КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Приведенное сопротивление теплопередаче неоднородных ограждающих конструкций
В предыдущих параграфах рассматривались ограждающие конструкции, температурное поле в которых одномерно и изменяется только по оси, перпендикулярной к плоскости ограждения. Одномерная схема достаточно хорошо описывает плоские и протяженные конструкции, с неизменным поперечным сечением, обладающие теплотехнической однородностью по всей своей площади. Однако даже для однородных конструкций характерны отдельные участки с более сложным распределением температур, поскольку в здании имеются углы, проемы, пересечения стен. Условия теплообмена на притолоках простенков, в наружных углах здания и в местах примыкания к наружным ограждениям внутренних поперечных стен искажают простейшее температурное поле, изотермы в этом случае не параллельны, а поток тепла не одномерен. В частности, на перенос тепла влияет геометрическая форма наружных углов зданий. Площадь тепловосприятия (принимающая тепло от внутреннего воздуха) становится меньше площади теплоотдачи (отдающей тепло наружному воздуху). На рис.3.7 линиями показаны изотермы двухмерного поля в наружном углу здания. Температура на внутренней поверхности угла ниже температур глади стены на 4 – 6 ºС, что приводит к отсыреванию углов, а в недостаточно отапливаемых зданиях – к появлению инея в наиболее холодный период. Эти негативные явления устраняют путем обогрева наружных углов вертикальными трубами отопительной системы, что связано с дополнительными потерями тепла. Был рассмотрен геометрически обусловленный «мостик холода». «Мостики холода» – это ограниченные участки строительных конструкций, через которые происходит повышенная теплопередача. Но их главным недостатком является пониженная температура на внутренней поверхности «мостиков», что может привести к появлению конденсационной влаги на внутренней поверхности ограждения. Не только геометрическая форма, но и конструктивные особенности являются причиной теплотехнической неоднородности наружных ограждающих конструкций. Отдельные участки ограждения содержат соединительные элементы между слоями (ребра, стержневые связи), сквозные и несквозные теплопроводные включения. На таких участках в поперечном сечении ограждающей конструкции присутствуют более теплопроводные материалы, что уменьшает сопротивление теплопередаче в зоне подобных неоднородностей. Определение сопротивления теплопередаче таких конструкций по формуле (3.6), применимой в случае теплотехнически однородных ограждений, дает завышенные результаты, иногда существенно отличающиеся от действительных значений. Теплотехнический расчет неоднородных ограждающих конструкций состоит в определении приведенного сопротивления теплопередаче Rr0. В Своде правил по проектированию тепловой защиты зданий приведен ряд методик по определению Rr0. Ниже будет рассказано о некоторых из них. I. Определение приведенного сопротивления теплопередаче на основе расчета температурных полей. Приведенное сопротивление теплопередаче Rr0, м2·ºС/Вт, неоднородной ограждающей конструкции или ее фрагмента определяют по формуле Rr0 = (tint - text) · F/ Q, (3.12) где F – площадь неоднородной ограждающей конструкции или ее фрагмента, м2; Q – суммарный тепловой поток через конструкцию или ее фрагмент площадью F, Вт; tint – расчетная температура внутреннего воздуха, ºС, принимая согласно гл.1; text - расчетная температура наружного воздуха, ºС, о которой речь пойдет в п.3.7. Q определяется на основе расчета температурных полей (возможен также экспериментальный способ). Расчет температурного поля проводится с использованием численных методов. Исследуемая область разбивается на элементарные блоки с выделением участков с различными коэффициентами теплопроводности, таким образом формируется расчетная сетка. В узлах этой сетки по формулам выбранного численного метода определяются значения температур. В результате расчета температурного поля получают осредненный тепловой поток, проходящий через рассчитываемый участок площадью F. Процедура расчета осуществляется на ЭВМ с использованием вычислительной программы. II. Определение приведенного сопротивления теплопередаче с использованием коэффициента теплотехнической неоднородности Допускается приведенное сопротивление теплопередаче Rr0 характерного i-го участка неоднородной ограждающей конструкции вычислять по формуле Rr0 = R0 · r, (3.13) где R0 - сопротивление теплопередаче i-го участка однородной ограждающей конструкции, определяемое по формуле (3.6); r – коэффициент теплотехнической однородности i-го участка ограждающей конструкции, учитывающий влияние стыков, откосов проемов, обрамляющих ребер, гибких связей и других теплопроводных включений. На рис. 3.8 приведены различные виды теплопроводных включений. Для плоских неоднородных ограждающих конструкций, содержащих такие включения, коэффициент теплотехнической однородности r допускается определять по формуле , (3.14)
где F – то же, что в (3.12); m – число теплопроводных включений конструкции; ai, Li – соответственно ширина и длина i-го теплопроводного включения, м; R´0,i и R0,i - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2·ºС/Вт, соответственно в месте i-го теплопроводного включения и вне этого места, определяемое по формулам (3.5) или (3.6); ki – коэффициент, зависящий от типа i-го теплопроводного включения, принимаемый для - неметаллических теплопроводных включений по таблице 3.1; - металлических теплопроводных включений по формуле ki = 1+ Ψi·δi2/(λi· ai· R0,i), (3.15)
Таблица 3.1 Определение коэффициента ki
где Ψi - коэффициент, зависящий от типа i-го теплопроводного включения, принимаемый по таблице 3.2; δi, λi – толщина, м, и коэффициент теплопроводности, Вт/(м·ºС), утеплителя i-го участка ограждающей конструкции.
Таблица 3.2 Определение коэффициента Ψi
Пример 3.2 Определить приведенное сопротивление теплопередаче стены из пенобетонных камней со сквозным элементом бетонного каркаса (схема I на рис.3.8). Конструктивные и теплотехнические характеристики стены: -пенобетонные блоки имеют толщину δ = 0,30 м и коэффициент теплопроводности λ = 0,22 Вт/(м·ºС); -размеры элемента бетонного каркаса: a = 0,15 м; δ = 0,30 м; коэффициент теплопроводности λ = 0,7 Вт/(м·ºС); -расстояние между сквозными элементами бетонного каркаса составляет 1,2 м. Коэффициенты теплоотдачи у внутренней и наружной поверхностей составляют соответственно 8,7 Вт/(м2·ºС) и 23 Вт/(м2·ºС).
Решение По формуле (3.14) рассчитаем r – коэффициент теплотехнической однородности характерного фрагмента стены. Для этого определим: - сопротивление теплопередаче стены из пенобетона вне места теплопроводного включения (3.5) R0 = 1/8,7 + 0,30/0,22 + 1/23 = 1,52; - сопротивление теплопередаче в месте теплопроводного включения (3.5) R´0 = 1/8,7 + 0,30/0,70 + 1/23 = 0,59; - коэффициент k по таблице 3.1; для его нахождения вычислим отношения: λ m/λ = 0,7/0,22 = =3,18 и a/δ = 0,15/0,30 = 0,5; методом интерполяции определим, что k = 1,03. Выберем характерный фрагмент стены площадью F = =(1,2 + 0,15)·1= 1,35 м2. Тогда коэффициент r равен r = 1/ [ 1 + (1/1,35)·(1,52/0,59)·0,15·0,30·1,03] = 0,92 Приведенное сопротивление теплопередаче стены вычислим по формуле (3.13) Rr0 = 1,52·0,92 = 1,4 м2·ºС/Вт.
III. Определение приведенного сопротивления теплопередаче по расчету конструкций в направлениях, параллельном и перпендикулярном потоку тепла Для плоских ограждающих конструкций с теплопроводными включениями большой толщины, теплопроводность которых не превышает теплопроводности основного материала более, чем в 40 раз, приведенное термическое сопротивление определяется как среднее термическое сопротивление из значений сопротивлений отдельных участков ограждения. Поскольку направление теплового потока в этом случае отклоняется от основного (перпендикулярно стене) из-за разной теплопроводности элементов ограждения, расчет производится два раза; характерные участки конструкции рассматриваются в двух направлениях: параллельно основному и перпендикулярно ему. а) Ограждающая конструкция условно разделяется плоскостями, параллельными основному потоку тепла (рис.3.9), на участки с разными теплотехническими свойствами. Эти участки могут быть однородными (I) или состоять из слоев различных материалов (II). Среднее термическое сопротивление определится как R|| = , (3.16) где FI, FII,…, FN – площади отдельных участков конструкции (или ее части); RI, RII, …, RN – термические сопротивления этих участков, рассчитываемые по формулам (2.8) и (2.10); N – число рассматриваемых участков.
б) Конструкция условно разделяется плоскостями перпендикулярными потоку тепла. В этом случае расчетная схема ограждения представляет собой как бы слоистую конструкцию, одни слои которой могут быть однородными, а другие – нет. Термические сопротивления неоднородных слоев определяются так же, как однородных, по формуле (2.8), но в качестве коэффициента теплопроводности используется рассчитанное среднее значение , (3.17) где λ1, λ2,…, λn - коэффициенты теплопроводности материалов в неоднородном слое; F1, F2,…, Fn – площади, занимаемые в характерной части конструкции этими материалами; n – число материалов в неоднородном слое. Термическое сопротивление по второму расчету R^ определяется суммированием сопротивлений отдельных слоев, то есть по формуле (2.10). Если величины R|| и R^ отличаются не более, чем на 25%, то приведенное термическое сопротивление рассчитывается по формуле Rr = (R|| + 2 R^)/ 3. (3.18) Приведенное сопротивление теплопередаче неоднородного ограждения равно
. (3.19)
Если величина R|| превышает величину R^ более, чем на 25%, или ограждающая конструкция не является плоской (имеет выступы на поверхности), то приведенное сопротивление теплопередаче следует определять с помощью методов, изложенных в I и II.
Пример 3.3 Определить приведенное сопротивление теплопередаче Rr0 облегченной кирпичной стены с горизонтальными диафрагмами (рис. 3.10). Пустоты заполнены шлакобетоном плотностью 800 кг/м3. Коэффициенты теплопроводности кирпича и шлакобетона соответственно равны: λ1 = 0,7 Вт/(м·ºС) и λ2 = 0,29 Вт/(м·ºС). Размеры конструкции в поперечном разрезе указаны на рис. 3.10. Коэффициенты теплоотдачи у внутренней и наружной поверхностей составляют 8,7 Вт/(м2·ºС) и 23 Вт/(м2·ºС), соответственно.
Решение Выделим характерную часть стены. а) Разделим ее плоскостями, параллельными потоку тепла, на участки I, II, III и IV (рис. 3.10). Все эти участки являются неоднородными. Термическое сопротивление участка I определяем по формуле (3.6) RI = 0,25/0,7 + 0,13/0,29 + 0,12/0,7 = 0,98 м2·ºС/Вт. Такую же величину имеет термическое сопротивление участка III: RIII = 0,98 м2·ºС/Вт. Термические сопротивления частей II и IV также равны между собой и составляют RII = RIV = 0,12/0,7 + 0,26/0,29 + 0,12/0,7 = 1,24 м2·ºС/Вт. Площади участков I, II, III и IV высотой 1 м на поверхности стены равны: FI = FIII = 0,07·1 = 0,07 м2; FII = FIV = 0,07·2·1 = 0,14 м2. По формуле (3.16) определим R||: R|| = м2·ºС/Вт. б) Разрежем условно стену плоскостями, перпендикулярными потоку тепла, на участки 1, 2, 3 и 4. Термические сопротивления слоев 1 и 4 одинаковы и составляют R1 = R4 = 0,12/0,7 = 0,17 м2·ºС/Вт. Определим среднее значение коэффициента теплопроводности второго участка по (3.17): λср = Тогда термическое сопротивление 2-го слоя равно R2 = =0,13/0,36 = 0,36 м2·ºС/Вт. Такую же величину имеет термическое сопротивление участка3: R3 = 0,36 м2·ºС/Вт. Термическое сопротивление стены по второму расчету R^ найдем суммированием термических сопротивлений отдельных участков: R^ = 0,17·2 + 0,36·2 = 1,06 м2·ºС/Вт. Определим приведенное термическое сопротивление по формуле (3.18): Rr = м2·ºС/Вт. Приведенное сопротивление теплопередаче с учетом двухсторонней штукатурки толщиной 0,02 м и коэффициентом теплопроводности 0,7 Вт/(м·ºС) найдем, используя (3.19): Rr0 = 1/8,7 + (0,02/0,70)·2 + 1,085 + 1/23 = 1,30 м2·ºС/Вт.
Дата добавления: 2015-05-26; Просмотров: 3355; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |