Теплоустойчивость ограждений.

Теплоустойчивость ограждений - это свойство ограждений при колебаниях теплового потока или при изменении условий внешней среды сопротивляться температурным изменениям и сохранять в известных пределах постоянство температуры своей внутренней поверхности.

Инерционность системы определяется физическими свойствами материалов ограждений (теплоёмкость, теплопроводность и вес).

Температура теплопроводность материала

охлаждения = f ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

ограждения теплоёмкость, вес

Коэффициент теплоусваения однородного ограждения.

qmax Аq

qср

Аq

qmin z

z – период времени;

qmax – qср = Аq – амплитуда колебаний теплового потока.

Аt = tmax - t - амплитуда колебаний температуры на внутренней

поверхности ограждения.

Аq

¾¾ = S – коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности,

Аt [Bт/м^2×град.]

Коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности определяет аккумулирующую способность материала. Чем больше коэффициент теплоусвоения, тем больше требуется теплоты для того, чтобы повысить на 1 градус температуру внутренней поверхности ограждения в течение часа. Коэффициент теплоусвоения пропорционален коэффициенту внешней теплоотдачи тела в окружающую среду и представляет собой внутреннюю теплоотдачу в массиве.

____________

S = 0,27Ölgcо +0,0419w

или _______

S = 0,52Ö2pcоgo/z

z – период времени;

со – теплоёмкость материала;

l - коэффициент теплопроводности;

g - плотность материала;

w - процентное отношение влаги к материалу.

При синусоидном изменении теплового потока в толще ограждения температура материала также изменяется по гармонической волнообразной кривой.

Затухающий тепловой поток по направлению к наружней поверхности ограждения:

+ Аt

U - Аt

Затухание волны по глубине определяется по экспериментальному закону: ____

exp(- Öp/az × x)

а – коэффициент температуропроводности;

z – временной параметр;

х – глубина проникания.

Для ограждений, выполненных из однородных материалов, толщина слоя резких колебаний температур зависит от плотности материала, удельной теплоёмкости и коэффициента теплопроводности, а также от продолжительности колебаний теплового потока - z.

______

U = 1,88Öz×l/pcg - глубина [м]

Формула показывает, что толщина слоя заметного колебания температуры в массе тела будет тем больше, чем продолжительнее период колебаний температуры на поверхности. Температурные волны большой частоты способны лишь на небольшую глубину. Толщина слоя заметного колебания температуры в массе тела тем значительнее, чем больше коэффициент теплопроводности материала. Материал с малым коэффициентом теплопроводности обладает значительным сопротивлением прохождению температурных волн.

ПРИМЕР: Определить толщину слоя резких колебаний температуры для однородной кирпичной стены толщиной 2,5 кирпича (640 мм) при периоде перерыва в работе отопления z = 24 ч и z = 12 ч.

gкирп. = 1800 кг/м^3,

с = 0,88 кДж/кг×°С,

l = 0,56 Вт/м×°С,

______ _____________________

U24 = 1,88Öz×l/pcg = 1,88Ö24×0,56/(2×3,14×0,88×1800) = 0,069м

U12 = 0,048м.

Вывод: Как и следовало ожидать, сокращение времени перерыва в отоплении уменьшило толщину слоя резких колебаний. При 12 ч перерыва в работе отопления изменяется температура только в слое стены толщиной 0,048м. В остальной же стене температура останется такой же как и в остальном режиме.

Теплотехнические свойства каждого материала и слоя ограждения характеризуются:

1. термическим сопротивлением слоя, R;

2. толщиной слоя резких колебаний, n;

3. коэффициентом теплоусвоения, S;

R×S = D – коэффициент тепловой инерции ограждающего слоя.

Если D = 1, то d = n, то есть слой резких колебаний заканчивается на границе данного слоя.

Если D > 1, то слой резких колебаний не захватывает всего слоя, а заканчивается на его границе.

Конструкция заграждения выбирается из разницы Dtвн = tв - tв.ст.

tвн зависит от назначения помещения, наличия тепловыделений, от относительной влажности воздуха.

Dtвн обусловливает конвективные потоки воздуха в помещении.

Температура ограждающей поверхности должна быть не меньше точки росы, чтобы исключить конденсацию влаги.

Расчётная наружняя температура выбирается в зависимости от климатических условий с учётом теплоустойчивости ограждений. Для Москвы расчётная температура наружнего воздуха принимается равной - 26°С.

При расчёте теплопотерь через ограждения следует учитывать также ряд факторов, которые влияют на величину теплопотерь:

1) Ориентация здания по отношению к странам. Наиболее выгодная ориентация здания – расположение фасада параллельно мередиану.

2) Высота отдельных помещений (скорость ветра зависит от высоты здания).

3) Обдувание здания ветром.

4) Поступление в помещение холодного воздуха через наружние двери.

5) Инфильтрация (просачивание) холодного воздуха в помещение через всякого рода неплотности. Количество теплоты, требующейся для нагрева инфильтрирующегося воздуха определяется по следующей формуле:

Qинф. = Fcв(tв – tн)Gн , кВт

F – поверхность заграждений;

св – теплоёмкость воздуха;

Tв,tн – температура внутреннего и наружнего воздуха;

Gн – нормативная воздухопроницаемость ограждающей конструкции, кг/(м^2×ч).

Gн = Dp/Rтр.инф.

Dp – разность давлений воздуха на наружней и внутренней поверхностях конструкций.

Rтр.инф. – сопротивление инфильтрации.

Удельная тепловая характеристика здания.

Удельная тепловая характеристика здания – это максимальный тепловой поток на отопление при разности температур наружней и внутренней среды в 1 градус, отнесённой к 1 м^3 отапливаемого объёма здания.

Удельная тепловая харакиеристика здания: q = Кприв × Fогр./ Vпом.

Vпом. – отапливаемый объём помещения.

Кприв – приведённый коэффициент теплопередачи здания.

Fст Fокон Fдвер

К прив = ¾¾ + ¾¾¾ + n ¾¾¾ SFогр.

Rст Rокон Rдвер

Оценка экономической эффективности толщины изоляционного слоя ограждающей конструкции.

Срок окупаемости (год) дополнительных капитальных затрат на установку теплоизоляционного слоя определяется по следующей формуле:

Кизол ×d

Т = ¾¾¾¾

q×Sq ,

Кизол – капитальные затраты на устройство теплоизоляционного слоя, руб/м^3.

Sq – себестоимость теплоты, руб/кВт×ч.

Sq » 180 руб/кВт×ч;

d - толщина изоляционного слоя, м;

q – удельные теплопотери через теплоизоляционный слой с учётом градуса сутки отопительного периода и качества теплоизоляционного слоя.

(tвн – tср.отоп.период)ГСОП×24

q = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ [кВт×ч/м^2]

Rиз

Кизол ×d = А×Sq,

где А = ГСОП×24×Т×lиз./dиз. – градусы сутки отопительного периода (ГСОП)

затраты, S

руб/кВт×ч

Кизол ×d

А×Sq – тепловые потери

dопт. d, м