Колебания температуры воздуха и теплопоглощение ограждением

При колебаниях температуры воздуха в помещении около среднего значения изменяются температуры поверхностей ограждений и проходящие через них тепловые потоки. Соотношение между колебаниями теплового потока и температуры на поверхности ограждения определяется ее коэффициентом теплоусвоения Y. Чтобы установить зависимость от температуры воздуха, нужно иметь дополнительную характеристику, связывающую изменения потока теплоты и температуры воздуха. Такой характеристикой является коэффициент теплопоглощения ограждения В.

Затухание амплитуды колебания температуры воздуха при переходе тепловой волны от помещения к внутренней поверхности ограждения, на которой амплитуда равна :

= 1 + R_ВY₁, (6.1)

где R_В - сопротивление теплообмену на внутренней поверхности, равное 1/a_В;

Y₁ - коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения Y₁ = .

Индекс у коэффициента теплоусвоения указывает на порядок отсчета слоев в ограждении по направлению движения волны, в данном случае начиная от материального слоя на внутренней стороне ограждения.

Подстановка Y₁ в формулу (6.1) дает искомое значение коэффициента теплопоглощения В:

В = = = . (6.2)

Коэффициент теплопоглощения равен отношению амплитуды колебания теплового потока, проходящего через поверхность ограждения, к вызвавшей этот поток амплитуде колебания температуры окружающей поверхность среды. Как видно из формулы, В имеет размерность Вт/(м^{2 о}С), такую же, как Y и a_В.

Уравнение (6.2) можно переписать в виде зависимости между сопротивлениями (обратными величинами) теплопоглощению, теплоусвоению и теплообмену:

. (6.3)

Из этой зависимости следует, что сопротивление теплопоглощению 1/В равно сумме сопротивлений теплоусвоению 1/Y₁ и теплообмену 1/a_В. Таким образом, при поглощении теплоты поверхностью от воздуха должно быть преодолено сначала сопротивление теплообмену, а затем сопротивление теплоусвоению.

Амплитуда А_q изменения теплового потока, поглощаемого поверхностью при колебаниях температуры среды , равна:

А_q = В . (6.4)

Если ограждение имеет площадь F, то амплитуда А_Q изменения всего количества теплоты, поглощаемой этой поверхностью, равна:

А_Q = ВF . (6.5)

В помещении поверхности всех ограждений поглощают теплоту. В результате перемешивания воздуха амплитуду колебания его температуры для всех поверхностей в помещении обычно принимают одинаковой, равной . В каждый момент времени между количествами теплоты, передаваемой в помещение и поглощаемой всеми его поверхностями, должно быть равенство. Поэтому амплитуда теплопоступлений в помещение равна амплитуде теплопоглощения всеми поверхностями, т.е.:

= S В_i F_i . (6.6)

Из этого равенства получаем основное уравнение теплоустойчивости помещения в виде:

= , (6.7)

где Р - показатель теплопоглощения помещения, равный суммарной теплопоглощательной способности всех поверхностей в помещении:

Р =S В_i F_i. (6.8)

В СНиП II-3 теплоустойчивость в холодный период года не нормируется. Рекомендуемые требования к теплоустойчивости помещений в холодный период года следующие.

Требуемая амплитуда колебания результирующей температуры помещения , ^оС, в холодный период года не должна превышать:

- при наличии центрального отопления и печей непрерывной топки - 1,5^оС;

- при электро-, теплоаккумуляционном отоплении - 2,5^оС;

- при печном отоплении с периодической топкой - 3^оС.

Метод расчета теплоустойчивости помещений в холодный период года состоит в следующем. Расчетную амплитуду колебания температуры воздуха в помещениях жилых и общественных зданий в холодный период года следует определять по формуле:

= (0,7 МQ_о)/(SА_i В_i), (6.9)

где М - коэффициент неравномерности теплоотдачи нагревательным прибором, принимаемый по таблице 6.1;

Q_о - средняя теплоотдача отопительного прибора, Вт, равная теплопотерям данного помещения;

А_i - площадь i-й ограждающей конструкции, м²;

В_i - коэффициент теплопоглощения поверхности i-го ограждения, Вт/ (м^2оС), определяемый по формуле (6.2).

Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции a_В, Вт/(м^2оС), равен:

a_В = 4,5 + a_k, (6.10)

где a_k - коэффициент конвективного теплообмена внутренней поверхности, Вт/(м^2оС), принимаемый равным для: внутреннего ограждения - 1,2; окна - 3,5; пола - 1,5; потолка - 3,5.

Т а б л и ц а 6.1

Коэффициент неравномерности теплоотдачи нагревательных приборов М