗДІЛ 5. ТЕПЛОВИЙ РЕЖИМ БУДІВЕЛЬ