Контрольная работа
по теплофизике № 11
Термическое сопротивление воздушной прослойки
1. Доказать, что линия снижения температуры в толще многослойного ограждения в координатах «температура - термическое сопротивление» является прямой
2. От чего зависит термическое сопротивление воздушной прослойки и почему
3. Причины, вызывающие возникновение разности давления с одной и другой стороны ограждения
температура сопротивление воздух прослойка ограждение
1. Доказать, что линия снижения температуры в толще многослойного ограждения в координатах «температура - термическое сопротивление» является прямой
Пользуясь уравнением сопротивления теплопередаче ограждения можно определить толщину одного из его слоев (чаще всего утеплителя - материала с наименьшим коэффициентом теплопроводности), при котором ограждение будет иметь заданную (требуемую) величину сопротивления теплопередаче. Тогда требуемое сопротивление утеплителя можно вычислить как, где - сумма термических сопротивлений слоев с известными толщинами, а минимальную толщину утеплителя - так: . Для дальнейших расчетов толщину утеплителя необходимо округлять в большую сторону кратно унифицированным (заводским) значениям толщины того или иного материала. Например, толщину кирпича - кратно половине его длины (60 мм), толщину бетонных слоев - кратно 50 мм, а толщину слоев из иных материалов - кратно 20 или 50 мм в зависимости от шага, с которым они изготавливаются на заводах. При ведении расчетов сопротивлениями удобно пользоваться из-за того, что распределение температур по сопротивлениям будет являться линейным, а значит расчеты удобно вести графическим способом. В этом случае угол наклона изотермы к горизонту в каждом слое одинаков и зависит только от соотношения разности расчетных температур и сопротивления теплопередачи конструкции. А тангенс угла наклона есть не что иное как плотность теплового потока, проходящего через данное ограждение: .
При стационарных условиях плотность теплового потока постоянна во времени, и значит, где R х - сопротивление части конструкции, включающее сопротивление теплообмену внутренней поверхности и термические сопротивления слоев конструкции от внутреннего слоя до плоскости, на которой ищется температура.
Тогда. Например, температура между вторым и третьим слоем конструкции может быть найдена так: .
Приведенные сопротивления теплопередаче неоднородных ограждающих конструкций или их участков (фрагментов) следует определять по справ очнику, приведенные сопротивления плоских ограждающих конструкций с теплопроводными включениями также следует определять по справ очнику.
2. От чего зависит термическое сопротивление воздушной прослойки и почему
Происходит помимо передачи тепла теплопроводностью и конвекцией в воздушной прослойке еще и непосредственное излучение между поверхностями, ограничивающими воздушную прослойку.
Уравнение теплообмена излучением: , где б л - коэффициент передачи тепла излучением, в большей степени зависящий от материалов поверхностей прослойки (чем ниже коэффициенты излучения материалов, тем меньше и б л) и средней температуры воздуха в прослойке (с увеличением температуры растет коэффициент теплопередачи излучением).
Таким образом, где л экв - эквивалентный коэффициент теплопроводности воздушной прослойки. Зная л экв, можно определить термическое сопротивление воздушной прослойки. Впрочем, сопротивления R вп можно определить и по справ очнику. Они зависят от толщины воздушной прослойки, температуры воздуха в ней (положительной или отрицательной) и вида прослойки (вертикальной или горизонтальной). О количестве тепла, передаваемого теплопроводностью, конвекцией и излучением через вертикальные воздушные прослойки, можно судить по следующей таблице.
|
Толщина прослойки, мм |
Плотность теплового потока, Вт/м 2 |
Количество тепла в %, передаваемого |
Эквивалентный коэффициент теплопроводности, м о С/Вт |
Термическое сопротивление прослойки, Вт/м 2о С |
|||
|
теплопроводностью |
конвекцией |
излучением |
|||||
|
Примечание: приведенные в таблице величины соответствуют температуре воздуха в прослойке, равной 0 о С, разности температур на ее поверхностях 5 о С и коэффициенту излучения поверхностей С=4,4. |
Таким образом, при проектировании наружных ограждений с воздушными прослойками необходимо учитывать следующее:
1) увеличение толщины воздушной прослойки мало влияет на уменьшение количества тепла, проходящего через нее, и эффективными в теплотехническом отношении являются прослойки небольшой толщины (3-5 см);
2) рациональнее делать в ограждении несколько прослоек малой толщины, чем одну прослойку большой толщины;
3) толстые прослойки целесообразно заполнять малотеплопроводными материалами для увеличения термического сопротивления ограждения;
4) воздушная прослойка должна быть замкнутой и не сообщаться с наружным воздухом, то есть вертикальные прослойки необходимо перегораживать горизонтальными диафрагмами на уровне междуэтажных перекрытий (более частое перегораживание прослоек по высоте практического значения не имеет). Если есть необходимость устройства прослоек, вентилируемых наружным воздухом, то они подлежат особому расчету;
5) вследствие того, что основная доля тепла, проходящего через воздушную прослойку, передается излучением, прослойки желательно располагать ближе к наружной стороне ограждения, что повышает их термическое сопротивление;
6) кроме того, более теплую поверхность прослойки рекомендуется покрывать материалом с малым коэффициентом излучения (например, алюминиевой фольгой), что значительно уменьшает лучистый поток. Покрытие же таким материалом обеих поверхностей практически не уменьшает передачу тепла.
3. Причины, вызывающие возникновение разности давления с одной и другой стороны ограждения
В зимнее время воздух в отапливаемых помещениях имеет температуру более высокую, чем наружный воздух, и, следовательно, наружный воздух обладает большим объемным весом (плотностью) по сравнению с внутренним воздухом. Эта разность объемных весов воздуха и создает разности его давлений с двух сторон ограждения (тепловой напор). Воздух попадает в помещение через нижнюю часть наружных его стен, а уходит из него через верхнюю часть. В случае воздухонепроницаемости верхнего и нижнего ограждений и при закрытых проемах разность давлений воздуха достигает максимальных значений у пола и под потолком, а на середине высоты помещения равна нулю (нейтральная зона).
Подобные документы
Тепловой поток, проходящий через ограждение. Сопротивления тепловосприятию и теплоотдаче. Плотность теплового потока. Термическое сопротивление ограждения. Распределение температур по сопротивлениям. Нормирование сопротивления теплопередаче ограждений.
контрольная работа , добавлен 23.01.2012
Передача тепла через воздушную прослойку. Малый коэффициент теплопроводности воздуха в порах строительных материалов. Основные принципы проектирования замкнутых воздушных прослоек. Меры по повышению температуры внутренней поверхности ограждения.
реферат , добавлен 23.01.2012
Сопротивление от трения в буксах или подшипниках полуосей троллейбусов. Нарушение симметрии распределения деформаций по поверхности колеса и рельса. Сопротивление движению от воздействия воздушной среды. Формулы для определения удельного сопротивления.
лекция , добавлен 14.08.2013
Изучение возможных мер по повышению температуры внутренней поверхности ограждения. Определение формулы по расчету сопротивления теплопередаче. Расчетная температура наружного воздуха и теплопередача через ограждение. Координаты "температура-толщина".
контрольная работа , добавлен 24.01.2012
Проект релейной защиты линии электропередачи. Расчет параметров ЛЭП. Удельное индуктивное сопротивление. Реактивная и удельная емкостная проводимость воздушной лини. Определение аварийного максимального режима при однофазном токе короткого замыкания.
курсовая работа , добавлен 04.02.2016
Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности. Удельный тепловой поток Термическое сопротивление теплопроводности трехслойной плоской стенки. Графический метод определения температур между слоями. Определение констант интегрирования.
презентация , добавлен 18.10.2013
Влияние числа Био на распределение температуры в пластине. Внутреннее, внешнее термическое сопротивление тела. Изменение энергии (энтальпии) пластины за период полного ее нагревания, остывания. Количество теплоты, отданное пластиной в процессе охлаждения.
презентация , добавлен 15.03.2014
Потери напора на трение в горизонтальных трубопроводах. Полная потеря напора как сумма сопротивления на трение и местные сопротивления. Потери давления при движении жидкости в аппаратах. Сила сопротивления среды при движении шарообразной частицы.
презентация , добавлен 29.09.2013
Проверка теплозащитных свойств наружных ограждений. Проверка на отсутствие конденсации на внутренней поверхности наружных стен. Расчет тепла на нагрев воздуха, поступающего инфильтрацией. Определение диаметров трубопроводов. Термическое сопротивление.
курсовая работа , добавлен 22.01.2014
Электрическое сопротивление - основная электрическая характеристика проводника. Рассмотрение измерения сопротивления при постоянном и переменном токе. Изучение метода амперметра-вольтметра. Выбор метода, при котором погрешность будет минимальна.
Зазоры, доступные потокам воздуха, являются продухами, ухудшающими теплоизоляционные характеристики стен. Зазоры же замкнутые (так же как закрытые поры вспененного материала) являются теплоизолирующими элементами. Ветронепродуваемые пустоты широко применяются в строительстве для снижения теплопотерь через ограждающие конструкции (щели в кирпичах и блоках, каналы в бетонных панелях, зазоры в стеклопакетах и т. п.). Пустоты в виде непродуваемых воздушных прослоек используются и в стенах бань, в том числе каркасных. Эти пустоты зачастую являются основными элементами теплозащиты. В частности, именно наличие пустот с горячей стороны стены позволяет использовать легкоплавкие пенопласты (пенополистирол и пенополиэтилен) в глубинных зонах стен высокотемпературных бань.
В то же время пустоты в стенах являются самыми коварными элементами. Стоит в малейшей степени нарушить ветроизоляцию, и вся система пустот может стать единым продуваемым выхолаживающим продухом, выключающим из системы теплоизоляции стен все внешние теплоизоляционные слои. Поэтому пустоты стараются делать небольшими по размеру и гарантированно изолируют друг от друга.
Использовать понятие теплопроводности воздуха (а тем более использовать ультранизкое значение коэффициента теплопроводности неподвижного воздуха 0,024 Вт/м град) для оценки процессов теплопередачи через реальный воздух невозможно, поскольку воздух в крупных пустотах является крайне подвижной субстанцией. Поэтому на практике для теплотехнических расчётов процессов передачи тепла даже через условно «неподвижный» воздух применяют эмпирические (опытные, экспериментальные) соотношения. Чаще всего (в простейших случаях) в теории теплопередачи считается, что тепловой поток из воздуха на поверхность тела в воздухе равен Q = α∆Т , где α - эмпирический коэффициент теплопередачи «неподвижного» воздуха, ∆Т - разность температур поверхности тела и воздуха. В обычных условиях жилых помещений коэффициент теплопередачи равен ориентировочно α = 10 Вт/м² град. Именно этой цифры мы будем придерживаться при оценочных расчётах прогрева стен и тела человека в бане. При помощи потоков воздуха со скоростью V (м/сек), тепловой поток увеличивается на величину конвективной составляющей Q=βV∆T , где β примерно равен 6 Вт сек/м³ град . Все величины зависят от пространственной ориентации и шероховатости поверхности. Так, по действующим нормам СНиП 23-02-2003 коэффициент теплопередачи от воздуха к внутренним поверхностям ограждающих конструкций принимается равным 8,7 Вт/м² град для стен и гладких потолков со слабо выступающими рёбрами (при отношении высоты рёбер «h» к расстоянию «а» между гранями соседних рёбер h/a < 0,3); 7,6 Вт/м² град для потолков с сильно выступающими рёбрами (при отношении h/a > 0,3); 8,0 Вт/м² град для окон и 9,9 Вт/м² град для зенитных фонарей. Финские специалисты принимают коэффициент теплопередачи в «неподвижном» воздухе сухих саун равным 8 Вт/м² град (что в пределах ошибок измерений совпадает с принимаемым нами значением) и 23 Вт/м² град при наличии потоков воздуха со скоростью в среднем 2 м/сек.
Столь малое значение коэффициента теплопередачи в условно «неподвижном» воздухе α = 10 Вт/м² град соответствует понятию воздуха как теплоизолятора и объясняет необходимость использования высоких температур в саунах для быстрого согрева тела человека. Применительно же к стенам это означает, что при характерных теплопотерях через стены бани (50- 200) Вт/м² разница температур воздуха в бане и температур внутренних поверхностей стен бани может достигать (5-20)°С. Это очень большая величина, часто никак и никем не учитывающаяся. Наличие в бане сильной конвекции воздуха позволяет снизить перепад температуры вдвое. Отметим, что столь высокие перепады температур, характерные для бань, недопустимы в жилых помещениях. Так, нормируемый в СНиП 23-02-2003 температурный перепад между воздухом и стенами не должен превышать 4°С в жилых помещениях, 4,5°С в общественных и 12°С в производственных. Более высокие перепады температур в жилых помещениях неминуемо приводят к ощущениям холода от стен и выпадению росы на стенах.
Используя введенное понятие коэффициента теплопередачи от поверхности в воздух, пустоты внутри стены можно рассматривать как последовательное расположение теплопередающих поверхностей (см. рис. 35). Пристеночные зоны воздуха, где и наблюдаются вышеуказанные перепады температур ∆T, называются пограничными слоями. Если в стене (или стеклопакете) имеются два пустотных промежутка (например, три стекла), то фактически имеется 6 пограничных слоев. Если через такую стену (или стеклопакет) проходит тепловой поток 100 Вт/м², то на каждом пограничном слое температура изменяется на ∆T = 10°С , а на всех шести слоях перепад температуры составляет 60°С. Учитывая, что тепловые потоки через каждый в отдельности пограничный слой и через всю стену в целом равны между собой и составляют всё же 100 Вт/м², то результирующий коэффициент теплопередачи для стены без пустот («стеклопакет» с одним стеклом) составит 5 Вт/м² град, для стены с одной пустотной прослойкой (стеклопакет с двумя стёклами) 2,5 Вт/м² град, а с двумя пустотными прослойками (стеклопакет с тремя стёклами) 1,67 Вт/м² град. То есть, чем больше пустот (или чем больше стёкол), тем теплей стена. При этом теплопроводность самого материала стен (стёкол) в этом расчёте предполагалась бесконечно большой. Иными словами, даже из очень «холодного» материала (например, стали) можно в принципе изготовить очень тёплую стену, предусмотрев лишь наличие в стене множества воздушных прослоек. Собственно, на этом принципе и работают все стеклянные окна.
Для упрощения оценочных расчётов удобней использовать не коэффициент теплопередачи α, а его обратную величину - сопротивление теплопередаче (термическое сопротивление пограничного слоя) R = 1/ α . Термическое сопротивление двух пограничных слоев, отвечающее одному слою материала стены (одного стекла) или одному воздушному промежутку (прослойке), равно R = 0,2 м² град/Вт , а трёх слоев материала стены (как на рисунке 35) - сумме сопротивлений шести пограничных слоев, то есть 0,6 м² град/Вт. Из определения понятия сопротивления теплопередаче Q =∆T/R следует, что при том же тепловом потоке 100 Вт/м² и термическом сопротивлении 0,6 м² град/Вт перепад температуры на стене с двумя воздушными прослойками составит те же 60°С. Если же число воздушных прослоек увеличить до девяти, то перепад температуры на стене при том же тепловом потоке 100 Вт/м² составит 200°С, то есть расчётная температура внутренней поверхности стены в бане при тепловом потоке 100 Вт/м² повысится с 60 °С до 200°С (если на улице 0°С).
Коэффициент теплопередачи является результирующим показателем, комплексно суммирующим последствия всех физических процессов, происходящих в воздухе у поверхности теплоотдающего или тепловоспринимающего тела. При малых перепадах температур (и малых тепловых потоках) конвективные потоки воздуха малы, теплопередача в основном происходит кондуктивно за счёт теплопроводности неподвижного воздуха. Толщина пограничного слоя составляла бы малую величину, всего лишь a=λR=0,0024 м, где λ=0,024 Вт/м град - коэффициент теплопроводности неподвижного воздуха, R=0,1 м²град/Вт -термическое сопротивление пограничного слоя. В пределах пограничного слоя воздух имеет разные температуры, вследствие чего за счёт гравитационных сил воздух у горячей вертикальной поверхности начинает всплывать (а у холодной - погружаться), набирая скорость, и турбулизируется (взвихривается). За счёт вихрей теплопередача воздуха увеличивается. Если вклад этой конвективной составляющей формально ввести в значение коэффициента теплопроводности λ, то увеличение этого коэффициента теплопроводности будет отвечать формальному увеличению толщины пограничного слоя a=λR (как мы увидим ниже, примерно в 5-10 раз с 0,24 см до 1-3 см). Ясно, что это формально увеличенная толщина пограничного слоя корреспондируется с размерами воздушных потоков и вихрей. Не углубляясь в тонкости структуры пограничного слоя, отметим, что значительно большее значение имеет понимание того, что передающееся в воздух тепло может «улететь» вверх с конвективным потоком, так и не достигнув следующей пластины многослойной стены или следующего стекла стеклопакета. Это отвечает случаю калориферного нагрева воздуха, который будет рассмотрен ниже при анализе экранированных металлических печей. Здесь же мы рассматриваем случай, когда воздушные потоки в прослойке имеют ограниченную высоту, например, в 5-20 раз превышающую толщину прослойки δ. При этом в воздушных прослойках возникают циркуляционные потоки, которые фактически участвуют в переносе тепла совместно с кондуктивными потоками тепла.
При малых толщинах воздушных прослоек встречные потоки воздуха у противоположных стенок зазора начинают влиять друг на друга (перемешиваются). Иными словами, толщина воздушной прослойки становится меньше двух невозмущенных пограничных слоев, вследствие чего коэффициент теплопередачи увеличивается, а сопротивление теплопередачи соответственно уменьшается. Кроме того, при повышенных температурах стенок воздушных прослоек начинают играть роль процессы теплопередачи излучением. Уточнённые данные в соответствии с официальными рекомендациями СНиП П-3-79* приводятся в таблице 7, откуда видно, что толщина невозмущенных пограничных слоев составляет 1-3 см, но существенное изменение теплопередачи наступает лишь при толщинах воздушных прослоек менее 1 см. Это означает, в частности, что воздушные промежутки между стёклами в стеклопакете не следует делать толщиной менее 1 см.
Таблица 7. Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, м² град/Вт
| Толщина воздушной прослойки, см | для горизонтальной прослойки при потоке тепла снизу вверх или для вертикальной прослойки | для горизонтальной прослойки при потоке тепла сверху вниз | ||
| при температуре воздуха в прослойке | ||||
| положительной | отрицательной | положительной | отрицательной | |
| 1 | 0,13 | 0,15 | 0,14 | 0,15 |
| 2 | 0,14 | 0,15 | 0,15 | 0,19 |
| 3 | 0,14 | 0,16 | 0,16 | 0,21 |
| 5 | 0,14 | 0,17 | 0,17 | 0,22 |
| 10 | 0,15 | 0,18 | 0,18 | 0,23 |
| 15 | 0,15 | 0,18 | 0,19 | 0,24 |
| 20-30 | 0,15 | 0,19 | 0,19 | 0,24 |
Их таблицы 7 также следует, что более тёплые воздушные прослойки имеют более низкие термические сопротивления (лучше пропускают через себя тепло). Это объясняется влиянием на теплоперенос лучистого механизма, который мы рассмотрим в следующем разделе. Отметим при этом, что вязкость воздуха растёт с температурой, так что тёплый воздух турбулизуется хуже.
 |
|
| Рис. 36. . Обозначения те же, что и на рисунке 35. За счёт низкой теплопроводности материала стенок возникают перепады температур ∆Тc = QRc , где Rc - термическое сопротивление стенки Rc = δc / λc (δc - толщина стенки, λc - коэффициент теплопроводности материала стенки). При увеличении с перепады температур ∆Тc уменьшаются, но перепады температур на пограничных слоях ∆Т сохраняются неизменными. Это иллюстрируется распределением Твнутр, относящимся к случаю более высокой теплопроводности материала стенок. Тепловой поток через всю стену Q = ∆T/R = ∆Тc/Rc = (Твнутр - Tвнешн) /(3Rc+6R) . Термическое сопротивление пограничных слоев R и их толщина а не зависят от теплопроводности материала стенок λc и их термического сопротивления Rc. | |
 |
|
| Рис. 37. : а - три слоя металла (или стекла), отстоящих друг от друга с зазорами по 1,5 см, эквивалентны древесине (деревянной доске) толщиной 3,6 см; б - пять слоев металла с зазорами по 1,5 см, эквивалентны древесине толщиной 7,2 см; в - три слоя фанеры толщиной по 4 мм с зазорами по 1,5 см, эквивалентны древесине толщиной 4,8 см; г - три слоя пенополиэтилена толщиной по 4 мм с зазорами по 1,5 см, эквивалентны древесине толщиной 7,8 см; д - три слоя металла с зазорами по 1,5 см, заполненными эффективным утеплителем (пенополистиролом, пенополиэтиленом или минватой), эквивалентны древесине толщиной 10,5 см. Принятая величина зазоров является условной, эквивалентные толщины древесины в примерах а-г слабо изменяются при изменении величины зазоров в пределах (1-30) см. |
Если конструкционный материал стены обладает низкой теплопроводностью, то при расчётах необходимо учитывать его вклад в теплосопротивление стены (рис. 36). Хотя вклад пустот, как правило, является значительным, заполнение всех пустот эффективным утеплителем позволяет (за счёт полной остановки движения воздуха) существенно (в 3-10 раз) повысить тепловое сопротивление стены (рис. 37).
Сама по себе возможность получения вполне пригодных для бань (по крайней мере, летних) тёплых стен из нескольких слоев «холодного» металла, конечно же, интересна и используется, например, финнами для противопожарной защиты стен в саунах около печи. На практике, однако, такое решение оказывается весьма сложным ввиду необходимости механической фиксации параллельных слоев металла многочисленными перемычками, которые играют роль нежелательных «мостиков» холода. Так или иначе, даже один слой металла или ткани «греет», если не продувается ветром. На этом явлении основаны палатки, юрты, чумы, которые, как известно, до сих пор используются (и использовались веками) в качестве бань в кочевых условиях. Так, один слой ткани (всё равно какой, лишь бы непродуваемой) лишь в два раза «холодней» кирпичной стены толщиной 6 см, а прогревается в сотни раз быстрее. Тем не менее, ткань палатки остаётся намного холодней воздуха в палатке, что не позволяет реализовать сколько бы то ни было длительных паровых режимов. К тому же, любые (даже мелкие) порывы ткани сразу же приводят к мощным конвективным теплопотерям.
Наибольшее значение в бане (так же как и в жилых зданиях) имеют воздушные прослойки в окнах. При этом приведённое сопротивление теплопередаче окон измеряется и рассчитывается на всю площадь оконного проёма, то есть не только на стеклянную часть, но и на переплёт (деревянный, стальной, алюминиевый, пластиковый), который, как правило, имеет лучшие теплоизолирующие характеристики, чем стекло. Для ориентировки приведём нормативные значения термического сопротивления окон разных типов по СНиП П-3-79* и сотовых материалов с учётом теплового сопротивления внешних пограничных слоев внутри и вне помещения (см. таблицу 8).
Таблица 8. Приведенное сопротивление теплопередаче окон и оконных материалов
| Тип конструкции | Сопротивление теплопередаче, м² град/Вт | |
| Одинарное остекление | 0,16 | |
| Двойное остекление в спаренных переплётах | 0,40 | |
| Двойное остекление в раздельных переплётах | 0,44 | |
| Тройное остекление в раздельно-спаренных переплётах | 0,55 | |
| Четырёхслойное остекление в двух спаренных переплётах | 0,80 | |
| Стеклопакет с межстекольным расстоянием 12 мм: | однокамерный | 0,38 |
| двухкамерный | 0,54 | |
| Блоки стеклянные пустотные (с шириной швов 6 мм) размером: | 194x194x98 мм | 0,31 |
| 244x244x98 мм | 0,33 | |
| Поликарбонат сотовый «Акууег» толщиной: | двухслойный 4 мм | 0,26 |
| двухслойный 6 мм | 0,28 | |
| двухслойный 8 мм | 0,30 | |
| двухслойный 10 мм | 0,32 | |
| трёхслойный 16 мм | 0,43 | |
| многоперегородчатый 16 мм | 0,50 | |
| многоперегородчатый 25 мм | 0,59 | |
| Полипропилен сотовый «Акувопс!» толщиной: | двухслойный 3,5 мм | 0,21 |
| двухслойный 5 мм | 0,23 | |
| двухслойный 10 мм | 0,30 | |
| Брусовая стена (для сравнения) толщиной: | 5 см | 0,55 |
| 10 см | 0,91 | |
| Толщина воздушной прослойки, м | Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойкиR вп , м 2 · °С/Вт | |||
| горизонтальной при потоке теплоты снизу вверх и вертикальной | горизонтальной при потоке теплоты сверху вниз | |||
| при температуре воздуха в прослойке | ||||
| положительной | отрицательной | положительной | отрицательной | |
| 0,01 | 0,13 | 0,15 | 0,14 | 0,15 |
| 0,02 | 0,14 | 0,15 | 0,15 | 0,19 |
| 0,03 | 0,14 | 0,16 | 0,16 | 0,21 |
| 0,05 | 0,14 | 0,17 | 0,17 | 0,22 |
| 0,10 | 0,15 | 0,18 | 0,18 | 0,23 |
| 0,15 | 0,15 | 0,18 | 0,19 | 0,24 |
| 0,20-0,30 | 0,15 | 0,19 | 0,19 | 0,24 |
Исходные данные для слоев ограждающих конструкций;
- деревянного пола
(шпунтованная доска); δ 1 = 0,04 м; λ 1 = 0,18 Вт/м °С;
- пароизоляция
; несущественно.
- воздушной прослойки
: Rпр = 0,16 м2 °С/Вт; δ 2 = 0,04 м λ 2 = 0,18 Вт/м °С; (Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки
>>>.)
- утеплителя
(стиропор); δ ут = ? м; λ ут = 0,05 Вт/м °С;
- черновой пол
(доска); δ 3 = 0,025 м; λ 3 = 0,18 Вт/м °С;
| Деревянное перекрытие в каменном доме. |
Как мы уже отмечали для упрощения теплотехнического расчета введен повышающий коэффициент (k ), который приближает величину расчетного теплосопротивления к рекомендуемым теплосопротивлениям ограждающих конструкций; для надподвальных и цокольных перекрытий этот коэффициент равен 2,0. Требуемое теплосопротивление рассчитываем исходя из того, что температура наружного воздуха (в подполе) равна; - 10°С. (впрочем, каждый может поставить ту температуру, которую посчитает нужной для своего конкретного случая).
Считаем:
Где Rтр
- требуемое теплосопротивление,
tв
- расчетная температура внутреннего воздуха, °С. Она принимается по СНиПу и равняется 18 °С, но, поскольку все мы любим тепло, то предлагаем температуру внутреннего воздуха поднять до 21°С.
tн
- расчетная температура наружного воздуха, °С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки в заданном районе строительстве. Предлагаем температуру в подполе tн
принять "-10°С", это конечно же для Московской области большой запас, но здесь по нашему мнению лучше перезаложиться чем не досчитать. Ну а если следовать правилам, то температура наружного воздуха tн принимается согласно СНиПу "Строительная климатология". Также необходимую нормативную величину можно выяснить в местных строительных организациях, либо районных отделах архитектуры.
δt н · α в
- произведение, находящиеся в знаменателе дроби, равно: 34,8 Вт/м2 - для наружный стен, 26,1 Вт/м2 - для покрытий и чердачных перекрытий, 17,4 Вт/м2 (в нашем случае
) - для надподвальных перекрытий.
Теперь рассчитываем толщину утеплителя из экструдированного пенополистирола (стиропора) .
Где
δ ут - толщина утепляющего слоя
, м;
δ 1 …… δ 3 - толщина отдельных слоев ограждающих конструкций
, м;
λ 1 …… λ 3 - коэффициенты теплопроводности отдельных слоев
, Вт/м °С (см. Справочник строителя);
Rпр
- тепловое сопротивление воздушной прослойки
, м2 °С/Вт. Если в ограждающей конструкции воздушный продух не предусмотрен, то эту величину исключают из формулы;
α в, α н - коэффициенты теплопередачи внутренней и наружной поверхности перекрытия
, равные соответственно 8,7 и 23 Вт/м2 °С;
λ ут - коэффициент теплопроводности утепляющего слоя
(в нашем случае стиропор - экструдированный пенополистирол), Вт/м °С.
Вывод; Для того чтобы удовлетворять предъявленным требованиям по температурному режиму эксплуатации дома, толщина утепляющего слоя из пенополистирольных плит, расположенного в цокольном перекрытие пола по деревянным балкам (толщина балок 200 мм) должна быть не менее 11 см . Так как мы изначально задали завышенные параметры, то варианты могут быть следующие; это либо пирог из двух слоев 50 мм плит стиропора (минимум), либо пирог из четырех слоев 30 мм плит стиропора (максимум).
Строительство домов в Московской области:
- Строительство дома из пеноблока в Московской области. Толщина стен дома из пеноблоков
>>>
- Расчет толщины кирпичных стен при строительстве дома в Московской области.
>>>
- Строительство деревянного брусового дома в Московской области. Толщина стены брусового дома.
>>>
В таблице приведены значения теплопроводности воздуха λ в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении.
Величина коэффициента теплопроводности воздуха необходима при расчетах теплообмена и входит в состав чисел подобия, например таких, как число Прандтля, Нуссельта, Био.
Теплопроводность выражена в размерности и дана для газообразного воздуха в интервале температуры от -183 до 1200°С. Например, при температуре 20°С и нормальном атмосферном давлении теплопроводность воздуха равна 0,0259 Вт/(м·град) .
При низких отрицательных температурах охлажденный воздух имеет малую теплопроводность, например при температуре минус 183°С, она составляет всего 0,0084 Вт/(м·град).
По данным таблицы видно, что с ростом температуры теплопроводность воздуха увеличивается . Так, при увеличении температуры с 20 до 1200°С, величина теплопроводности воздуха возрастает с 0,0259 до 0,0915 Вт/(м·град), то есть более чем в 3,5 раза.
| t, °С | λ, Вт/(м·град) | t, °С | λ, Вт/(м·град) | t, °С | λ, Вт/(м·град) | t, °С | λ, Вт/(м·град) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -183 | 0,0084 | -30 | 0,022 | 110 | 0,0328 | 450 | 0,0548 |
| -173 | 0,0093 | -20 | 0,0228 | 120 | 0,0334 | 500 | 0,0574 |
| -163 | 0,0102 | -10 | 0,0236 | 130 | 0,0342 | 550 | 0,0598 |
| -153 | 0,0111 | 0 | 0,0244 | 140 | 0,0349 | 600 | 0,0622 |
| -143 | 0,012 | 10 | 0,0251 | 150 | 0,0357 | 650 | 0,0647 |
| -133 | 0,0129 | 20 | 0,0259 | 160 | 0,0364 | 700 | 0,0671 |
| -123 | 0,0138 | 30 | 0,0267 | 170 | 0,0371 | 750 | 0,0695 |
| -113 | 0,0147 | 40 | 0,0276 | 180 | 0,0378 | 800 | 0,0718 |
| -103 | 0,0155 | 50 | 0,0283 | 190 | 0,0386 | 850 | 0,0741 |
| -93 | 0,0164 | 60 | 0,029 | 200 | 0,0393 | 900 | 0,0763 |
| -83 | 0,0172 | 70 | 0,0296 | 250 | 0,0427 | 950 | 0,0785 |
| -73 | 0,018 | 80 | 0,0305 | 300 | 0,046 | 1000 | 0,0807 |
| -50 | 0,0204 | 90 | 0,0313 | 350 | 0,0491 | 1100 | 0,085 |
| -40 | 0,0212 | 100 | 0,0321 | 400 | 0,0521 | 1200 | 0,0915 |
Теплопроводность воздуха в жидком и газообразном состояниях при низких температурах и давлении до 1000 бар
В таблице приведены значения теплопроводности воздуха при низких температурах и давлении до 1000 бар.
Теплопроводность выражена в Вт/(м·град), интервал температуры от 75 до 300К (от -198 до 27°С).
Величина теплопроводности воздуха в газообразном состоянии увеличивается с ростом давления и температуры
.
Воздух в жидком состоянии с ростом температуры имеет тенденцию к снижению коэффициента теплопроводности.
Черта под значениями в таблице означает переход жидкого воздуха в газ — цифры под чертой относятся к газу, а выше ее — к жидкости.
Смена агрегатного состояния воздуха существенно сказывается на значении коэффициента теплопроводности — теплопроводность жидкого воздуха значительно выше
.
Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!
Теплопроводность газообразного воздуха при температуре от 300 до 800К и различном давлении
В таблице приведены значения теплопроводности воздуха при различных температурах в зависимости от давления от 1 до 1000 бар.
Теплопроводность выражена в Вт/(м·град), интервал температуры от 300 до 800К (от 27 до 527°С).
По данным таблицы видно, что с ростом температуры и давления теплопроводность воздуха увеличивается.
Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!
Теплопроводность воздуха при высоких температурах и давлении от 0,001 до 100 бар
В таблице приведены значения теплопроводности воздуха при высоких температурах и давлении от 0,001 до 1000 бар.
Теплопроводность выражена в Вт/(м·град), интервал температуры от 1500 до 6000К
(от 1227 до 5727°С).
С ростом температуры молекулы воздуха диссоциирует и максимальное значение его теплопроводности достигается при давлении (разряжении) 0,001 атм. и температуре 5000К.
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!
ВОЗДУШНАЯ ПРОСЛОЙКА , один из видов изолирующих слоев, уменьшающих теплопроводность среды. В последнее время значение воздушной прослойки особенно возросло в связи с применением в строительном деле пустотелых материалов. В среде, разделенной воздушной прослойкой, тепло передается: 1) путем лучеиспускания поверхностей, прилегающих к воздушной прослойке, и путем теплоотдачи между поверхностью и воздухом и 2) путем переноса тепла воздухом, если он подвижен, или путем передачи тепла одними частицами воздуха другим вследствие теплопроводности его, если он неподвижен, причем опыты Нуссельта доказывают, что более тонкие прослойки, в которых воздух может считаться почти неподвижным, обладают меньшим коэффициентом теплопроводности k, чем более толстые прослойки, но с возникающими в них конвекционными течениями. Нуссельт дает следующее выражение для определения количества тепла, передаваемого в час воздушной прослойкой:
где F - одна из поверхностей, ограничивающих воздушную прослойку; λ 0 - условный коэффициент, числовые значения которого, зависящие от ширины воздушной прослойки (е), выраженной в м, даются в прилагаемой табличке:
s 1 и s 2 - коэффициенты лучеиспускания обеих поверхностей воздушной прослойки; s - коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, равный 4,61; θ 1 и θ 2 - температуры поверхностей, ограничивающих воздушную прослойку. Подставляя в формулу соответствующие значения, можно получить нужные для расчетов величины k (коэффициент теплопроводности) и 1/k (изолирующей способности) воздушных прослоек различной толщины. С. Л. Прохоров составил по данным Нуссельта диаграммы (см. фиг.), показывающие изменение величин k и 1/k воздушных прослоек в зависимости от их толщины, причем наивыгоднейшим участком является участок от 15 до 45 мм.
Меньшие воздушные прослойки практически трудноосуществимы, а большие дают уже значительный коэффициент теплопроводности (около 0,07). Следующая таблица дает величины k и 1/k для различных материалов, причем для воздуха дано несколько значений этих величин в зависимости от толщины слоя.
Т. о. видно, что часто бывает выгоднее делать несколько более тонких воздушных прослоек, чем применять те или другие изолирующие слои. Воздушная прослойка толщиной до 15 мм может считаться изолятором с неподвижным слоем воздуха, при толщине 15-45 мм - с почти неподвижным и, наконец, воздушные прослойки толщиной свыше 45-50 мм должны признаваться прослойками с возникающими в них конвекционными течениями и потому подлежащими расчету на общем основании.
