2. Параметры микроклимата помещений. Теплопроводность плоской стенки. Коэффициент теплопроводности материала.

Параметры микроклимата.

t_int – внутренняя температура воздуха, ^оС, ^оК

φ_int – относительная влажность воздуха, %

v_int – подвижность воздуха, м/с

t_si – средняя температура внутренней поверхности ограждающей конструкции, ^оС, ^оК.

Теплопроводность плоской стенки. Плоская стенка – простейший вид расчетной модели ограждающей конструкции здания, разделяющая воздушные среды с разными температурами.

Рассматривается холодный период, температура наружного t_se и внутреннего t_si воздуха заданы и не меняются с течением времени. То есть процесс теплопроводности через стенку является стационарным.

Рассмотрим однородную стенку (выполненную из одного материала) толщиной δ, коэффициент теплопроводности которой равен λ. Выделим внутри стенки слой толщиной dx, ограниченный двумя изотермами (линии на диаграмме состояния, изображающие процесс, происходящий при постоянной температуре). В пределах этого слоя температура изменяется на dt.

На основании закона Фурье уравнение для этого случая можно записать как , откуда

Величина плотности теплового потока q при стационарных условиях постоянна в каждом сечении. Поэтому, интегрируя, получим:

Постоянная С определяется из граничных условий, а именно: при x = 0 t = t_si= C, при x = δ t = t_se.

Подставим эти значения и получим выражение для плотности теплового потока:

Можно сделать вывод: количество теплоты, проходящее через единицу поверхности стенки в единицу времени, прямо пропорционально коэффициенту теплопроводности λ, разности температур на поверхностях стенки (t_si - t_se) и обратно пропорционально толщине стенки δ.

Последнюю формулу можно записать как

.

Отношение δ/λ называется термическим сопротивлением однородного ограждения или отдельного слоя в многослойном ограждении

Тогда:

откуда

.

Термическое сопротивление численно равно разности температур, при которой через стенку проходит тепловой поток плотностью 1 Вт/м², и измеряется в м²·ºС/Вт.

Для многослойной конструкции, состоящей из n слоев, термическое сопротивление равно сумме сопротивлений отдельных слоев

где δ_i – толщины отдельных слоев, м; λ_i – коэффициенты теплопроводности материалов этих слоев, Вт/(м · ˚C); i = 1, 2,…, n.

Коэффициент теплопроводности материала - характеризует способность материала проводить тепло.

Численно коэффициент теплопроводности равен количеству теплоты, проходящему за 1 сек через 1 м² поверхности при grad t, равном 1˚C/м. Единица измерения λ: Вт/(м · ˚C). Большое влияние на теплопроводность материалов оказывает их влажностное состояние: λ увеличивается с повышением влажности.

3. Термическое сопротивление. Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции.

Термическое сопротивление. Отношение δ/λ называется термическим сопротивлением однородного ограждения или отдельного слоя в многослойном ограждении

Термическое сопротивление численно равно разности температур, при которой через стенку проходит тепловой поток плотностью 1 Вт/м², и измеряется в м²·ºС/Вт.

Для многослойной конструкции, состоящей из n слоев, термическое сопротивление равно сумме сопротивлений отдельных слоев

где δ_i – толщины отдельных слоев, м; λ_i – коэффициенты теплопроводности материалов этих слоев, Вт/(м · ˚C); i = 1, 2,…, n.

Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции. Рассмотрим однородную плоскую стенку с коэффициентом теплопроводности λ и толщиной δ. Она разделяет две воздушные среды: внутреннюю с температурой t_int и наружную с температурой t_ext, которые не меняются с течением времени. Следовательно, процесс теплопередачи через стенку является стационарным.

В холодное время года существуют температурные перепады t_int - t_si и t_se - t_ext, следовательно, происходит теплообмен между поверхностями ограждающей конструкции и окружающим воздухом. Коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхностей, соответственно, равны α_int и α_ext . Перенос тепла через стенку, вызванный разностью температур t_si - t_se, происходит путем теплопроводности.

При стационарной теплопередаче количество тепла, переданного от теплого воздуха стенке, равно количеству тепла, отданному от стенки наружной среде. Исходя из закона Ньютона, плотность теплового потока от внутреннего воздуха стенке определяется выражением

Плотность теплового потока, переносимого теплопроводностью сквозь стенку, равна

.

Аналогично, тот же самый поток передается от наружной поверхности холодному воздуху

Из этих уравнений определим температурные перепады и запишем систему:

.

Сложив левые и правые части, получим разность температур внутреннего и наружного воздуха

.

Отсюда

Знаменатель этого выражения называется сопротивлением теплопередаче однослойного ограждения:

Для многослойной конструкции нужно учитывать термическое сопротивление каждого слоя. В этом случае сопротивление теплопередаче определяется следующим образом

где n – число слоев конструкции.

Сопротивление теплопередаче определяет теплозащитные свойства ограждающей конструкции в стационарных условиях. Такие условия характерны для холодного периода года: зимой температура наружного воздуха часто бывает устойчивой, а отопление поддерживает постоянную внутреннюю температуру.