Лекция 4 Теплопередача при стационарном тепловом потоке

1. Теплопередача через однослойное ограждение

^{Стационарный тепловой поток формируется при неизменных во времени температурах внутреннего (t}_в^{) и наружного (t}_н^{) воздуха. Тогда температура в любой 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 коэффициентом теплопроводности λ. Условно можно выделить три этапа прохождения тепла.}

^α_{в λ} ^α_н

^t_в

^τ_в ^Q_к

^Q_в ^Q_н

^R_в ^R_к ^τ_н ^R_н

^t_н

^δ

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

1. ^{Тепловосприятие у внутренней поверхности. Как отмечалось ранее передача тепла от внутреннего воздуха к поверхности происходит конвекцией и лучистым теплообменом. Совместное действие может характеризоваться коэффициентом теплоотдачи у внутренней поверхности (α}_в^{), который является суммой коэффициентов конвективного и лучистого теплообменов, т.е. .}

^{Величина α}_в ^{характеризует количество теплоты, перешедшей на 1 м2 площади ограждения за 1 час при разности температур 1 оС [(Дж/(м2∙ч∙оС) или Вт/(м2∙оС)]. Этот коэффициент в инженерных расчетах для поверхностей стен, пола и потолка не имеющих ребер равен α}_в ^{= 8,7 Вт/(м2∙оС), [1].}

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

^{. (4.1)}

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

^{. (4.2)}

3. ^{Теплоотдача у наружной поверхности. Происходит также конвекцией и лучистым теплообменом, характеризуется коэффициентом теплоотдачи у наружной поверхности, α}_н^{, Вт/(м2∙оС). Коэффициент α}_н ^{зависит от конвективного теплообмена. На величину α}_к ^{существенное влияние оказывает скорость ветра. В таблице 4.1 приведены соотношения скорости ветра и величины α}_к^.

^{Таблица 4.1 – Соотношение скорости ветра и αк}

v, м/с	1	2	3	4	5	6	8	10
αк, Вт/(м2∙оС)	6,3	11,0	15,2	19,1	22,9	26,4	33,3	39,8

^{Для наружных поверхностей соприкасающихся с наружным воздухом в инженерных расчетах [1] принято α}_н ^{= 23 Вт/(м2∙оС), что соответствует скорости около 5 м/с, принятой в качестве верхнего рубежа в типовом проектировании.}

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

^{. (4.3)}

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

^.

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

^{. (4.4)}

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

^{Тогда с учетом k}

^{. (4.5)}

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

^{. (4.6)}

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