Тепловая инерция. Слой резких колебаний

При амплитудных изменениях температуры на внутренней поверхности через ограждение с некоторым затуханием распространится температурная волна. На рис. 6.2 изображена такая амплитудная волна, которая может расположиться по толщине однослойного однородного ограждения. На основании экспериментальных исследований установлено, что полная волна располагается в ограждении при D = 8,9. Величина D называется тепловой инерцией – его условная толщина, определяется зависимостью

. (6.4)

В ограждении к внутренней поверхности примыкает слой, в котором происходят резкие амплитудные изменения тепла – так называемый слой резких колебаний (с.р.к.). Считается, что этот слой заканчивается там, где значение амплитуды колебаний температуры на внутренней поверхности уменьшается вдвое (равно ). Он характеризуется показателем тепловой инерции D =1.

Из этого условия находится толщина слоя резких колебаний

, откуда .

Рис. 6.2 – Схема к определению слоя резких колебаний

Для многослойной конструкции тепловая инерция является суммой тепловых инерций слоев

. (6.5)

По величине тепловой инерции можно оценить время, необходимое для предельного охлаждения ее внутренней поверхности в случае отключения источника отопления. С ростом тепловой инерции ограждения это время увеличивается.

По показателю тепловой инерции ограждения по массивности подразделяются на:

безинерционные - при D < 1,5 –;

легкие - при 1,5 < D < 4;

средней массивности - при 4 < D < 7;

массивные - при D > 7.

В зависимости от массивности при расчете требуемого сопротивления теплопередаче ограждения промышленного здания назначается расчетная температура наружного воздуха в январе. Очень легкие ограждения (например, панели «сэндвич») при резком похолодании полностью охлаждаются в течение сравнительно короткого периода времени ( несколько часов). Массивные стены из бетона или кирпича полностью охлаждаются в течение нескольких суток и резкое похолодание практически не изменит температуру на внутренней поверхности.

Для однородной конструкции с суточным периодом колебания запаздывание во времени, ε, ч, может быть определено по формуле

. (6.6)

Коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности многослойной конструкции определяется, начиная с первого слоя (нумерация слоев изнутри помещения), по следующей последовательности.

Если D₁ < 1, то расчет ведется по формуле

. (6.7)

Если D₁ ≥ 1, то принимается Y₁ = s₁.

Если D₁ < 1, но D₁ + D₂ ≥ 1 (слой резких колебаний частично или целиком захватывает первые два слоя), то применяется расчетная формула

. (6.8)

Если слой резких колебаний захватывает три и более слоев (п слоев), то расчет ведется последовательным приближением к внутренней поверхности. Вычисления начинаются с (п – 1) слоя по формуле (6.7), которая принимает вид

. (6.8а)

Из условий теплоустойчивости в многослойной конструкции аккумулирующий слой (с большим значением s) следует располагать с внутренней стороны ограждения, а теплоизоляционный (с малым s) – с наружной стороны. В таком случае при увеличении температуры в помещении “лишнее” тепло будет аккумулироваться внутренним слоем, а затем возвращаться в помещение при понижении температуры. Таким образом будет смягчаться тепловая обстановка улучшая комфортные ощущения человека. Для однослойных ограждений целесообразно применение материала сочетающего эти два свойства. Лучшим материалом в этом смысле является древесина, затем можно порекомендовать ячеистые бетоны.