Переход теплоты из помещения к наружной среде через ограждение является сложным процессом теплопередачи.

Внутренняя поверхность наружного ограждения обме­нивается теплотой с помещением. Сопротивление теплообме­ну на внутренней поверхности равно RB= 1/ав.

Наружная поверхность отдает теплоту наружному воз­духу, окружающим поверхностям и небосводу. Сопротивле­ние теплообмену на наружной поверхности ограждения равно /?н=1/ап.

В условиях установившегося температурного состояния, т. е. когда температура и другие параметры процесса оста­ются неизменными во времени, теплота транзитом проходит из помещения через внутреннюю поверхность и толщу ог­раждения к его наружной поверхности и отдается наружной среде. При этом из условия сохранения тепловой энергии количество теплоты, прошедшее через внутреннюю поверх­ность ограждения, равно количеству теплоты, проходящему через толщу ограждения, и количеству теплоты, отданному наружной поверхностью (рис. 2.4, а).

Тепловой поток последовательно преодолевает сопротив­ления теплообмену на внутренней поверхности терми­ческого материала толщи ограждения Rr и теплоперехода на наружной поверхности RH, поэтому сопротивление

51

$ 2.5. Стационарная передача теплоты через наружные ограждения

Рис. 2.4. Стационарная теплопередача через однослойное ограждение (а), много­слойное с воздушной прослойкой (б) в определение температуры в произвольном сечении ограждения (о)

|_ЛЛ^-»-ЛЛАЛ—

Теплопередаче ограждения R0 равно сумме этих сопротивле­ний

Яо = Яв+Ят+Ян. (2-19)

Если многослойное ограждение состоит из нескольких плоских слоев материала, расположенных перпендикулярно направлению теплового потока, то термическое сопротивле­ние толщи ограждения равно сумме термических сопротив­лений отдельных слоев ограждения Плоская воздушная прослойка, расположенная в ограждении пер­пендикулярно направлению теплового потока, также дол­жна быть учтена в этой сумме, как дополнительное последо­вательно включенное сопротивление 7?влг.

Таким образом, в общем случае сложной многослойной конструкции с воздушной прослойкой (рис. 2.4, б) сопро­тивление теплопередаче ограждения равно

Л0 = Лв+БЛг+Лв. п+Лн. (2.20)

Коэффициент теплопередачи ограждения K — величина, обратная его сопротивлению теплопередаче, в общем случае равен

Где 6г и %i — толщина и теплопроводность отдельных материальных слоев в ограждении.

Сложнее рассчитать передачу теплоты через ограждение, материал которого неоднороден в направлении, параллель­ном тепловому потоку, В этом случае нарушается одномер-
носгь температурного поля и для точного расчета необхо­димо знание двухмерного температурного поля.

Если ограждение разбить на отдельные площади, пределах которых конструкция однородна в направлен теплового потока, и условно считать, что в пределах кажд такой площади сохраняется одномерность температурно поля, то можно термическое сопротивление толщи огражд ния определять формулой

Где АП — отдельные площади ограждения, в пределах которых конструкция однородна в направлении, параллельном тепловому потоку; Rn—термическое сопротивление толщн ограждения в пределах этих площадей.

Когда конструкция ограждения состоит из неоднород­ных материалов как в параллельном, так и в перпендику­лярном тепловому потоку направлении, а толщины слоев и стороны отдельных площадей одного порядка, пользуются условным нормативным расчетным методом (см. пример 2.1).

Для решения многих инженерных задач нужно не только определять количество теплоты, проходящее через ограж­дение, но и устанавливать распределение температуры на поверхностях и в его толще.

Из рассмотрения уравнений теплопередачи, а также в связи с электротепловой аналогией следует, что падение температуры на каждом термическом сопротивлении, если оно расположено в ряду последовательно соединенных сопротивлений, составляющих общее термическое сопро­тивление ограждения, пропорционально его величине. Поэтому, например, перепад температуры между воздухом помещения и внутренней поверхностью ограждения TB— —тв равен

(2.23)

Дв «о

Температура внутренней поверхности ограждения равна Тв*='в—§Ч'в-'н). (2.24)

Рассуждая аналогичным образом, придем к выводу, что температура в любом произвольно принятом сечении х

Рис. 2.5. Конструкция наружного огражде­ния, неоднородная в направлении, парал­Лельном н перпендикулярном тепловому потоку

1,2,3— слои однородные в направлении, перпендикулярном тепловому потоку; I, ц — зоны однородные в направлении, па­раллельном направлению теплового потока

(рис. 2.4, в) может быть опреде­лена по формуле

(2 25)

R о

RB-X

(tu-tvd,

Где RB-X — сопротивление теплопе­редаче от внутреннего воздуха до сечення х.

Пример 2.1. Выполним тепло­технический расчет наружной стены жилого дома, изображенной на рнс. 2.5, и определим ее сопротивление

Теплопередаче R0, коэффициент теплопередачи к, а также тепловой поток Q, температуру на внутренней тв н наружной тн поверхностях ограждения для условий Москвы при Tn=—26 °С н TП=18°С.

По данным прнл. 3* (СНнП II-3-79 **) определяем теплопро­водность материалов стены.

Кладка нз глиняного обыкновенного кнрпнча на цементно - шлаковом растворе ркл= 1200 кг/м3; А. кл=0,58 Вт/(м-°С).

Засыпка—щебень нз доменного шлака ршл=800, ^шл=0,2б. Известково-песчаная штукатурка—ршт=1600, ^шт=0,81. Коэф­фициенты теплоотдачи (см. табл. 4 н б СНиП II-3-79 **) ав=8,7 Вт/ (м2 -°С),ан= 23 Вт/(м2-°С).

Ограждение неоднородно по материалу в направлениях, парал­лельном н перпендикулярном тепловому потоку, поэтому проводим расчет в такой последовательности.

—V - 210

Is

Т

Т

№

1. Определим термическое сопротивление толщи ограждения от его внутренней до наружной поверхности /?т. Для этого разбиваем ограждение на характерные зоны в направлениях, параллельном н перпендикулярном тепловому потоку. Зоны, параллельные теплово­му потоку, обозначим на чертеже / н //, зоны (слои), перпендику­лярные потоку, обозначим 1, 2, 3. В пределах каждой зоны н слоя имеется однородность материала в направлении, перпендикулярном тепловому потоку.

А) Вычислим термическое сопротивление толщи прн раз­бивке на слон плоскостями, перпендикулярными тепловому потоку, которое равно сумме сопротивлений слоев 1, 2 я 3:

■ /?2+/?s = 0,225+ 0,751+0,225 = 1,201;

+

Ri = -

Здесь 6И

0,015 . 0,12

= 0,225.

0,81 1 0,58

6КЛ, Я. кл — толщины штукатурки и части клад­

Ки в пределах слоя I и их теплопроводность,

В пределах слоев 2 и 3

1 =(0,31 + 0,14) ' 0И4 =0-751;

Я,,, + /?„., 1,038+0,466

М-Г/1И I ЛН г. /я, « ч

Р.... ^ЦП_____ . ЛЩ,

Р _6К 6ШТ_0,12 0,015

Б) Определим термическое сопротивление толщи /?тц при Pas бивке на площади плоскостями, параллельными тепловому потоку Проводимость толщи будет равна сумме проводимостей зон I и II

Л, + Лц А] . Лц N, 1

-——1 — =-- L-J--- Mitw Р — ^ д. Л ----------------------

^Tll

«i ' «II

-(0,31+0.14) 0J4-'.

1,489 '0,916

П _ FyllT I (<!К 1 I 6га J. 6К л, 6ШХ

RvLUT

----- 1------ " ------------------------

^■щт ^кл

0,015 0,12 0,27 0,12 ,0,015 0,81 +0,58+0,26 '0,58' 0,81 ~~ ' '

О _ ®SLL4.®!»J. -0'015 ЦП'51 I °>015_П 916

^кл Кит ~ 0,81 +0,58+"0Ж '

Фактическое термическое сопротивление толщн ^ 2*т„ +«Т1 1,247+1,201 _1>S3Q

2. Сопротивление теплопередаче ограждения

3. Вычислим коэффициент теплопередачи ограждения

4. Определим тепловой поток через ограждение

Q = k(tK — <„) = 0,719 [18—(—26)] = 31,6 Вт/м2.

5. Средняя температура на поверхностях ограждения равн;

Тв = /в-(^-*н)|£- = 18-[18-(-2б)]^=14,4°С; где RB _* = RB + Ri = 0,115 +1,232 = 1,347 °С • м2/ Вт,