Тепловая инерция. Слой резких колебаний

При амплитудных изменениях температуры на внутренней поверхности через ограждение с некоторым затуханием распространяется температурная волна. На рис. 7.2 изображена такая волна. На основе экспериментальных исследований установлено, что полная волна располагается в ограждении при D = 8,9. Величина D называется тепловой инерцией - условная толщина ограждения, определяется зависимостью

. (7.4)

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

Из этого условия находится толщина слоя резких колебаний

, отсюда .

Рис. 7.2 - Схема к определению слоя резких колебаний

Для многослойной конструкции тепловая инерция является суммой тепловых инерции ее слоев

. (7.5)

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

По показателю тепловой инерции ограждения по массивности подразделяются на:

- без инерционные – 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 целиком охлаждаются в течение сравнительно короткого периода времени (несколько часов). Массивные стены из бетона или кирпича целиком 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, час, может быть определено по формуле:

. (7.6)

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

Если D₁ < 1, то расчет ведется по формуле

. (7.7)

Если D₁ ≥ 1 то принимается Y₁ = s₁.

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

. (7.8)

Если слой резких колебаний охватывает три и более слоев (n слоев), то расчет ведется последовательным приближением к внутренней поверхности. Вычисления начинаются с (п-1) слоя по формуле (7.7), которая имеет вид

. (7.8а)

По условиям теплостойкости в многослойной конструкции аккумулирующий слой (с большим значением s) стоит размещать 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 потом возвращаться в помещения при снижении температуры. Таким образом, будет смягчаться тепловая обстановка, улучшая комфортные ощущения человека. Для однослойных ограждений целесообразно применение материала, который соединяет эти два свойства. Лучшим материалом в этом смысле является дерево, далее идут ячеистые бетоны.