Теплоусвоение

Общие понятия

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОМ ТЕПЛОВОМ ПОТОКЕ

Теплопередача при стационарном тепловом потоке предполагает постоянство температурных условий снаружи и внутри помещения. В действительности температура внутреннего и наружного воздуха ограждающих конструкций не остается постоянной. Достигая за определенный промежуток времени максимальной или минимальной величины, она периодически изменяется, что вызывает изменение и теплового потока. Теплопередача в таких условиях носит название теплопередача при нестационарных тепловых условиях.

Изменения температуры могут возникать: 1) в результате смены холодных и теплых масс наружного воздуха в зимнее время в течение одних или нескольких суток; 2) при периодическом отоплении зданий; 3) под воздействием солнечной радиации летом. Такие периодические воздействия вызывают изменения температуры внутренней поверхности ограждения, что может привести зимой к созданию условий конденсации влаги, а летом – к повышению температуры внутреннего воздуха помещения. Эти обстоятельства должны учитываться в теплотехнических расчетах ограждений, для чего необходимо рассмотреть процесс теплопередачи в нестационарных условиях, а также проявляющиеся при этом свойства материалов и конструкции ограждения.

Предположим, что через толщу ограждения проходит нестационарный тепловой поток, величина которого меняется во времени по закону синуса с периодом колебания z и амплитудой А _Q (рис. 6).

Изменение величины потока, проходящего через ограждение, вызывает, в свою очередь, колебания тепературы на внутренней его поверхности, которые также имеют синусоидальный характер с амплитудой А _τ и такой же период, но с некоторым запаздыванием во времени. Отношение величины амплитуды колебания теплового потока А _Q к величине амплитуды колебания температуры на внутренней поверхности ограждения А _τ называется коэффициентом теплоусвоения внутренней поверхности ограждения Y _в, который определяется по формуле

Коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности зависит от периода колебаний теплового потока Z и от теплотехнических свойств самого ограждения. Величина Y_в представляет собой максимальное изменение амплитуды колебания теплового потока, воспринимаемого внутренней поверхностью ограждения при амплитуде колебания температуры, равной 1^оС, и имеет размерность ккал/(м²·ч·^оС).

Если ограждение большой толщины состоит из однородного материала, то теплоусвоение его внутренней поверхности при заданном периоде колебания температуры зависит от физических свойств материала и называется коэффициентом теплоусвоения материала S. Величину коэффициента теплоусвоения в общем случае можно найти по формуле

где λ – коэффициент теплопроводности материала, ккал/(м·ч·^оС);

γ – объемная масса, кг;

с – удельная теплоемкость, ккал/(кг·^оС);

z – период колебания теплового потока, ч.

При периоде колебания теплового потока 24 ч формула примет вид

(15)

Из этих формул видно, что величина коэффициента теплоусвоения материала зависит от периода колебания теплового потока и от таких физических свойств материала, как λ, с и γ.

Наглядно свойство теплоусвоения материала можно представить следующим образом. Если приложить одновременно обе руки к двум поверхностям из бетона и дерева (например, сосны), имеющим одинаковую температуру, то первая будет восприниматься как более холодная. Это ощущение вызывается тем, что бетонная поверхность более интенсивно отбирает (усваивает) тепло от руки, чем деревянная, так как бетон имеет больший коэффициент теплоусвоения (S_б = 12,5 ккал/(м²·ч·^оС), S_сос = 3,6 ккал/(м²·ч·^оС)).

Величина коэффициента теплоусвоения материалов слоев при периоде 24ч согласно СНиП РК 2.04-03-2002, с учетом условий эксплуатации ограждений А и Б определяется по формуле