Нестационарный тепловой режим ограждения

Нестационарный тепловой режим помещения вызывается двумя причинами:

– колебаниями теплоотдачи системы отопления или изменением технологических и бытовых тепловыделений, которые вызывают изменение температуры воздуха и радиационной температуры помещения;

– резким изменением температуры наружного воздуха.

На рисунке 3.1 показано относительное во времени колебание температуры внутренней поверхности ограждения (1), температуры воздуха в помещении (2) и теплового потока (3), проходящего через эту поверхность, связанные зависимостью: e_в ~ Т/16; e_у = Т/8.

Колебания температуры в толще ограждения при нестационарном режиме показаны: на рисунке 3.2 – при изменении температуры наружного воздуха; на рисунке 3.3 – при изменении температуры в помещении. (При одновременном изменении температуры наружного воздуха и температуры воздуха в помещении, используют принцип суперпозиции).

Рисунок 3.2

Теплоустойчивость от проникновения температуры наружного воздуха характеризуется глубиной проникновения резких колебаний температуры в толщу ограждения зависящей от тепловой инерционности ограждения (Д), т. е. его теплоаккумулирующей способности и характеризуется показателем сквозного затухания колебаний температуры (n):

Д =S (R_i S_i) = S(d_i / q), (3.2)

где R_i – термическое сопротивление i-того слоя материала ограждения, м² К/Вт;

S_i – коэффициент теплоусвоения материала i-го слоя, учитывающий колебания температуры наружного воздуха. Физически выражает отношение величины амплитуды колебания теплового потока к величине колебания температуры на внутренней поверхности ограждения, S=A_q/A_tв;

d_i – толщина слоя ограждения;

q – толщина слоя резких колебаний температуры (толщина материала, в котором амплитуда теплового потока уменьшается в два раза);

n = А_tн/ A_tв @ 2^D (0,83+3,5S R_i/D) b_слb_вп, (3.3)

где b_сл – коэффициент учитывающий последовательность расположения слоев;

b_вп – коэффициент, учитывающий наличие воздушной прослойки в конструкции ограждения.

При Д > 7 (массивные ограждения) колебания температуры гасятся в толще слоя ограждающей конструкции.

При 4 < Д £ 7 (ограждения средней массивности) колебания температуры гасятся на внутренней поверхности ограждения.

При 1,5 < Д £ 4 (легкие ограждения) колебания температуры наружного воздуха проникают вглубь помещения.

При Д £1,5 (сверхлегкие ограждения) наблюдается глубокое проникновение колебаний температуры наружного воздуха вглубь помещения.

3.2.1 Требуемая теплоустойчивость ограждения

Теплоустойчивость наружных ограждений не должна допускать больших изменений температуры внутренней поверхности: зимой – при разовых понижениях температуры в периоды похолодания; летом – при суточных колебаниях температуры и интенсивности солнечной радиации.

При выборе зимней расчетной температуры принимается во внимание тепловая инерция ограждения, поэтому расчет требуемого термического сопротивления одновременно учитывает теплоустойчивость ограждения при понижении температуры в период резкого похолодания.

В летних условиях теплоустойчивость ограждения должна обеспечивать колебание температуры на внутренней поверхности не более допустимой:

А_tв < А_tв ^доп = 2,5 - 0,1 (t_vii - 21), (3.4)

где t_vii – средняя за июль (самый жаркий месяц) температура наружного воздуха.

А_tв = А_tн ^расч /n, (3.5)

где А_tн ^расч – расчетная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха,

А_tн ^расч = 0,5 А_tн + r(I_max - I_ср)/ a_н; (3.6)

А_tн – максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха в июле (согласно СНиП «Строительная климатология и геофизика»);

r – коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности ограждения;

I_max, I_ср – соответственно максимальное и среднее значение суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной);

a_н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности для летнего периода, a_н = 1,16 (5 + 10 Ö v);

v – минимальная из средних скоростей по румбам за июль, повторяемость которых составляет 16 % и более, принимаемая по СНиП, но не менее 1 м/с;

n – величина затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в ограждающей конструкции (см. формулу 3.3).

Определение А_tв необходимо проводить при t_п = const в условиях расчетных летних суток при колебаниях условной наружной температуры, учитывающей совместное действие наружной температуры и солнечной радиации. Проверка на теплоустойчивость для летних условий не производится, если тепловая инерция Д >4 - для стен, Д >5 для покрытий и при t_vii <21 ^оС.

Теплоустойчивость полов определяется в СНиП показателем теплоусвоения поверхности пола Y_п, который для однородной конструкции или при Д ³0,5 принимается равным:

Y_п = 2 S £ Y_п ^н, (3.7)

Лекция 4. Цель лекции: Изучение требований нормативно-технической документации к теплотехническому расчету ограждения.