Распределение температур в ограждающей конструкции

В условиях стационарной теплопередачи распределение температур в конструкции подчиняется определенным закономерностям, поэтому можно определить температуру в любом сечении стены.

Установим, как меняется температура по толщине однослойной стенки, на поверхностях которой заданы постоянные температуры t_si и t_se. Подставим в уравнение найденное значение константы С и получим зависимость температуры от толщины

.

Следовательно, температура однородной стенки меняется по линейному закону. График изменения – прямая линия с угловым коэффициентом -q/λ, равным тангенсу угла наклона температурного графика к оси X:

, то есть tg α обратно пропорционален коэффициенту теплопроводности.

Следовательно, чем лучше материал проводит тепло, тем меньше угол наклона температурного графика к оси X (и меньше градиент температур), и наоборот.

В многослойной стене график распределения температур представляет собой ломаную линию, каждый участок которой соответствует одному слою конструкции, а угол наклона участка ломаной зависит от теплопроводности материала данного слоя. В плотном теплопроводном слое стены часть графика является пологой, основное изменение температуры отмечается в теплоизоляционном слое.

Рассмотрим две двухслойные стены, состоящие из слоя кирпичной кладки и слоя утеплителя. Материалы и толщины слоев одинаковы, но их расположение различно.

В случае а утеплитель находится с внутренней стороны стены, в варианте б – снаружи. Термические сопротивления этих конструкций равны. Сравним температурные графики. При наружном расположении слоя теплоизоляции температура на поверхности кладки падает незначительно. Это означает, что кладка всегда будет теплой, не будет возникать трещин от температурных деформаций. При внутреннем утеплении стены кирпичная кладка в течение года подвергается воздействию больших колебаний температуры, что приводит к возникновению температурных напряжений в ней; зимой эта стена будет более холодной.

График распределения температур в многослойной конструкции из ломаной линии превратится в прямую, соединяющую t_si и t_se, если эту конструкцию вычертить в масштабе термических сопротивлений, то есть по оси абсцисс отложить не толщины слоев δ_i, а значения их термических сопротивлений R_i = δ_i/λ_i.

Рассмотрим для простоты двухслойную стенку, температура на границе слоев – t₁. Построим два треугольника: ABD и ACE.

Из Δ ABD ; из Δ ACE .

В масштабе термических сопротивлений температурный график – прямая линия.

На этой закономерности основан графический способ определения температур в любом сечении стены x (рис.3.5). Это же значение можно рассчитать аналитически, зная величину термического сопротивления R_x от внутренней поверхности до данного сечения

Значение температуры в сечении x можно найти по графику или вычислить по формуле

.

Дата добавления: 2015-05-26