Одномерное температурное поле

Процесс передачи теплоты через ограждение, все параметры которого остаются неизменными во времени, называются стационарным.

Простейшим является одномерное стационарное температурное поле, которое для многослойного ограждения при принятии масштаба термического сопротивления R = х/l имеет вид:

Рис. 3.1. Характерные типы современных конструкций наружных ограждений зданий: а - однослойная керамзитобетонная панель с внутренними и внешними фактурными слоями; б - двухслойная панель (бетон, эффективный теплоизоляционный материал с внешним фактурным слоем); в - виброкирпичная панель; г - трехслойная панель; д - трехслойная прокатная панель

= 0 (3.1)

Конструкции современных многослойных ограждений характеризуются разделением функций между отдельными материальными слоями (рис. 3.1).

В общем случае ограждение состоит из конструктивного (несущего) слоя, теплоизоляционного слоя, а также паро- или гидроизоляционного слоя и внутреннего и внешнего фактурных слоев. В отношении режима теплообмена основными являются конструктивный и теплоизоляционные слои. Несущим обычно является слой из плотного, а поэтому обладающего значительной теплопроводностью и плохо проницаемого для водяного пара и воздуха материала. Материал теплоизоляционного слоя обычно пористый, рыхлый, а поэтому малотеплопроводный и хорошо пропускающий водяной пар и воздух.

Теплоизоляционный слой может быть расположен с внутренней и внешней сторон ограждения (рис. 3.2). Следует иметь в виду, что с теплотехнической точки зрения выгоднее располагать теплоизоляционный слой с внешней стороны ограждения (рис. 3.2, а), т.к. в этом случае при прочих равных условиях имеются следующие достоинства: ограждения более теплоустойчивы как к сквозному затуханию колебаний температуры наружного воздуха, так и к колебаниям теплопоступлений в помещение;

отсутствует возможность выпадения конденсата и накопления жидкой влаги в толще конструкции, а поэтому не требуется устройства дополнительной пароизоляции с внутренней поверхности ограждения; стык между материальными слоями находится при положительных температурах, что исключает периодическое образование льда, нарушающего контакт между слоями.

Недостатком такого решения является влияние атмосферных воздействий непосредственно на теплоизоляционный материал, что вызывает необходимость в устройстве специального защитного слоя, т.к. обычные теплоизоляционные материалы обладают малой коррозионной стойкостью. Устройство плотного защитного слоя может привести к такому положению, когда более выгодной окажется конструкция с расположением теплоизоляции с внутренней стороны ограждения (рис. 3.2, б) с дополнительным при необходимости пароизоляционным слоем на внутренней поверхности.

Рис. 3.2. Кривые распределения температуры t (1), упругости (2) и максимальной упругости Е (3) водяного пара по толще двухслойного ограждения при расположении теплоизоляционного слоя с наружной (а) и внутренней (б) сторон ограждения (вертикальной штриховкой отмечено условие возможной конденсации)

Одномерное температурное поле ограждения может быть рассчитано достаточно просто (рис. 3.3). Его теплозащитные свойства определяются сопротивлением теплопередаче ограждения R_о, которое равно сумме сопротивлений теплопередаче отдельных материальных слоев R_i, воздушной прослойки R_в.п и теплообмену на внутренней R_в = и наружной R_н = поверхностях:

R_о = R_в + SR_i + R_в.п + R_н (3.2)

Рис. 3.3. Одномерное температурное поле многослойного ограждения

Распределение температуры по сечению ограждения t_х определяется по формуле:

t_х = t_в - (t_в - t_н), (3.3)

где t_в и t_н - температуры внутренней и наружной сред;

R_в-х - сопротивление теплопередаче от внутренней среды до сечения х.