Пример расчета коэффициента теплопередачи с учетом инфильтрации

Требуется вычислить распределение температуры и величину коэффициента теплопередачи кирпичной неоштукатуренной стены толщиной в два кирпича при инфильтрации наружного воздуха.

При отсутствии инфильтрации воздуха сопротивление теплопередаче стены было бы:

и коэффициент теплопередачи

Вт/м²^оС.

Примем t_в = 15 ^оС, t_н = −25 °С и Δр = 30 Па. По формуле (25) и прил. 9 [1] получим:

кг/(м²ч);

cW=1,0051,67 = 1,68 кДж/(м²ч^оС) = 0,467 Вт/(м²^оС).

По формуле (30) для любой плоскости стены

.

Для расчета делим стену на шесть слоев толщиной каждый по 85 мм. Расчет производим в табличной форме.

Таблица 4

Расчет коэффициента теплопередачи и температур

№ пло­скости	Rx	0,467Rx		m–1	91(m–1)	x ,oC	 при отсутствии инфильтрации
1	0,668	0,311	1,364	0,364	33,1	8,1	9,2
2	0,564	0,263	1,300	0,300	27,3	2,2	3,9
3	0,460	0,215	1,239	0,239	21,7	3,3	1,5
4	0,356	0,166	1,181	0,181	16,5	8,5	6,8
5	0,251	0,117	1,124	0,124	11,3	13,7	12,1
6	0,147	0,069	1,071	0,071	6,5	18,5	17,5
7	0,043	0,020	1,020	0,020	1,8	23,2	22,8

На рис. 4 распределение температуры в стене показано графически. Нижняя кривая соответствует распределению температуры при инфильтрации воздуха, пунктирная линия соответствует отсутствию инфильтрации.

Рис. 4. Смещение температурного поля в стене при инфильтрации воздуха

Рис. 4 и расчетная таблица показывают, что наибольшее расхождение температур, равное 1,8 °С, будет в стене на расстоянии 17 см от ее внутренней поверхности. На внутренней поверхности стены под влиянием инфильтрации температура понижается на 1,1 °С.

Коэффициент теплопередачи стены при инфильтрации по формуле (31)

Вт/м²^оС,

т. е. на 19 % больше значения k, полученного без учета инфильтрации.

При эксфильтрации по формуле (32)

Вт/м²^оС

т. е. на 17% меньше, чем при отсутствии фильтрации воздуха. Температура на внутренней поверхности стены будет 10 °С, т. е. на 0,8 °С выше, чем при отсутствии фильтрации воздуха.

7. Сопротивление теплопередаче неоднородных конструкций

Для повышения теплозащитных качеств ограждения и снижения его собственного веса теплоизоляционные материалы в наружных ограждающих конструкциях могут применяться не только в виде сплошных слоев, но также в виде отдельных малотеплопроводных включений, нарушающих однородность материала как в направлении, параллельном тепловому потоку ( Q), так и в направлении, перпендикулярном ему (Q).

К таким ограждающим конструкциям относятся стены из пустотелых блоков и камней, многослойные кладки с утепляющими вкладышами, блоки с термовкладышами и прерывистыми воздушными прослойками и т. п.

В зоне влияния теплопроводного включения на внутренней поверхности ограждения температура может быть ниже точки росы внутреннего воздуха, что приведет к образованию конденсата и отсыреванию этих участков внутренней поверхности.

Теплопроводные включения отклоняют тепловой поток от прямолинейного прохождения толщи ограждения, нарушая одномерность температурного поля. Равномерность температуры в плоскостях, параллельных поверхности ограждения, нарушается.

Задачей теплофизического расчета является определение приведенного термического сопротивления , м²^оС/Вт, неоднородной ограждающей конструкции. Расчет выполняют за два раза, рассматривая конструкцию, расчлененную на отдельные участки:

а) плоскостями, параллельными направлению теплового потока. Ограждающая конструкция (или её часть) условно разрезается на участки, одни из которых могут быть однородными (однослойными) – из одного материала, а другие неоднородными – из слоёв с различными материалами.

Термическое сопротивление ограждающей конструкции R_а , м²·С/Вт, определяют по формуле:

, (33)

где F₁ , F₂ ,...,F_n – площади отдельных участков конструкции, м² (или ее части);

R₁ , R₂ ,...,R_n– термические сопротивления указанных отдельных участков конструкции, для однородных участков, определяемые по формуле (6);

б) плоскостями, перпендикулярными направлению теплового потока. Ограждающая конструкция (или ее часть, принятая для определения R_а) условно разрезается на слои, из которых одни слои могут быть однородными– из одного материала, а другие – неоднородными – из однослойных участков разных материалов. Термическое сопротивление однородных слоев определяется по формуле (6), неоднородных слоев – по формуле (25).

Термическое сопротивление ограждающей конструкции R_б определяется как сумма термических сопротивлений отдельных однородных и неоднородных слоев по формуле (5).

Если в ограждении окажутся пустоты или отверстия, заполненные или не заполненные другим материалом, то для расчета их заменяют равновеликими по площади квадратными или прямоугольными отверстиями.

Приведенное термическое сопротивление ограждающей конструкции следует определять по формуле

. (34)

Если величина R_а превышает величину R_б на 25% или ограждающая конструкция не является плоской (имеет выступы на поверхности), то приведенное термическое сопротивление такой конструкции следует определять на основании расчета температурного поля.