Распределение температур в ограждающей конструкции

В условиях стационарной теплопередачи распределение температур в конструкции подчиняется определенным закономерностям, поэтому можно определить температуру в любом сечении стены.

Установим, как меняется температура по толщине однослойной стенки, на поверхностях которой заданы постоянные температуры t_si и t_se (рис.3.2). Подставим в уравнение (2.6) найденное значение константы С и получим зависимость температуры от толщины

. (3.9)

Следовательно, температура однородной стенки меняется по линейному закону. График изменения – прямая линия (рис. 3.2) с угловым коэффициентом -q/λ, равным тангенсу угла наклона температурного графика к оси X:

,

то есть tg α обратно пропорционален коэффициенту теплопроводности. Следовательно, чем лучше материал проводит тепло, тем меньше угол наклона температурного графика к оси X (и меньше градиент температур), и наоборот.

В многослойной стене, например, состоящей из слоев кирпичной кладки и слоя утеплителя, график распределения температур представляет собой ломаную линию (рис. 3.3), каждый участок которой соответствует одному слою конструкции, а угол наклона участка ломаной зависит от теплопроводности материала данного слоя. В плотном теплопроводном слое стены часть графика является пологой, основное изменение температуры отмечается в теплоизоляционном слое.

Значит, в масштабе термических сопротивлений температурный график – прямая линия.

На этой закономерности основан графический способ определения температур в любом сечении стены x (рис.3.5). Это же значение можно рассчитать аналитически, зная величину термического сопротивления R_x от внутренней поверхности до данного сечения

. (3.10)

Если температуры поверхностей стены t_si и t_se неизвестны, но заданы постоянные температуры воздуха внутри и снаружи помещения t_int и t_ext и коэффициенты теплоотдачи a_int и a_ext, по оси абсцисс откладываются последовательно: сопротивление теплоотдаче у внутренней поверхности 1/a_int, термические сопротивления слоев, начиная от внутреннего, R_i, и наконец, сопротивление теплоотдаче у наружной поверхности 1/a_ext. Температурный график – прямая линия, соединяющая значения t_int и t_ext (рис. 3.6).

Значение температуры в сечении x можно найти по графику или вычислить по формуле

. (3.11)