Сложный теплообмен и теплопередача

Рассмотренные выше элементарные виды теплообмена (теплопроводность, конвекция и тепловое излучение) в строительных ограждающих конструкциях протекают одновременно. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, а излучение часто сопровождается конвекцией.

Теплоотдача от внутреннего воздуха в помещении к наружной стене и от наружной стены к окружающему воздуху осуществляется путем конвекции и излучения. Теплопроводностью можно пренебречь.

В теплотехнических расчетах при сложном теплообмене используют понятие общего коэффициента теплоотдачи a_о, представляющего собой сумму коэффициентов теплоотдачи конвекцией a_к и излучения a_л, т.е.

a_о = a_к + a_л. (1.21)

Теплопередачей называется процесс переноса тепла от одной жидкости к другой через разделительную стенку. Рассмотрим теплопередачу через плоскую стенку (рис. 1.4). Примем для определенности, что t_ж1 > t_ж2.

Рис. 1.4 Схема распределения температур при теплопередаче

через плоскую стенку

Процесс передачи тепла в рассматриваемом примере состоит из трех процессов: теплопередача от горячей среды к внутренней поверхности стены; теплопроводность через стенку; теплоотдача от наружной поверхности стены в окружающую среду.

В связи с тем, что процесс передачи тепла принимается стационарным, наблюдается равенство тепловых потоков, передаваемых в рассмотренных выше процессах.

Математическая формулировка задачи включает в себя три уравнения:

1) уравнение теплоотдачи на внутренней поверхности стенки:

; (1.22)

2) уравнение теплопроводности через стенку:

; (1.23)

3) уравнение теплоотдачи от наружной поверхности стены к холодной жидкости:

. (1.24)

В результате решения системы уравнений (1.22)÷(1.24) получим выражение для определения удельного теплового потока вида

, (1.25)

где - коэффициент теплопередачи через плоскую стенку, Вт/(м²·К).

Уравнение (1.25) получило название уравнения теплопередачи через плоскую стенку.

Величины , называются термическими сопротивлениями теплоотдачи со стороны горячего и холодного теплоносителя, соответственно, величина - термическим сопротивлением теплопроводности плоской стенки.

2 Конструктивные решения наружных стен
энергоэффективных зданий

Конструктивные решения наружных стен энергоэффективных зданий, применяемые при строительстве жилых и общественных сооружений, можно разделить на 3 группы (рис.2.1):

1) однослойные;

2) двухслойные;

3) трехслойные.

Однослойные наружные стены выполняются из ячеистобетонных блоков, которые, как правило, проектируют самонесущими с поэтажным опиранием на элементы перекрытия, с обязательной защитой от внешних атмосферных воздействий путем нанесения штукатурки, облицовки и т.д. Передача механических усилий в таких конструкциях осуществляется через железобетонные колонны.

Двухслойные наружные стены содержат несущий и теплоизоляционный слои. При этом утеплитель может быть расположен как снаружи, так и изнутри.

В начале реализации программы энергосбережения в Самарской области в основном применялось внутреннее утепление. В качестве теплоизоляционного материала использовались пенополистирол и плиты из штапельного стекловолокна «URSA». Со стороны помещения утеплители защищались гипсокартоном или штукатуркой. Для защиты утеплителей от увлажнения и накопления влаги устанавливалась пароизоляция в виде полиэтиленовой пленки.