Общее сопротивление теплопередаче

Теплопередача

Перенос тепла из одной среды с высокой температурой в другую среду, с малой температурой, через разделяющее ограждение называют теплопередачей.

Теплопередача через плоское однородное ограждение состоит из трёх последовательных типов теплообмена, происходящих по мере прохождения тепловым потоком различных участков ограждения (рис.).

1. Перенос тепла от нагретого воздуха к внутренней поверхности конструкции (на 1 м² поверхности за 1 с) – путём конвекции и излучения

, (1)

где a_внутр – коэффициент теплообмена на внутренней поверхности ограждения. Значение a_внутр зависит от температурного режима внутренней поверхности ограждения и воздушной среды внутри помещения и равен

,

a_конвек – коэффициент передачи тепла конвекцией,

a_излуч – коэффициент передачи тепла излучением.

2. Перенос тепла от внутренней поверхности конструкции к её внешней поверхности, которая прилегает в охлаждённой воздушной среде (на 1 м² поверхности за 1 с) – путём теплопроводности

. (2)

3. Перенос тепла от внешней поверхности ограждения к прилегающей извне охлаждённой воздушной средой (на 1 м² поверхности за 1 с) – путём конвекции

, (3)

где a_внеш – коэффициент теплообмена на наружной поверхности ограждения

,

Но при этом существенно зависит от скорости ветра. Чем больше скорость ветра, тем больше значение a_внеш .

Сопротивление тепловосприятию

Тонкие слои воздуха, которые непосредственно прилегают к внутренним поверхностям конструкции, менее подвижны, чем вдали от ограждения. Поэтому они оказывают сопротивление теплопередаче. Это означает, что температура меняется не только внутри ограждения, но и вблизи внутренней его поверхностей. Процесс передачи тепла от внутреннего нагретого воздуха к прилегающей внутренней поверхности ограждения называют тепловосприятием.

Из формулы (1) видно, что для случая, когда поверхность конструкции равна 1 м² и время передачи тепла равно 1 с :

.

В общем случае, для произвольной площади поверхности S конструкции и времени переноса тепла t:

. (4)

Термическое сопротивление переходу тепла от внутреннего воздуха в внутренней поверхности ограждения называют сопротивлением тепловосприятию:

, (5)

Подставив выражение (5) в формулу (4), получим, что сопротивление тепловосприятию равно:

.

Следовательно, причиной сопротивления тепловосприятию служит разность температур на внутренней поверхности ограждения.

Единица измерения:

.

Термическое сопротивление

Если конструкция однослойная, то из закона Фурье (2) следует, при условии, что поверхность конструкции равна 1 м² и время передачи тепла равно 1 с:

.

В общем случае, для произвольной площади поверхности S конструкции и времени переноса тепла t:

. (6)

Обозначим толщину ограждения

.

Величину, равную отношению толщины плоского однородного ограждения к коэффициенту теплопроводности материала этого ограждения, называют термически сопротивлением ограждения:

. (7)

Из формулы (7) видно, что увеличение термического сопротивления R можно достичь:

а) увеличением толщины ограждения (l),

б) применением материалов с малыми коэффициентами теплопроводности (l).

Подставив выражение (7) в формулу (6), получим, что термическое сопротивление равно:

.

Следовательно, причиной термического сопротивления служит разность температур внутренней и наружной поверхностей ограждения. Единица измерения:

.

Если ограждающая конструкция многослойная, то её термическое сопротивление равно сумме термических сопротивлений всех слоёв:

,

или, учитывая выражение (7),

, (8)

где i – номер слоя, N – количество слоёв в конструкции, l_i – толщина i-го слоя, l_I –коэффициент теплопроводности этого слоя.

В настоящее время, когда применяют жёсткие требования к теплозащите зданий, особое значение применение облегчённых конструкций с эффективными утеплителями и малой объёмной массой. В этом случае значение l невелико. Чтобы учесть зависимость l и, следовательно, от влажности материала конструкции, применяют СНиП II 3-79 . В этих нормах указаны значения l в зависимости от условий эксплуатации, влажного режима помещений и климатических данных влажности наружного воздуха.

Сопротивление теплоотдаче

Процесс передачи тепла от внешней поверхности ограждения к более холодному окружающему внешнему воздуху называют теплоотдачей.

При теплоотдаче тоже возникает сопротивление этому процессу. Из формулы (3) видно, что для случая, когда поверхность конструкции равна 1 м² и время передачи тепла равно 1 с :

.

В общем случае, для произвольной площади поверхности S конструкции и времени переноса тепла t:

. (9)

Термическое сопротивление переходу тепла от внешней поверхности ограждения в внешнему воздуху называют сопротивлением теплоотдаче:

. (10)

Подставив выражение (10) в формулу (9), получим, что сопротивление теплоотдаче:

.

Следовательно, причиной сопротивления теплоотдачи служит разность температур на внешней поверхности ограждения.

Единица измерения:

.

Общее сопротивление теплопередаче

Преобразуем выражения (1), (2), (3) для установившегося теплового потока через однослойную конструкцию:

Подставим выражения (5), (7), (10):

Сложим правые и левые части полученных уравнений:

или

,

где R_об – общее сопротивление теплопередаче, равное сумме сопротивления тепловосприятию, термического сопротивления и

. (11)

Если ограждающая конструкция многослойная, то общее сопротивление теплопередаче, с учётом формулы (8), равно

, (12)

где i – номер слоя, N – количество слоёв в конструкции, l_i – толщина i-го слоя, l_I –коэффициент теплопроводности этого слоя.