Теплопроводность. Основной закон теплопроводности. Уравнение теплопроводности

В материальной твердой среде всегда имеются точки с одинаковой температурой. Геометрическое расположение таких точек в пространстве образует изотермическую поверхность. Изотермические поверхности различных температур не пересекаются друг с другом. Все они замыкаются на себя или кончаются на границах тела, следовательно, изменение температуры в среде происходит лишь в направлениях, пересекающих изотермические поверхности. При этом наибольшее изменение температуры получается в направлении нормали n к изотермической поверхности. Предел отношения изменения температуры Δt к расстоянию между изотермами по нормали Δn называется градиентом температур и обозначается как gradt. Градиент температур является вектором, направленным по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры и имеет размерность °С/м. Тепловая энергия переносится в среде в сторону убывания температуры. Количество тепла, переносимого через поверхность в единицу времени, называется тепловым потоком Q. Поток, отнесенный к единице поверхности, называется плотностью теплового потока q.

При экспериментальном изучении процесса теплопроводности в твердых телах Фурье установил, что количество передаваемого тепла пропорционально падению температуры, времени и площади сечения, перпендикулярного направлению распространения тепла. Эта зависимость может быть записана как

Коэффициент пропорциональности λ в выражении носит название коэффициента теплопроводности (Вт/м °С). Он характеризует физические свойства рассматриваемой системы с точки зрения протекания в ней процесса теплопроводности. Знак «минус» в выражении показывает, что тепловой поток направлен в сторону, противоположную нарастанию температуры (рис. 1).

Из основного закона Фурье, следует

где Q - количество теплоты;

δ - толщина материала;

F - площадь сечения, перпендикулярная тепловому потоку;

 - время прохождения теплового потока;

Δt - разность температур на противоположных стенках материала.

Лекция 6. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций (2 часа)

Цель расчета – определить требуемое приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции в соответствии с требованиями СНиП II-3-79*, найти толщину слоя утеплителя, затем, округлив ее до 10 мм, найти фактическое значение сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции.

Теплотехнические качества ограждений принято характеризовать величиной сопротивления теплопередаче Ro. Правильно выбранная конструкция ограждения и строго обоснованная величина его сопротивления теплопередаче обеспечивают требуемый микроклимат и экономичность конст­рукции здания.

Приведенное сопротивление теплопередаче Ro следует принимать не менее требуемых значений, определяемых, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий (см. (1)) и условий энергосбережения – по табл. 3.

Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных), отвечающих санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяют по формуле

, (1)

где n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху (табл. 4);

tв – расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимается по нормам проектирования соответствующих зданий (ГОСТ 12.1.005-88), табл. 5;

tн – расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 (табл. 1);

Δt^н – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемый по табл. 6;

αв – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл. 7.

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций из условий энергосбережения,, м²·°С/Вт, принять из табл. 3 в зависимости от численного значения градусо-суток отопительного периода (ГСОП), которое определяется по формуле

, (2)

где tв – то же, что в формуле (1);

tот. пер, zот.пер – средняя температура, °С, и продолжительность, сут, периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С (табл. 1).

При несовпадении численного значения ГСОП с приведенным в табл. 3 значения определяются интерполяцией.

Таблица 3

Дата добавления: 2013-12-12