Расчёт теплоусвоения поверхности ограждающих конструкций

Свойство поверхности ограждения в большей или меньшей степени воспринимать тепло при периодических колебаниях теплового потока или температуры воздуха характеризуется теплоусвоением. Колебания тепловых потоков Q_z, Вт, и температуры поверхностей τ_в, °С, являются гармоническими и происходят по закону синусоиды (рисунки 6, 7) с периодом z.

Колебания теплового потока, проходящего через ограждения , Вт, вызывают колебания температуры на внутренней поверхности А_τв, °С, с тем же периодом z, но с запаздыванием во времени на величину z_τв. В то время как значение , Вт, достигает своего минимума и начинает увеличиваться, температура на внутренней поверхности ограждения А_τв, °С, продолжает понижаться еще некоторое время z_τв.

Величина А_τв, °С, зависит от амплитуды колебания теплового потока , Вт, периода колебания z и теплофизических свойств ограждения: теплоусвоения материала S, Вт/(м²·°С), инерционности D, термического сопротивления R, (м²·°С)/Вт.

Отношение амплитуды колебания теплового потока , Вт, к амплитуде колебания температуры на внутренней поверхности ограждения А_τв называется показателем теплоусвоения внутренней поверхности ограждения Y_вп, Вт/(м²·°С),

Y_вп = /А_τв. (29)

Чем больше значение Y_вп при одном и том же значении , тем меньше амплитуда колебания А_τв на внутренней поверхности. Значение Y_вп главным образом зависит от коэффициента теплоусвоения материала S, который характеризует способность материала ограждения воспринимать теплоту при колебаниях А_τв, °C.

Колебания температуры на внутренней поверхности конструкции, в свою очередь, вызывают колебания температуры в толще ограждения и по мере удаления от внутренней поверхности уменьшаются и затухают в основном в толще первого слоя ограждения, который называется слоем резких колебаний. Таким образом, на величину Y_вп оказывают влияние только теплофизические свойства материалов первых слоев, остальная часть ограждения, лежащая за пределами слоя резких колебаний, не оказывает влияния на Y_вп. Эти свойства материалов необходимо учитывать при строительстве зданий и, особенно, при сооружении полов.

При рассмотрении многослойных ограждающих конструкций нумерация слоев осуществляется, начиная от внутреннего слоя к наружному.

Значение Y_вп необходимо устанавливать с учетом расположения границы слоя резких колебаний, при этом могут встретиться следующие три случая:

1. Если слой резких колебаний температуры А_τв полностью расположен в первом слое конструкции пола и имеет показатель тепловой инерции D₁ = R₁ ·S₁ ≥0,5, то показатель теплоусвоения поверхности пола Y_вп, Вт/(м²·°С), следует определять по формуле:

Y_вп = 2S₁. (30)

В этом случае показатель теплоусвоения внутренней поверхности Y_вп равен показателю теплоусвоения материала первого слоя и на его величину свойства материала следующих слоев влияния не оказывают.

2. Если слой резких колебаний температуры расположен в двух первых слоях и первый слой ограждения имеет D₁<0,5, но сумма величин D₁+D₂>0,5, то показатель Y_вп, Вт/(м²·°С), определяется по формуле:

. (31)

3. Если слой резких колебаний температуры А_τв, расположен в трех первых слоях и первые два слоя ограждения имеют D₁+D₂<0,5, но тепловая инерция первых трех слоев D₁+D₂+D₃>0,5, то показатель Y_вп определится из выражения:

, (32)

где R₁, R₂, R₃ – термические сопротивления соответственно первого, второго и третьего слоев, (м²·°С)/Вт;

S₁, S₂, S₃ – расчетные коэффициенты теплоусвоения материала пола соответственно первого, второго и третьего слоев, Вт/(м²·°С), принимаемые по [2, таблица 5].

Следовательно, теплоусвоение внутренней поверхности полов Y_вп, Вт/(м²·°С), будет зависеть от порядка расположения слоев. При расположении у внутренней поверхности пола материалов, имеющих большое значение коэффициента теплоусвоения S, повышается значение Y_вп, Вт/(м²·°С), что отрицательно сказывается на комфортных условиях. Следовательно, для полов первый слой конструкции должен иметь минимальное значение теплоусвоения S и максимальное значение термического сопротивления R.

Конструкция полов будет отвечать требованиям теплоусвоения на внутренней поверхности, если выполняется условие

, (33)

где Y^н_вп – нормативное значение показателя теплоусвоения внутренней поверхности пола, Вт/(м²·°С) (таблица 15).

Таблица 15 – Нормативный показатель теплоусвоения поверхности пола Y_вп

Характер помещения	Показатель теплоусвоения Y^нвп, Вт/(м^2·°С)
Здания жилые, больницы, интернаты, школы, детские сады и ясли
Общественные здания

Если условие (33) не выполняется, т.е. , необходимо заменить первый внутренний слой полов и принять материал с меньшим значением коэффициента теплоусвоения S и с большим значением термического сопротивления R.

Дата добавления: 2015-07-25