2. Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций Однослойное однородное ограждение

^{Тепло, покидающее помещение преодолевает на рассмотренных (см. рис. 4.1) этапах сопротивления, которые можно представить следующим образом.}

^{1. Сопротивление теплоотдаче у внутренней поверхности, Rв, м2∙оС/Вт, характеризующее необходимую разность температур (тепловой напор), при котором 1 м2 поверхности ограждения отдает 1 кДж теплоты. Иначе оно называется сопротивлением тепловосприятию и определяется как}

^{. (4.7)}

^{2. Термическое сопротивление слоя}

^{. (4.8)}

4. ^{Сопротивление теплоотдаче у наружной поверхности}

^{. (4.9)}

^{Тогда общее (или полное) сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции такого типа, R}_o^{, находится как сумма рассмотренных сопротивлений, по формуле}

^{. (4.10)}

^{Многослойное ограждение, состоящее из однородных слоев}

^{В таком случае термическое сопротивление конструкции равно сумме термических сопротивлений ее слоев, т.е. , а общее сопротивление находится как}

^{. (4.11)}

3. Термическое сопротивление замкнутых герметичных воздушных прослоек

^{За счет низкого значения теплопроводности воздуха воздушные прослойки часто используются в качестве теплоизоляции. Воздушная прослойка может быть герметичной или вентилируемой, в последнем случае ее называют воздушным продухом. Если бы воздух был в состоянии покоя, то термическое сопротивление было бы очень высоким, Однако за счет теплопередачи конвекцией и излучением сопротивление воздушных прослоек падает.}

^{Конвекция в воздушной прослойке. При передаче тепла преодолевается сопротивление двух пограничных слоев (см. рис. 4.2), поэтому коэффициент теплоотдаче уменьшается вдвое. В вертикальных воздушных прослойках, если толщина соизмерима с высотой, вертикальные токи воздуха двигаются без помех. В тонких воздушных прослойках они взаимно тормозятся и образуют внутренние циркуляционные контуры, высота которых зависит от ширины.}

^{Рис. 4.2 – Схема теплопередачи в замкнутой воздушной прослойке: 1 – конвекцией; 2 – излучением; 3 – теплопроводностью}

^{В тонких прослойках или при небольшой разности температур на поверхностях () имеет место параллельно-струйное движение воздуха без перемешивания. Количество тепла, передаваемое через воздушную прослойку равно}

^{. (4.12)}

^{Экспериментально установлена критическая толщина прослойки, δ}_кр^{, мм, для которой сохраняется (при средней температуре воздуха в прослойке 0 оС) ламинарный режим течения:}

^{. (4.13)}

^{При этом теплопередача осуществляется теплопроводностью и}

^{. (4.14)}

^{Для других толщин величина коэффициента теплоотдачи равна}

^{. (4.15)}

^{С увеличением толщины вертикальной прослойки происходит увеличение α}_к^:

^{при δ = 10 мм – на 20 %; δ = 50 мм – на 45 % (максимальное значение, далее идет уменьшение); δ = 100 мм – на 25 % и δ = 200 мм – на 5 %.}

^{В горизонтальных воздушных прослойках (при верхней более нагретой поверхности) перемешивание воздуха почти не будет, поэтому применима формула (4.14). При более нагретой нижней поверхности (образуются шестигранные циркуляционные зоны) значение α}_к ^{находится по формуле (4.15).}

^{Лучистая теплопередача в воздушной прослойке}

^{Лучистая составляющая потока тепла определяется по формуле}

^{. (4,16)}

^{Коэффициент лучистого теплообмена принимается [2] равным α}_л ^{= 3,97 Вт/(м2∙оС), его величина больше α}_к^{, поэтому основная теплопередача происходит излучением. В общем виде количество передаваемого через прослойку тепла кратно}

^.

^{Уменьшить поток тепла можно покрытием теплой поверхности (для избежания конденсата) фольгой, применив т.н. “армирование”. Лучистый поток уменьшается примерно в 10 раз, а сопротивление увеличивается вдвое. Иногда в воздушную прослойку вводятся сотовые ячейки из фольги, которые уменьшают и конвективный теплообмен, однако такое решение не долговечно.}

^{Сопротивление теплопередаче, R}_вп^{, может быть найдено [1] в зависимости от толщины, положения (вертикальная или горизонтальная) и температуры внутри (положительная или отрицательная) прослойки. С учетом воздушной прослойки общее сопротивление теплопередаче равно}

^{. (4.17)}

4. ^{Термическое сопротивление неоднородных конструкций}

^{В конструкциях могут находиться теплопроводные включения (бетонные ребра в стеновых панелях, колонны, перемычки над окнами и т.п.) или теплоизоляционные материалы (утеплитель в облегченной кирпичной кладке) существенно меняющие сопротивление теплопередаче ограждения.}

^{В таких случаях определяется приведенное сопротивление теплопередаче, т.е. сопротивление условного ограждения с одномерным температурным полем той же площади, что и двумерное.}

^{Аналитическая зависимость для приведенного сопротивления [2] имеет вид}

^{. (4.18)}

^{где R}_o ^{- общее сопротивление в местах отсутствия теплопроводного включения, определяемое по формуле (4.17);}

^F_o ^{-площадь рассматриваемого участка ограждения, м2;}

^a_f ^{-ширина влияния включения, принимается равной двум “калибрам”, находится как (λ – коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала в многослойной конструкции);}

^f_i ^{– фактор формы, величина которого находится как . Здесь а – ширина включения, k и k}_вкл ^{- коэффициенты теплопередачи рассчитанные соответственно по сечению основной конструкции () и по сечению теплопроводного включения ().}

^{Формула (4.18) применима для любого вида включения. При наличии в конструкции включений, форма которых может быть приведена к фигуре с гранями параллельными и перпендикулярными тепловому потоку, используется инженерный метод расчета [1].}

^{Для выбранной части ограждения определяется сопротивление при условном его разрезании плоскостями параллельными (R}_а^{) и перпендикулярными (R}_б^{) тепловому потоку. Если R}_а ^{не превышает R}_б ^{более чем на 25 %, то приведенное термическое сопротивление находится как}

^{. (4.19)}

^{В противном случае величину следует определять на основании расчета температурного поля. Суть этого метода подробно изложена в [3].}

4. ^{Требуемое сопротивление теплопередаче}

^{Нормирование величины сопротивления теплопередаче предусматривает ограничение теплопотерь в зимний период, а также поддержания температуры на внутренней поверхности ограждения для избежания образования конденсата и недопущения радиационного охлаждения человека (второе условие комфортности).}

^{Нормируемый температурный перепад () можно установить, решая совместно уравнения передачи тепла к внутренней поверхности и через все ограждение, т.е. .}

^{Минимальное сопротивление теплопередаче (), отвечающее указанным выше требованиям, находится из этого соотношения как}

^{. (4.20)}

^{В настоящее время в действующих нормах Украины требуемое сопротивление теплопередаче ограждения принимается в зависимости от назначения здания.}

^{Промышленные здания.}

^{Требуемое сопротивление рассчитывается по формуле (4.20), в которой:}

^{п – коэффициент, показывающий каким образом ограждение соприкасается с наружным образом (если напрямую, то п = 1);}

^t_в ^{– расчетная температура внутреннего воздуха (18 оС – для жилых помещений, 15 оС – кухонь, 25 оС – ванных комнат, 12 оС – торговых залов продтоваров, 15 оС – то же, промтоваров, 15 оС – спортзалов, 23 оС – раздевалок спортзалов и т.п.);}

^t_н ^{– расчетная температура наружного воздуха в январе [4], принимаемая в зависимости от тепловой инерции конструкции D [1].}

^{В первом приближении экономически целесообразным сопротивлением теплопередаче, , следует принимать равным величине . Величину , показывающую на эффективность материала утеплителя за период эксплуатации, принимают по табл. 9а* [1].}

^{Для конструкции, имеющем теплопроводное включение, сопротивление в этом месте, , следует определять [5] по формуле}

^{. (4.21)}

^{- нормативный температурный перепад (см. [1]);}

^τ_р ^{– точка росы для внутренней среды (см. лекцию 8);}

^{η - коэффициент, зависящий от геометрических размеров включения.}

^{Для сквозного включения зависимость η от соотношения принимается по таблице}

а/δ	0	0,02	0,05	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1	1,5
η	0	0,52	0,55	0,63	0,7	0,78	0,83	0,87	0,9	0,95