Лабораторная работа № 2

Теплотехнический расчет наружной стены

Цель работы

Целью лабораторной работы является закрепление тео­ретических знаний, полученных при изучении раздела «Теплофизика» курса «Архитектурная физика» на примере теплотехнического расчета наружной стены (с построением графиков распределения температур в зависимости от толщины ограждении (t(δ)) и от термического сопротивления (t(R)) ограждающей конструкции).

Работа состоит из расчётной части, в которой приводится схема исследуемого ограждения.

Расчетная часть составляется подробно, с приведением и расшифровкой всех расчётных формул и размерностей со ссылкой на литературные источники и справочные данные.

Типовые разрезы выполняются в масштабе непосредственно в тексте с указанием названия и толщины материала слоя.

Расчет сопротивления теплопередаче ограждений

При проектировании наружных ограждений зданий экономически целесообразно

придавать им наибольшие из возможных значения R₀, что уменьшает расходы на отопление здания и создает в нем лучшие санитарно-гигиенические условия.

При разности температур воздуха с одной и с другой стороны ограждения темпе­ратурная линия непрерывно понижается. Графически изменение температуры при прохождении теплового потока через плоскую однородную стенку показано на рис. 1.

Рис. 1. Изменение температуры в однородной стене.

Воздух с внутренней стороны стены имеет темпе­ратуру t_B, а с наружной стороны tн, причем t_B > t_H. Температурная линия показывает, что падение температуры происходит не только в толще са­мой стены, но и у ее поверхностей, т. к. темпера­тура внутренней поверхности стены tв.п. < t_B и тем­пература наружной поверхности tн.п. > tн . Так как падение температуры при прохождении тепло­вого потока вызывается термическими сопро­тивлениями, то из температурной кривой видно, что сопротивление теплопередаче ограждения состоит из трех отдельных сопротивлений:

1) сопротивления при переходе теплоты от внутреннего воздуха к внутренней поверхности

ограждения; это сопротивление называется сопротивлением тепловосприятию R_B и вызывает температурный перепад t_B — τв;

2) сопротивление при прохождении теплоты через толщу самого ограждения; это сопротивление называется термическим сопротивлением ограждения R и вызывает температурный перепад τв — τн;

3) сопротивление при переходе теплоты от наружной поверхности к наружному воздуху; это сопротивление называется сопротивлением теплоотдаче R_Н и вызывает температурный перепад τн > tн.

Таким образом, сопротивление теплопередаче ограждения может быть выражено как сумма этих сопротивлений:

R =R_В+R+R_Н                                               (2)

Пример теплотехнического расчета наружной стены.

Выбор расчётных параметров наружного и внутреннего воздуха

Расчётные параметры наружного воздуха выбираются согласно табл. 3.1 [3] или табл. 4.3, 4.4 и 4.5 [1]. Пример оформления таблицы для жилого здания, расположенного в городе Сенно (Витебская область), приведён в табл. 1.

Все конструкции наружных стен, участвующие в данном расчете, имеют показатель тепловой инерции 4<D<7, поэтому дальнейший расчет следует проводить по температуре наружного воздуха, равной температуре трех наиболее холодных суток, которая находится как среднеарифметическое значение между температурой наиболее холодных суток и температурой наиболее холодной пятидневки.

Таблица 1

Лабораторная работа № 2

Теплотехнический расчет наружной стены

Цель работы

Целью лабораторной работы является закрепление тео­ретических знаний, полученных при изучении раздела «Теплофизика» курса «Архитектурная физика» на примере теплотехнического расчета наружной стены (с построением графиков распределения температур в зависимости от толщины ограждении (t(δ)) и от термического сопротивления (t(R)) ограждающей конструкции).

Работа состоит из расчётной части, в которой приводится схема исследуемого ограждения.

Расчетная часть составляется подробно, с приведением и расшифровкой всех расчётных формул и размерностей со ссылкой на литературные источники и справочные данные.

Типовые разрезы выполняются в масштабе непосредственно в тексте с указанием названия и толщины материала слоя.

Основные теоретические положения

От теплотехнических качеств наружных ограждений зданий зависят:

а) в отапли­ваемых зданиях — количество теплоты, теряемой зданием в зимний период;

б) в хо­лодильниках — количество холода, теряемого в летнее время, а следовательно, необ­ходимая мощность холодильной установки и стоимость эксплуатации холодильника;

в) постоянство температуры воздуха в здании во времени при неравномерной отдаче теплоты системой отопления;

г) защита здания от перегрева в летнее время;

д) темпе­ратура внутренней поверхности ограждения, гарантирующая от образования на ней конденсата;

е) влажностный режим ограждения, влияющий на теплозащитные ка­чества ограждения и его долговечность.

Стационарные условия теплопередачи характеризуются постоянством во времени величины теплового потока и температуры ограждения. При стационар­ном режиме теплопередачи все теплотехнические расчеты значительно упрощают­ся. Поэтому обычно при теплотехнических расчетах наружных ограждений зданий принимается, что теплопередача происходит при стационарном тепловом потоке

Большинство наружных ограждений зданий представляет собой плоские стены, т. е. параллельные плоскости, ограждающие здание с обеих сторон. Поэтому в даль­нейшем все изложенное будет относиться к 1 м² плоских стен неограниченного про­тяжения, т. е. к участкам их, достаточно удаленным от проемов или мест примыкания к другим ограждающим конструкциям.

Количество теплоты (тепловой поток), проходящей через ограждение, пропорционально разности температур воздуха с одной и с другой стороны ограждения, площади ограждения и времени, в течение которого происходит передача теплоты, и, кроме того, зависит от теплотехнических свойств самого ограждения.

Отношение теплового потока к площади поперечного сечения потока, т. е. поток, приходящийся на единицу площади сечения, перпендикулярного к направлению потока, называется поверхностной плотностью теплового потока (обозначают: q, Вт/м²). В дальнейшем эту величину мы будем называть тепловым потоком.

При стационарном режиме теплообмена тепловой поток не изменяется во времени.

Тепловой поток, перемещающийся через ограждение, следует рассчитывать по формуле:

                                          , Вт/м²                                                    (1)

Тепловой поток, проходящий через ограждение, встречает некоторое сопротив­ление, которое характеризуется величиной, обратной коэффициенту теплопередачи, носящей название сопротивления теплопередаче и обозначаемой R₀. R₀ имеет размерность м² • °С/Вт. Сопротивление теплопередаче ограждения выражается разностью температур воздуха с одной и с другой стороны ограждения, при которой тепловой поток через 1 м² ограждения равняется 1 Вт.

Чем больше R₀, тем большей должна быть разность температур воздуха с одной и с дру­гой стороны ограждения, чтобы создать тепловой поток через него, равный 1 Вт/м² . Сле­довательно, R₀ есть величина, оценивающая теплозащитные свойства ограждения.