Воздухоопорного пневматического сооружения.

Следствием низких теплотехнических показателей односторонних оболочек является большой расход тепла на обогрев помещения и перегрев воздуха летом. Самым простым и достаточно эффективным путем снижения расхода тепла является применение двухслойных оболочек здания типа «оболочка в оболочке».

В «минимизированной» форме идея двухслойных воздухоопорных зданий реализуется в виде нижней оболочки, прикрепленной к верхней в отдельных точках. Создавая воздушные прослойки переменной толщины, нижняя оболочка заметно улучшает средние теплотехнические показатели всей ограждающей конструкции.

Общее сопротивление теплопередаче двухслойной оболочки пневмосооружения определяется по формуле:

(15.8)

где - коэффициент конвективного теплообмена между поверхностью нижней оболочки и воздухом помещения, ;

- коэффициент лучистого теплообмена между поверхностью нижней оболочки и поверхностью пола, ;

- коэффициент теплоотдачи наружной поверхности верхней оболочки, ;

- термическое сопротивление двухслойной оболочки с воздушной прослойкой замкнутого типа, .

Коэффициент конвективного теплообмена определяется по формуле:

(15.9)

где h и B – соответственно высота и пролет пневмосооружения, м.

Коэффициент лучистого теплообмена между поверхностью пола и нижней оболочкой определяется по формуле:

(15.10)

где - соответственно площадь пола и оболочки,

- коэффициенты излучения поверхностей пола, нижней оболочки и абсолютно черного пола,

Коэффициенты излучения некоторых материалов приведены в таблице 15.4

Таблица 15.4 - Коэффициенты излучения материалов

№	Материал	Коэффициент излучения С,
	Бетон	3,61
	Дерево (ель)	4,44
	Краска масляная	4,65
	Плитка металлическая	3,84
	Резина мягкая серая	4,94
	Вода	5,47
	Абсолютно черное тело	5,77

Передача тепла в ограждениях с воздушными прослойками происходит иначе, чем в традиционных полнотелых конструкциях. Помимо теплопроводности материала самих оболочек в воздушной прослойке к теплопроводимости воздуха присоединяется еще передача тепла конвекцией и излучением.

Таким образом, полное количество теплоты, проходящей через 1 двухслойного воздухоопорного сооружения составляет в течении одного часа составляет:

, (15.11)

где - количество теплоты, передаваемой теплопроводностью соответственно нижней и верхней оболочек;

- количество теплоты, передаваемой теплопроводностью воздушной прослойки;

- количество теплоты, передаваемое конвекцией в воздушной прослойке;

- количество теплоты, передаваемое излучением в воздушной прослойке.

Передача тепла теплопроводностью материала оболочек выражается формулами:

, (15.12)

, (15.13)

где - температура на поверхности нижней оболочки, ;

- температуры на ограничивающих воздушную прослойку поверхностях нижней и верхней оболочек, ;

- коэффициенты теплопроводности материалов нижней и верхней оболочек, ;

- толщина нижней и верхней оболочек, м.

Передача тепла теплопроводностью в воздушной прослойке подчинятся закону передачи тепла в твердом теле и может быть выражена формулой:

, (15.14)

где и - то же, что и в формулах 15.12 и 15.13;

- коэффициент теплопроводности воздуха (при температуре 0

= 0,023 );

- толщина воздушной прослойки, м.

Конвекция воздуха в прослойке возникает вследствие разности температур на ее поверхностях и имеет характер естественной конвекции. При этом из поверхности с более высокой температурой воздух нагревается и движется в направлении снизу вверх, а из более холодной поверхности охлаждается и движется в обратном направлении - сверху вниз.

Количество теплоты, передаваемой конвекцией в воздушной прослойке, определяется по формуле:

, (15.15)

где - условный коэффициент, называемый коэффициентом передачи теплоты конвекцией в воздушной прослойке, ;

, , - то же, что в формуле 15.14.

В отличии от обычного коэффициента теплопроводности этот коэффициент не является постоянной величиной, а зависит от толщины прослойки температуры воздуха в ней, разности температур на поверхностях прослойки и расположения прослойки в ограждении.

В таблице 2 даны значения величин коэффициентов λ₁+λ₂ в зависимости от толщины прослойки δ_возд и разности температур на ее поверхности τ₁ - τ₂.

Влияние температуры воздуха в пределах от +15 до -10˚С на теплопередачу конвекцией не превышают 5%, поэтому этим параметром в практических расчетах можно пренебречь.

Как видно из таблицы, коэффициент передачи теплоты конвекцией возрастает с увеличением толщины прослойки, с увеличением разности температур на поверхностях прослойки величина λ₂ возрастает вследствие повышения интенсивности конвекционных токов в прослойке.

Увеличение значений λ₁+λ₂ в горизонтальных прослойках при потоке теплоты снизу вверх объясняется непосредственным направлением конвекционных токов по вертикали от нижней поверхности, имеющей более высокую температуру, к верхней поверхности, имеющей более низкую температуру.

Таблица 15.15 Значение величин λ₁+λ₂ при температуре воздуха 0˚С для горизонтальных воздушных прослоек.

τ1 - τ2, ˚С	Значения λ1+λ2, Вт/(м˚С), при δвозд, см
	0,1380	0,2022	0,2470	0,2909	0,3306	0,3625	0,4025	0,4252
	0,1480	0,2183	0,2654	0,3118	0,3557	0,3754	0,4253	0,4514
	0,1563	0,2300	0,2812	0,3304	0,3761	0,4127	0,4654	0,5018

Кроме передачи теплоты теплопроводностью и конвекцией в воздушной прослойке происходит еще непосредственное излучение между поверхностями, ограничивающими воздушную прослойку. Количество теплоты Q₄, передаваемой в воздушной прослойке излучением от поверхности с более высокой температурой τ₁ к поверхности с более низкой температурой τ₂ , можно выразить по аналогии с предыдущими выражениями в виде:

, (15.16)

Где τ₁ и τ₂ – то же, что в формуле 15.14;

- коэффициент теплоотдачи излучением в воздушной прослойке, Вт/(м² ˚С)

В этом равенстве отсутствует множитель δ, т.к. количество теплоты, передаваемой излучением, в воздушных прослойках, ограниченных параллельными плоскостями, не зависит от расстояния между ними.

Коэффициент определяется по формуле:

, (15.17)

где , - коэффициенты излучения материала нижней и верхней оболочек, Вт/(м² ˚С);

- коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м²˚С);

τ₁ и τ₂ – то же, что в формуле 15.14.

Формула (15.14) показывает, что коэффициент также не является постоянной величиной, а зависит от коэффициента излучения поверхностей, ограничивающих воздушную прослойку и, кроме того, от разности четвертых степеней абсолютных температур этих поверхностей.

Для определения суммарного количества теплоты передаваемой через воздушную прослойку можно воспользоваться формулой 15.6.

Эквивалентный коэффициент теплопроводности воздушной прослойки определяется по формуле 15.17.

Зная эквивалентный коэффициент теплопроводности воздуха в воздушной прослойке, термическое сопротивление воздушной прослойки определяют так же, как для слоев из твердых или сыпучих материалов, т.е.

, (15.18)

Определив по предлагаемым формулам все слагаемые формулы 15.8, можно расчитать общее сопротивление теплопередаче двухслойной оболочки пневмосооружения.

Дата добавления: 2015-10-29