Теплопроводность кирпича различной плотности

Вода обладает высоким коэффициентом теплопроводности l = 0,5 Вт/(м°С), поэтому увлажнение материалов и тем более образование в них льда (l = 2 Вт/(м°С)) увеличивает теплопроводность.

Коэффициенты теплопроводности зависят от природы материала, его химического состава и особенностей кристаллической структуры. В металлах значительная часть тепла переносится потоком электронов. Чем выше электропроводность металла, тем больше его теплопроводность (медь, алюминий). Теплопроводность камневидных материалов вызвана волнами тепловых упругих колебаний структуры. Чем тяжелее атомы или атомные группы, образующие кристаллы в структуре материала, и чем слабее они между собой связаны, тем меньше теплопроводность материала.

Теплофизический расчет ограждающих конструкций при установившемся потоке

Основная задача теплофизического расчета ограждающих конструкций – придание им необходимых теплозащитных качеств, показателем которых является термическое сопротивление R.

Термическое сопротивление однородного слоя:

(4)

Численно термическое сопротивление равно разности температур на противоположных поверхностях ограждения, при которой через каждый 1 м² ограждения в течение 1 ч проходит тепловой поток, равный 1 ккал.

При проходе теплового потока через ограждение падение температуры происходит не только в материале, но и у поверхностей ограждения (рисунок 9). При этом общий температурный перепад t_в – t_н складывается из трех частных перепадов:

t_в – t_в – у внутренней поверхности ограждения;

t_в – t_н – в толще ограждения;

t_н – t_н – у наружной поверхности ограждения.

Такое падение температуры свидетельствует о наличии дополнительных термических сопротивлений переходу тепла от внутреннего воздуха к внутренней поверхности ограждения, и от наружной поверхности ограждения к наружному воздуху. Это сопротивление теплоотдаче обозначают R_в и R_н , м²°С/Вт.

Рисунок 5 – Теплопередача при установившемся режиме

В расчетах чаще используют обратные величины:

a_в – коэффициент тепловосприятия, Вт/м²°С;

a_н – коэффициент теплоотдачи, Вт/м²°С;

(5)

Общие величины сопротивления теплопередаче:

(6)

(7)

Расчет толщины ограждения

На основе закономерности теплопередаче при установившемся потоке теплоты этот поток Q, Вт/м², проходящий за 1 секунду через 1 м² ограждения, определяется по формуле:

(8)

Тепловой поток Q, Вт/м², проходящий через внутреннюю поверхность ограждения, определяется по формуле:

(9)

Левые части этих уравнений равны, т.к. тепловой поток при установившемся потоке одинаков в любом сечении ограждения (см. рисунок 9).

Поэтому , (10)

откуда (11)

Основным нормируемым показателем принят температурный перепад . Нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения зависит от назначения здания и вида ограждения, имеет большое санитарно-гигиеническое значение. Для стен Dtⁿ допускается большим, чем для потолков и полов, в противном случае возникают токи холодного воздуха вниз. Значительные перепады температур понижают комфортность помещений.

Теплообмен через ограждения, не соприкасающиеся непосредственно с наружным воздухом, (например, чердачные перекрытия, перекрытия над холодными подвалами), отличается от условий теплообмена с наружным воздухом поэтому в формуле (11) введен поправочный безразмерный коэффициент n, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху.

Для проектирования ограждающих конструкций СНиП установлено минимальное или требуемое сопротивление теплопередаче R₀^ТР.

Формула для определения требуемого сопротивления принимает вид:

(12)

Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции R₀ должно быть больше или равно величине, при которой ограждение будет удовлетворять теплотехническим требованиям, называемой требуемым сопротивлением теплопередаче R₀^ТР.

Требуемые значения R₀^ТР определяются исходя из санитарно - гигиенических и комфортных условий по формуле и условий энергосбережения по таблице 1б*.

Для определения R₀^ТР из условий энергосбережения в [2] введена величина ГСОП (градусо–сутки отопительного периода), определяемая по формуле:

(13)

где t_от.пер. и Z_от.пер. – средняя температура, °С, и продолжительность, сут., периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С [1].

В таблице 1б* приведены минимальные сопротивления теплопередаче ограждений в зависимости от назначения зданий и помещений и района строительства, учитываемого ГСОП.

При расчетах влажностного режима ограждений, определении возможности образования конденсата требуется знать распределение температуры в толще конструкции. Решая уравнения (10) относительно t_в, получим формулу для определения температуры на внутренней поверхности:

(14)

Аналогично выводится температура на наружной поверхности ограждения:

(15)

Температура на внутренней поверхности любого слоя многослойного ограждения, считая от внутренней поверхности, определим по формуле:

(16)

где R_n – сопротивление теплопередаче слоев ограждения, расположенных между внутренней поверхностью и расчетной плоскостью в толще ограждения (см. рисунок 6).