|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 ... 11 12 13 14 15 16 17 ... 25 деления приведенного сопротивления теплопередаче ограждения: где Ynp - показатель приведения сопротивления теплопередаче глади ограждения к сопротивлению теплопередаче сложного ограждения. Если ограждение в зоне угла, откоса или стыка имеет теплопроводные включения, то в порядке первого приближения можно считать изменения теплопотерь независимыми от формы элемента и наличия в нем теплопроводного включения. Для многослойных панелей со сложными обрамляющими ребрами, утепляющими включениями и др. /?о.пр необходимо определять с помощью полного расчета температурного поля [41]. III.2. ОДНОСТОРОННИЙ НАГРЕВ И ОХЛАЖДЕНИЕ ОГРАЖДЕНИЯ При регулярном отоплении помещения и устойчивых параметрах наружной среды в ограждении устанавливается стационарное распределение температуры. При скачкообразном изменении условий на поверхности ограждения произойдет перераспределение температуры от начального к соответствующему стационарной теплопередаче при новых условиях. Переходный процесс одностороннего нагрева или охлаждения может быть вызван изменением температуры или теплового потока на поверхности ограждения. Рассмотрим первый вариант ступенчатого изменения температуры поверхности ограждения (рис. III.15). В начальный момент в сечении ограждения распределение температуры стационарное t{Xy 0). Температуру внутренней поверхности изменили и поддерживают постоянной на новом уровне (0, г). На наружной поверхности температура остается неизменной. Переменное температурное поле в ограждении в виде обобщенного графика зависимости относительной избыточной температуры (л:, оо)-/(дг, 0)
 0, 0,2 Рис. 111.15. Односторонний нагрев или охлаждение ограждения при изменении температуры его поверхности О 0,1 0,2 0,5 OA Fn а - распределение температуры при нагреве (/) и охлаждении ( ); б - распределение относительной избыточной температуры по сечению ограждения; в - изменение относительных избыточных тепловых потоков на внутренней (/) и наружной (2) поверхностях ограждения в зависимости от Fq  О 0,1 0,2 0,д ОМ 0,5 0,6 0,7 То Рис. III. 16. Односторонний н^агрев или охлаждение ограждения при изменении теплового потока на его поверхности а - распределение температуры при нагреве (/) и охлаждении ( ); б - распределение относительной избыточной температуры по сечению ограждения; в - изменение относительной избыточной температуры на внутренней поверхности ограждения в зависимости от Fq от ьсритерия Фурье Fo== (безразмерное время,) и относительного расстояния от поверхности x/l показано на рис. 111.15,6. На рис. 111.15,0 дана зависимость изменения относительных избыточных тепловых потоков 6 на внутренней 1 и наружной 2 поверхностях ограждений: от критерия Фурье (0,г)-(0,0) (0,оо)-(0,0) (III.206) i?(/,c )-(7(/,0)* Графическое решение можно применить для расчета ступенчатого одностороннего нагрева или охлаждения (рис. III. 15, а, ), а также при произвольном начальном (стационарном) распределении температуры. Обычно задается изменение температуры воздуха, а не поверхности. Полученное решение в этом случае можно использовать для приближенного расчета, применив прием приведения краевой задачи к внутренней и введя эквивалентные заданному теплообмену слои на поверхностях ограждения. Рассмотрим второй вариант одностороннего нагрева (а,1) или охлаждения (а, II) ограждения (рис. III.16, а), когда задано ступенчатое изменение теплового потока: от 9 (О, 0) до 9(0, z)y поступаюпхего на поверхность ограждения. При таком изменении со временем в толще стены устанавливается новое линейное распределение температуры, соответствующее новому режиму стационарной передачи потока тепла (0, z)\ t(x, <x)-(/,z) = - = (0,2)/?. (111,21) Разность температур: (0, оо)-(/, z) в этих условиях равна: / (0,оо) - / (/,г) = (7 (0,z) 1/к = q (0,2) /?о. (III.22) На графике (см. рис. 111.16,6) нанесены кривые относительной избыточной температуры 6: /(0,-)-/(/,г) g(0.z)R, ПО сечению стены (x/l) в различные моменты времени (Fo). На рис. III. 16, в показано изменение относитель- ной избыточной температуры 6 на внутренней поверхности ограждения. Графическое решение (рис. 111.16,6 и в) может быть использовано для расчета нагрева, охлаждения и перехода от одного стационарного состояния к другому при ступенчатом изменении интенсивнд-сти теплового потока на поверхности. В последнем случае графики определяют характеристики переходного процесса от одного состояния стационарной теплопередачи к другому . 111.3. ИНЖЕНЕРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТИ ОГРАЖДЕНИЯ Колебания температуры наружного воздуха внутренней поверхности и воздуху помещения передаются через различные ограждения с разной скоростью. Это обусловлено теплоустойчивостью, ограждений. Теплоустойчивость- свойство ограждения сохранять относительное постоянство температуры при колебаниях внешних тепловых воздействий. Периодические колебания температуры воздуха и те-плопоступлений можно представить правильными гармоническими колебаниями или суммой ряда гармоник. Влияние сложного изменения условий теплообмена может быть представлено в виде суммы простых. Теплоустойчивость ограждения - один из важных вопросов строительной теплофизики. Его исследовали многие крупные специалисты, в том числе О. Е. Власов и Г. В. Селиверстов. Наиболее законченная и полная работа С. И. Муромова, в которой дано решение для многослойного ограждения при граничных условиях П1 рода. В решении были использованы гиперболические функции комплексного переменного. А. М. Шкловер [46] использовал в записи этого решения характеристики теплоус-воения поверхностей, предложенные О. Е. Власовым, и разработал полный метод расчета, который принят в практике проектирования. В последнее время предложены новые аналитические решения нестационарной теплопроводности, полученные операционными и вариационными методами. Решения в виде комплексных функций теории теплоустойчивости Власова -Муромова - Шкловера и решения, полученные этими методами, дают хорошее совпадение. Ниже рассмотрено приближенное аналитическое решение теплоустойчивости ограждения, основанное на теории Власова - Муромова - Шкловера [14, 46]. При правильных гармонических колебаниях температура наружного воздуха /н изменяется около своего сред-  Рис. III.17. Затухание температурных колебаний в ограждении (постановка задачи к инженерному методу расчета) него значения /н.о (рис. П1.17) так, что в любой момент времени z ее можно определить по формуле (2-8н). (III.24) Второе слагаемое здесь, характеризующее изменение температуры, удобно представить как проекцию на вертикальную ось вектора, вращающегося против часовой стрелки (см. рис. П1.17). Размер радиуса вектора (модуль) равен амплитуде колебания, а угол ен (аргумент) - отклонению во времени z (на рис. III.17 максимум совпадает с 2=0, поэтому в этом случае вн=0). Изменения температуры и теплового потока в любом сечении ограждения также могут быть описаны уравнением вида (III.24). Такая запись наглядна, а в векторной форме она позволяет просто проводить действия сложения, вычитания, умножения и деления с периодически изменяющимися значениями. Это необходимо при рас- смотрении сложных явлений, связанных с действием ряда изменяющихся факторов. При расчетах затухания колебаний наружной температуры искомой является температура Тв на внутренней поверхности ограждения: At 2я -cos -г (2-8). (III.25) Средние значения величин в периодическом тепловом процессе определяют по формулам стационарной тепло-  Рис. III. 18. Р|асположение и нумерация слоев при определении характеристик теплоусвоения многослойного ограждения передачи, поэтому в формуле (П1.25) среднее за период значение (III. 26) Для получения приближенных зависимостей показателей сквозного затухания колебаний v и запаздывания во времени сквозного проникания колебаний через ограждение е воспользуемся данными аналитического анализа [46]. В инженерном методе расчета примем нумерацию слоев в направлении распространения температурной волны (от наружной поверхности к внутренней на рис. П1.18). Показатель сквозного затухания колебаний равен: = 1 в.п-1 в.п в.п+1 \ \ ( 27) где Vh - показатель затухания при переходе от наружного воздуха к наружной поверхности ограждения; Vb.m-i, Vb.h, Vb.h+i -то же, в воздушной прослойке и в рядом с ней расположенных слоях; Vi, V2, Vn - в отдельных материальных слоях; - в последнем слое ограждения, граничащем с внутренней его поверхностью. Формулы для Vh и VB.n при анэлитическом решении [61 имеют вид: v =l-fFiR ; (111.28) Vn=l+lB.n+X B.n. ( 1-29) где Rh и /?в.н - сопротивления соответственно теплообмену на наружной поверхности и теплопередаче воздушной прослойки; Yi и Ув.п+1 - коэффициенты теплоусвоения соответственно наружной поверхности ограждения и поверхности после воздушной прослойки Для поверхности произвольного слоя п в толще ограждения с учетом упрощенных формул аналитического решения где Rn - сопротивление теплопроводности слоя; Sn - коэффициент теплоусвоения материала этого слоя; Уп и Уп+i - коэффициенты теплоусвоения поверхностей слоев п и Если слой п расположен в однородном ограждении большой толщины, тогда ve . (III.31) Имея в виду, что =2,02я::2 и RnSn=Dn, уравнение (1П.31) можно записать так: vn2. (III. 32) где Dn - показатель тепловой массивности (или условная толщина) в данном случае слоя п. Последняя запись удобна для прикидочных расчетов. Она показывает, что амплитуда колебаний уменьшается приблизительно в два раза в пределах слоя, условная толщина D которого равна единице. Если расстояние измерять в условных толщинах, то в пределах каждой единицы амплитуда будет уменьшаться в два раза. В этом смысле D можно назвать толщиной полузатухания колебаний. В приближенном методе расчета для оценки теплоустойчивости ограждения используют характеристику его тепловой массивности D=Si?S. Многие авторы отмечают, что величина D не учитывает всей сложности явления в наружных стенах и перекрытиях и может быть использована лишь для приближенной оценки их тепло-инерционности. Для слоя k, граничащего с внутренним воздухом, v* = -J-- ( 1-33) Коэффициент теплообмена на внутренней поверхности ав соответствует в данном случае коэффициенту теплоусвоения внутренней поверхности при направлении температурной волны в сторону помещения. Для материального слоя перед воздушной прослойкой коэффициент затухания определяют по формуле аналогичной (III.33). Коэффициент теплоусвоения воздушной прослойки, следующей за слоем в. п-1, в.п B.n-fl в формулу (III.27) обычно вводят поправочный численный коэффициент 0,9, приближенно учитывающий несовпадение по фазе колебаний, характеристики которых в приближенном решении складываются, делятся и перемножаются без учета этого несовпадения. Формула (III.27) и входящие в нее зависимости (III.28) - (III.30), (III.33) и (III.34) не являются точными, хотя достаточно сложны. Рассмотрим возможные дальнейшие упрощения решения. Многослойную конструкцию заменим эквивалентной ей по тепловым свойствам однослойной. Показателями эквивалентности тепловых свойств будем считать равенства сопротивлений теплопередаче Ro и показателей тепловой массивности D, Для эквивалентной однородной конструкции условный коэффициент теплоусвоения S = . (III.35) где 2/? - сумма сопротивлений теплопроводности материальных слоев многослойного ограждения, имеющего массивность D. Формулу для показателя затухания v эквивалентного ограждения при нормативных i?B = 0,133 и i?H=0,05 приближенно получим в виде V 0.9.2(1 +Si?H) (1) 2(о.83 + 3 ) ., (III.36) Формула (III.36) удобна для приближенных расчетов. Однако в ней не учитываются влияния чередования слоев и возможного наличия в конструкции воздушной прослойки. На каждом переходе к слою с большим теплоусвое-нием происходит дополнительное к подсчитанному по упрощенной формуле затухание колебаний. В многослойном ограждении обычно достаточно учитывать взаимное расположение только основных слоев, теплозащитного и конструктивного (несущего). Расположение двух основных слоев можно учесть введением в зависимость (П1.36) поправочного коэффициента сл- Из анализа основных зависимостей можно установить ориентировочное значение усл- Сопоставим двухслойное ограждение с эквивалентным ему однородным. Значения D и 2/? этих ограждений равны. Чтобы упростить рассмотрение, будем считать слои ограждений достаточно толстыми (D>1). Поправочный коэффициент 7сл будет равен отношению коэффициентов затухания этих ограждений. Принимая в расчет приближенные выражения (П1.30) и (П1.32), получим: Для реальных конструкций, как показывают расчеты, более приемлемым оказывается это выражение с несколько иными численными коэффициентами: Тел 0,85 + 0,15 , (111.37а) где Si и .S2 - коэффициенты теплоусвоения основных слоев ограждения (индексы 1 и 2 учитывают положение слоев по направлению тепловой волны). В формулу (П1.36) дополнительно введем поправочный коэффициент 7в.п, учитывающий влияние воздушной прослойки. Воздушная прослойка влияет на затухание колебаний не только в слое воздуха, но и в материальном слое, расположенном перед ней. Значение поправочного коэффициента 7в.п определим из сопоставления коэффициентов затухания конструкции, имеющей воз^ душную прослойку между двумя толстыми слоями , с эквивалентным однородным ограждением. При прочих равных условиях отношение v для таких ограждений определит значение ув.п. Воспользуемся приближенными формулами (III.29), <111.32), (III.34) и определим ув.п'. S+ r,D -ГАв.] + 0,5/?в.п (1 + в.н5) D - 1 + (III.38) Формулу для приближенного вычисления v многослойного ограждения запишем окончательно в виде 2R \ 83 + 3 Тел Тв.п. (III. 39) Запаздывание сквозного проникания колебаний во времени для многослойного ограждения е = епов + 2е„ + 8в.п, (III. 40) где 2еп ~ запаздывание, ч, колебаний при прохождении п материальных слоев толщи ограждений [46]: 28,;--0,113 TD; (III.41) 2л V 2 -Бноввеличина, учитывающая запаздывание, ч, которое происходит нри переходе колебаний от наружного воздуха к поверхности и от внутренней его поверхности к воздуху помещения 1 1 \ Т arctg- - arctg 1 + - в в (III. 42) где Упов ~ коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения при направлении движения температурной волны из помещения; значения функции Б (а/Ь) даны ниже:
Величина епов для ограждений зданий изменяется в небольших пределах: от -0,01 до 0,06 Т. Для инженерных расчетов епов можно принять постоянной, равной: 8пов - 0,017 Т; (III.43) Величину запаздывания ев.п в воздушной прослойке можно не учитывать. 1 ... 11 12 13 14 15 16 17 ... 25 |
|||||||||||||||||||||||||||||