ТЕПЛОВОЙ ПОТОК

ТЕПЛОВОЙ ПОТОК

Количество теплоты, переданное через изотермич. в ед. времени. Размерность Т. п. совпадает с размерностью мощности. Т. п. измеряется в ваттах или ккал/ч (1 ккал/ч = 1,163 Вт). Т. п., отнесённый к ед. изотермич. поверхности, наз. плотностью Т. п., уд. Т. п. или тепловой нагрузкой; обозначается обычно q, измеряется в Вт/м2 или ккал/(м2 ч). Плотность Т. п.- вектор, любая компонента к-рого численно равна кол-ву теплоты, передаваемой в ед. времени через ед. площади, перпендикулярной к направлению взятой .

Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия . . 1983 .

ТЕПЛОВОЙ ПОТОК

Вектор, направленный в сторону, противоположную градиенту темп-ры и равный по абс. величине кол-ву теплоты, проходящему через изотермич. поверхность в единицу времени. Измеряется в ваттах или ккал/ч (1 ккал/ч=1,163 Вт). Т. п., отнесённый к единице изотермич. поверхности, наз. плотностью Т. п. или уд. Т. п., в технике - т е п л о в о й н а г р у з к о й. Единицами измерения уд. Т. п. служат Вт/м 2 и ккал/(м 2 · ч).

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Смотреть что такое "ТЕПЛОВОЙ ПОТОК" в других словарях:

Тепловой поток - Тепловой поток – количество теплоты, проходящее через образец в единицу времени. [ГОСТ 7076 99] Тепловой поток – поток тепловой энергии, переносимый в процессе теп­лообмена. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Количество теплоты, проходящее в единицу времени через произвольную изотермическую поверхность … Большой Энциклопедический словарь

- (a. heat flow, heat flux, rate of heat flow; н. Warmefluβ, Warmestromung; ф. courant calorifique, flux de chaleur; и. corriente termico, torrente calorico, flujo termico) кол во теплоты, переданное через изотермич. поверхность в единицу… … Геологическая энциклопедия

Количество теплоты, переносимое через какую либо поверхность в процессе теплообмена. Характеризуется плотностью Т. п., которая представляет собой отношение количества теплоты, перенесённой через поверхность, к интервалу времени, за который этот… … Энциклопедия техники

тепловой поток - — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN thermal currentthermal flowheat fluxthermal flux … Справочник технического переводчика

Тепловой поток Q - Вт количество теплоты, проходящее через ограждающую конструкцию в единицу времени.

1. Однородная стенка. Рассмотрим однородную стенку толщиной (рис. 1-7), коэффициент теплопроводности , которой постоянен. На наружных поверхностях стенки поддерживаются постоянные температуры . Температура изменяется только в направлении оси х. В этом случае температурное поле одномерно, изотермические поверхности плоские и располагаются перпендикулярно оси х.

На расстоянии х выделим внутри стенки слой толщиной ограниченный двумя изотермическими поверхностями. На основании закона Фурье [уравнение (1-1)] для этого случая можно написать:

Плотность теплового потока q при стационарном тепловом режиме постоянна в каждом сечении, поэтому

Постоянная интегрирования С определяется из граничных условий, а именно при а при . Подставляя эти значения в уравнение (б), имеем:

Из уравнения (в) определяется неизвестное значение плотности теплового потока q, а именно:

Следовательно, количество теплоты, переданное через единицу поверхности стенки в единицу времени, прямо пропорционально коэффициенту теплопроводности и разности температур наружных поверхностей и обратно пропорционально толщине стенки .

Уравнение (1-2) является расчетной формулой теплопроводности плоской стенки. Оно связывает между собой четыре величины: и . Зная из них любые три, можно найти четвертую:

Отношение называется тепловой проводимостью стенки, а обратная величина - термическим сопротивлением. Последнее определяет падение температуры в стенке на единицу плотности теплового потока.

Если в уравнение (б) подставить найденные значения С и плотности теплового потока q, то получим уравнение температурной кривой

Последнее показывает, что при постоянном значении коэффициента теплопроводности температура однородной стенки изменяется по линейному закону. В действительности же вследствие своей зависимости от температуры коэффициент теплопроводности является переменной величиной. Если это обстоятельство учесть, то получим иные, более сложные расчетные формулы.

Для подавляющего большинства материалов зависимость коэффициента теплопроводности от температуры имеет линейный характер вида . В этом случае на основании закона Фурье для плоской стенки имеем:

Разделив переменные и произведя интегрирование, получим:

Подставляя в уравнение (е) граничные значения переменных, имеем при

Вычитая из уравнения (з) уравнение (ж), получаем:

Рис. 1-7. Однородная плоская стенка.

Новая расчетная формула (1-4) несколько сложнее формулы (1-2). Там мы принимали коэффициент теплопроводности постоянным и равным некоторому среднему значению .

Приравнивая друг другу правые части этих формул, имеем:

Следовательно, если определяется по среднеарифметическому из граничных значений температур стенок, то формулы (1-2) и (1-4) равнозначны.

С учетом зависимости коэффициента теплопроводности от температуры уравнение температурной кривой в стенке получается путем решения уравнения (е) относительно t и подстановки значения С из (ж), а именно:

Следовательно, в этом случае температура стенки изменяется не линейно, а по кривой. При этом если коэффициент b положителен, выпуклость кривой направлена вверх, а если отрицателен - вниз (см. рис. 1-10).

2. Многослойная стенка.

Стенки, состоящие из нескольких разнородных слоев, называются многослойными.

Именно такими являются, например, стены жилых домов, в которых на основном кирпичном слое с одной стороны имеется внутренняя штукатурка, с другой - внешняя облицовка. Обмуровка печей, котлов и других тепловых устройств также обычно состоит из нескольких слоев.

Рис. 1-8. Многослойная плоская стенка.

Пусть стенка состоит из трех разнородных, но плотно прилегающих друг к другу слоев (рис. 1-8). Толщина первого слоя второго и третьего . Соответственно коэффициенты теплопроводности слоев . Кроме того, известны температуры наружных поверхностей стенки . Тепловой контакт между поверхностями предполагается идеальным, температуру в местах контакта мы обозначим через .

При стационарном режиме плотность теплового потока постоянна и для всех слоев одинакова. Поэтому на основании уравнения (1-2) можно написать:

Из этих уравнений легко определить температурные напоры каждом слое:

Сумма температурных напоров в каждом слое составляет полный температурный напор. Складывая левые и правые части системы уравнений (м), получаем:

Из соотношения (н) определяем значение плотности теплового потока:

По аналогии с изложенным можно сразу написать расчетную формулу для -слойной стенки:

Так как каждое слагаемое знаменателя в формуле (1-6) представляет собой термическое сопротивление слоя, то из уравнения (1-7) следует, что общее термическое сопротивление многослойной стенки равно сумме частных термических сопротивлений.

Рис. 1-9. Графический способ определения промежуточных температур .

Если значение плотности теплового потока из уравнения (1-6) подставить в уравнение (м), то получим значения неизвестных температур :

Внутри каждого слоя температура изменяется по прямой, но для многослойной стенки в целом она представляет собой ломаную линию (рис. 1-8). Значения неизвестных температур многослойной стенки можно определить также графически (рис. 1-9). При построении графика по оси абсцисс в любом масштабе, но в порядке расположения слоев, откладываются значения их термических сопротивлений , восстанавливаются перпендикуляры. На крайних из них также в произвольном, но одинаковом масштабе, откладываются значения наружных температур .

Полученные точки А и С соединяются прямой. Точки пересечения этой прямой со средними перпендикулярами дают значения искомых температур . При таком построении . Следовательно,

Подставляя значения отрезков, получаем:

Аналогичным образом доказываем, что

Иногда ради сокращения выкладок многослойную стенку рассчитывают как однослойную (однородную) толщиной . При этом в расчет вводится так называемый эквивалентный коэффициент теплопроводности , который определяется из соотношения

Отсюда имеем:

Таким образом, эквивалентный коэффициент теплопроводности зависит только от значений термических сопротивлений и толщины отдельных слоев.

При выводе расчетной формулы для многослойной стенки мы предполагали, что слои плотно прилегают друг к другу и благодаря идеальному тепловому контакту соприкасающиеся поверхности разных слоев имеют одну и ту же температуру. Однако если поверхности шероховаты, тесное соприкосновение невозможно и между слоями образуются воздушные зазоры. Так как теплопроводность воздуха мала , то наличие даже очень тонких зазоров может сильно повлиять в сторону уменьшения эквивалентного коэффициента теплопроводности многослойной стенки. Аналогичное влияние оказывает и слой окисла металла. Поэтому при расчете и в особенности при измерении теплопроводности многослойной стенки следует обращать внимание на плотность контакта между слоями.

Пример 1-1. Определить потерю теплоты через кирпичную стенку длиной 5 м, высотой 3 м и толщиной 250 мм, если на поверхностях стенки поддерживаются температуры . Коэффициент теплопроводности кирпича А = 0,6 Вт/(м °С).

Согласно уравнению (1-2)

Пример 1-2. Определить значение коэффициента теплопроводности материала стенки, если при толщине мм и температурном напоре плотность теплового потока .

В1 виды передачи тепла

Теория теплообмена – это наука о процессах переноса теплоты. Теплообмен представляет собой сложный процесс, который можно расчленить на ряд простых процессов. Различают три элементарных принципиально отличных один от другого процесса теплообмена – теплопроводность, конвекция и тепловое излучение.

Теплопроводность – происходит при непосредственном соприкосновении (соударении) частиц вещества (молекул, атомов, свободных электронов), сопровождающемся обменом энергии. Теплопроводность в газах и жидкостях незначительна. Значительно интенсивнее протекают процессы теплопроводности в твёрдых телах. Тела с малой теплопроводностью называют теплоизоляционными.

Конвекция – происходит лишь в жидкостях и газах и представляет собой перенос теплоты в результате перемещения и перемешивания частиц жидкости или газа. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью.

Если перемещение частиц жидкости или газа обуславливается разностью их плотностей (из-за разности температур), то такое перемещение называют естественной конвекцией.

Если жидкость или газ перемещаются с помощью насоса, вентилятора, эжектора и других устройств, то такое перемещение называют вынужденной конвекцией. Теплообмен происходит в этом случае значительно интенсивнее, чем при естественной конвекции.

Тепловое излучение состоит в переносе теплоты от одного тела к другому электромагнитными волнами, возникающих в результате сложных молекулярных и атомных возмущений. Электромагнитные волны распространяются от поверхности тела во все стороны. Встречая на своём пути другие тела, лучистая энергия может ими частично поглощаться, превращаясь снова в теплоту (повышая их температуру).

В2 Закон фурье и коэффициент теплопроводности

Изучая процессы распространения тепла в твёрдых телах, Фурье экспериментально установил, что количество переданного тепла пропорционально падению температуры, времени и площади сечения, перпендикулярного направлению распространению тепла .

Если количество переданного тепла отнести к единице сечения и единице времени, то можно записать:

Уравнение (1.6) является математическим выражением основного закона теплопроводности – закона Фурье . Этот закон лежит в основе всех теоретических и экспериментальных исследований процессов теплопроводности. Знак минус указывает, что вектор теплового потока направлен в сторону, противоположную температурному градиенту.

Коэффициент теплопроводности

Множитель пропорциональности  в уравнении (1.6) является коэффициентом теплопроводности. Он характеризует физические свойства тела и способность его проводить тепло:

(1.7)

Величина  представляет собой количество тепла, которое проходит в единицу времени через единицу площади изотермической поверхности при температурном градиенте равном единице.

Для различных веществ коэффициент теплопроводности различный и зависит от природы вещества, его структуры, влажности, наличия примесей, температуры и других факторов. В практических расчётах коэффициент теплопроводности строительных материалов надлежит принимать п СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника».

Для примера:

для газов -  = 0,0050,5 [Вт/мС]

для жидкостей -  = 0,080,7 [Вт/мС]

строительные материалы и теплоизоляторы -  = 0,023,0 [Вт/мС]

для металлов -  = 20400 [Вт/мС]

В3 Теплопроводность

Теплопрово́дность - это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т. п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. В сравнении тепловых цепей с электрическими это аналог проводимости.

Способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности (удельной теплопроводностью) . Численно эта характеристика равна количеству теплоты, проходящей через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м 2 , за единицу времени (секунду) при единичном температурном градиенте.

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием теплорода от одного тела к другому. Однако более поздние опыты, в частности нагрев пушечных стволов при сверлении, опровергли реальность существования теплорода как самостоятельного вида материи. Соответственно, в настоящее время считается, что явление теплопроводности обусловлено стремлением объектов занять состояние более близкое к термодинамическому равновесию, что выражается в выравнивании их температуры.

На практике нужно также учитывать проводимость тепла за счет конвекции молекул и проникаемости излучений. Например, при полной нетеплопроводности вакуума, тепло может передаваться за счет излучения (пример - Солнце, установки инфракрасного излучения). А газ или жидкость могут обмениваться нагретыми или охлажденными слоями самостоятельно или искусственно (пример - фен, греющие вентиляторы). Так же в конденсированных средах возможно «перепрыгивание» фононов из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, что способствует распространению звуковых волн и тепла, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.

В4Конвективный теплообмен конвективный теплообмен может происходить только в подвижных средах – капельных жидкостях и газах. Обычно подвижную среду условно называют жидкостью независимо от агрегатного состояния вещества.

Тепловой поток Q , Вт, передаваемый при конвективном теплообмене, определяется по формуле Ньютона-Рихмана:

Q =  F ( t ж - t ) , (2.1)

где:  - коэффициент теплоотдачи, Вт/м 2 С;

F – площадь поверхности теплообмена, м 2 ;

t ж и t – соответственно температуры жидкости и поверхности стенки, С.

Разность температур ( t ж - t ) иногда называют температурным напором .

Коэффициент теплоотдачи характеризует количество теплоты, которое передаётся конвекцией через единицу поверхности в единицу времени при температурном напоре в 1С и имеет размерность [Дж/см 2 С] или [Вт/м 2 С].

или кинематического ( =  /  ), коэффициента объёмного расширения  ;

Скорости движения жидкости w ;

Температур жидкости и стенки t ж и t ;

Формы и линейных размеров омываемой стенки (Ф , l 1 Величина коэффициента теплоотдачи зависит от множества факторов, а именно:

Характера (режима) движения жидкости (ламинарный или турбулентный);

Природы возникновения движения (естественное или вынужденное);

Физических свойств движущейся среды – коэффициента теплопроводности  , плотности  , теплоёмкости с , коэффициента вязкости динамического ( ), l 2 ,...).

Таким образом, в общем виде можно записать: = f (w,  ,с,  ,  ,  , t ж , t ,Ф ,l 1 ,l 2 ,...). (2.2)

Критерий Нуссельта . Устанавливает соотношение интенсивности переноса теплоты конвекцией ( ) и теплопроводностью ( ) на границе твёрдое тело – жидкость:Nu =  l /  . (2.3)

Критерий Прандтля . Характеризует механизмы переноса теплоты в жидкости (зависит от физических свойств жидкости):Pr =  / a =  c  /  . (2.4)

Величина a =  / c  носит название коэффициента температуропроводности .

Критерий Рейнольдса . Устанавливает соотношение инерционных и вязких сил в жидкости и характеризует гидродинамический режим движения жидкости. R=V*l/ню Re = wl /  .

При Re <2300 режим движения ламинарный, при Re >10 4 - турбулентный, при 2300<Re <10 4 режим движения переходной от ламинарного к турбулентному.

Критерий Грасгофа . Характеризует соотношение подъёмных сил, возникающих вследствие разности плотностей жидкости и сил вязкости. Разность плотностей обусловлена различием температур жидкости в её объёме:Gr = gl 3  t  /  2 .

Во всех уравнениях, приведенных выше, величина l – характерный размер, м.

Уравнения, связывающие числа подобия, называются критериальными и в общем виде записываются следующим образом:Nu = f ( Re , Gr , Pr ) . (2.7)

Критериальное уравнение конвективного теплообмена при вынужденном движении жидкости имеет вид:Nu = cRe m Gr n Pr p . (2.8)

А при свободном движении среды:Nu = dGr k Pr r . (2.9)

В этих уравнениях коэффициенты пропорциональности c и d , а также показатели степени при критериях подобия m , n , p , k и r устанавливаются экспериментальным путём.

В5 теплообмен излучением

Носителями лучистой энергии являются электромагнитные колебания с различной длиной волн. Излучать электромагнитные волны способны все тела, имеющие температуру, отличную от абсолютного нуля. Излучение – это результат внутриатомных процессов. При попадании на другие тела энергия излучения частично поглощается, частично отражается и частично проходит сквозь тело. Доли энергии поглощённой, отражённой и проходящей от количества её падающей на тело обозначаются соответственно A , R и D .

Очевидно, что A +R +D =1.

Если R =D =0, то такое тело называют абсолютно чёрным .

Если отражательная способность тела R =1 и отражение подчиняется законам геометрической оптики (т.е. угол падения луча равен углу отражения), то такие тела называются зеркальными . Если же отражённая энергия рассеивается по всем возможным направлениям, то такие тела называются абсолютно белыми .

Тела, для которых D =1 называют абсолютно прозрачными (диатермичными).

Законы теплового излучения

Закон Планка устанавливает зависимость поверхностной плотности потока монохроматического излучения абсолютно чёрного тела E 0  от длины волны  и абсолютной температуры T .

Закон Стефана-Больцмана . Экспериментально (И.Стефан в 1879 г.) и теоретически (Л.Больцман в 1881 г.) установили, что плотность потока собственного интегрального излучения абсолютно чёрного тела E 0 прямо пропорциональна абсолютной температуре в четвёртой степени, т.е.:

где  0 – постоянная Стефана-Больцмана, равная 5,6710 -8 Вт/м 2 К 4 ;

С 0 – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела, равный 5,67 Вт/м 2 К 4 .

Индекс «0» во всех приведенных уравнениях означает, что рассматривается абсолютно чёрное тело. Реальные тела всегда серые. Отношение  =С/С 0 называют степенью черноты тела, оно изменяется в диапазоне от 0 до 1.

Применительно к серым телам закон Стефана-Больцмана приобретает вид: (2.11)

Величина степени черноты  зависит главным образом от природы тела, температуры и состояния его поверхности (гладкая или шероховатая).

Закон Ламберта . Максимальное излучение единицей поверхности происходит по направлению нормали к ней. Если Q n - количество энергии, излучаемое по нормали к поверхности, а Q  - по направлению, образующему угол  с нормалью, то, по закону Ламберта:Q  = Q n  cos  . (2.12)

Закон Кирхгофа . Отношение излучательной способности тела Е к его поглощательной способности А для всех тел одинаковое и равно излучательной способности абсолютно чёрного тела Е 0 при той же температуре:Е/А=Е 0 = f ( T ) .

В6Сложный теплообмен и теплопередача

Рассмотренные элементарные виды теплообмена (теплопроводность, конвекция и излучение) на практике, как правило, протекают одновременно. Конвекция, например, всегда сопровождается теплопроводностью, излучение часто сопровождается конвекцией. Сочетание различных видов теплообмена может быть весьма разнообразным, и роль их в общем процессе неодинакова. Это так называемый сложный теплообмен .

В теплотехнических расчётах при сложном теплообмене часто используют общий (суммарный) коэффициент теплоотдачи  0 , представляющим собой сумму коэффициентов теплоотдачи соприкосновением, учитывающим действие конвекции, теплопроводности  к , и излучения  л , т.е  0 = к + л .

В этом случае расчётная формула для определения теплового потока имеет вид:

Q =(  к + л )( t ж - t с )=  0 ( t ж - t с ) . (2.14)

Но если стенка омывается капельной жидкостью, например водой, то

 л =0 и  0 = к . (2.15)

Теплопередача

В теплотехнике часто тепловой поток от одной жидкости (или газа) к другой передаётся через стенку. Такой суммарный процесс теплообмена, в котором теплоотдача соприкосновением является необходимой составной частью, называется теплопередачей .

Примерами такого сложного теплообмена могут быть: теплообмен между водой (или паром) в отопительном приборе и воздухом в помещении; между воздухом в помещении и наружным воздухом.

В7 термическое сопротивление одно и многослойных конструкций

Рассмотрим этот вид сложного теплообмена

Теплопередача через плоскую однослойную стенку.

Рассмотрим теплопередачу через плоскую однослойную стенку. Примем, что тепловой поток направлен слева направо, температура нагретой среды t ж1 , температура холодной среды t ж2 . Температура поверхностей стенки неизвестны: обозначим их как t с1 и t с2 (рис. 2.1).

Передача теплоты в рассматриваемом примере представляет собой процесс сложного теплообмена и состоит как бы из трёх этапов: теплоотдача от нагретой среды (жидкости или газа) к левой поверхности стенки, теплопроводность через стенку и теплоотдача от правой поверхности стенки к холодной среде (жидкости или газу). При этом полагается, что поверхностные плотности тепловых потоков в трёх указанных этапах одни и те же, если стенка плоская и режим теплообмена стационарный.

Величина k называется коэффициентом теплопередачи и представляет собой мощность теплового потока, проходящего от более нагретой среды к менее нагретой через 1 м 2 поверхности при разнице температур между средами 1К. Величина, обратная коэффициенту теплопередачи, называется термическим сопротивлением теплопередаче и обозначается R , м 2 К/Вт:

Эта формула показывает, что общее термическое сопротивление равно сумме частных сопротивлений.

В8 Теплотехнический расчет огр конструкций

Цель расчета:подобрать такие нар ограж конструк которые соответ ли бы требов снип тепловая защита зданий 23.02.2003

Определить толщину теплоизоляции

Требования сопротивления теплопередачи исходя из санит гигеиниче-х условий

Где n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху по табл. 3* , см. также табл.4 настоящего пособия;

t в - расчетная температура внутреннего воздуха, о С, принимаемая согласно ГОСТ 12.1.005-88 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений (см. также прил. 2);

t н - расчетная зимняя температура наружного воздуха, о С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01-99 (см. прил. 1);

Δ t н - нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, о С, принимаемый по табл. 2*, см. также табл. 3 настоящего пособия;

α в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл. 4*, см. также табл. 5.

Из условий энергосбережения R о тр принимается для всех остальных видов зданий по табл. 2 в зависимости от градусо-суток отопительного периода (ГСОП) , определяемых по формуле

ГСОП= (t в - t от.пер. ) z от.пер. , (5а)

где t в - то же, что в формуле (5);

t от.пер. -средняя температура, о С, отопительного периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 о С по СНиП 23-01-99 (см. также прил. 1);

z от.пер. - продолжительность, сут, отопительного периода со средней суточной температурой воздуха ниже Общее (приведенное) термическое сопротивление однослойной ограждающей конструкции R o , м 2 · о С/Вт, равно сумме всех отдельных сопротивлений, т. е.

где α в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м 2 · о С), определяемый по табл. 4* , см. также табл. 5 настоящего пособия;

α н - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м 2 · о С), определяемый по табл. 6* , см. также табл. 6 настоящего пособия;

R к - термическое сопротивление однослойной конструкции, определяемое по формуле (2).

Термическое сопротивление (сопротивление теплопередаче) R , м 2 · о С /Вт, - важнейшее теплотехническое свойство ограждения. Оно характеризуется разностью температур внутренней и наружной поверхности ограждения, через 1 м 2 которого проходит 1 ватт тепловой энергии (1 килокалория в час).

где δ - толщина ограждения, м;

λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м· о С.

Чем больше термическое сопротивление ограждающей конструкции, тем лучше её теплозащитные свойства. Из формулы (2) видно, что для увеличения термического сопротивления R необходимо либо увеличить толщину ограждения δ , либо уменьшить коэффициент теплопроводности λ , то есть использовать более эффективные материалы. Последнее более выгодно из экономических соображений.

В9 Понятие микроклимата. Теплообмен чел и условия комфорт.нормат требо

Под микроклиматом помещения понимается совокупность теплового, воздушного и влажностного режимов в их взаимосвязи. Основное требование к микроклимату – поддержание благоприятных условий для людей, находящихся в помещении. В результате протекающих в организме человека процессов обмена веществ освобождается энергия в виде теплоты. Эта теплота (с целью поддержания постоянной температуры тела человека) должна быть передана окружающей среде. При обычных условиях более 90% вырабатываемой теплоты отдаётся окружающей среде (50% - излучением, 25% - конвекцией, 25% - испарением) и менее 10% теплоты теряется в результате обмена веществ.

Интенсивность теплоотдачи человека зависит от микроклимата помещения, характеризующегося:

Температурой внутреннего воздуха t в ;

Радиационной температурой помещения (осреднённой температурой его ограждающих поверхностей) t R ;

Скоростью движения (подвижностью) воздуха v ;

Относительной влажностью воздуха  в .

Сочетания этих параметров микроклимата, при которых сохраняется тепловое равновесие в организме человека и отсутствует напряжение в его системе терморегуляции называют комфортными или оптимальными .

Наиболее важно поддерживать в помещении в первую очередь благоприятные температурные условия, так как подвижность и относительная влажность имеют, как правило, несущественные колебания.

Кроме оптимальных различают допустимые сочетания параметров микроклимата, при которых человек может ощущать небольшой дискомфорт.

Часть помещения, в которой человек находится основное рабочее время, называют обслуживаемой или рабочей зоной . Тепловые условия в помещении завися главным образом от т.е. от его температурной обстановки, которую принято характеризовать условиями комфортности .

Первое условие комфортности – определяет такую область сочетаний t в и t R , при которых человек, находясь в центре рабочей зоны, не испытывает ни перегрева, ни переохлаждения. Для спокойного состояния человека t в =21…23, при лёгкой работе – 19..21, при тяжёлой – 14…16С.

Для холодного периода года первое условие характеризуется формулой:

t R =1,57 t п -0,57 t в  1,5 где: t п =( t в + t R )/ 2.

Второе условие комфортности – определяет допустимые температуры нагретых и охлаждённых поверхностей при нахождении человека в непосредственной близости от них.

Во избежание недопустимого радиационного перегрева или переохлаждения головы человека поверхности потолка и стен могут быть нагреты до допустимой температуры:

Или охлаждены до температуры:, (3.3)

где:  - коэффициент облучённости от поверхности элементарной площадки на голове человека в сторону нагретой или охлаждённой поверхности.

Температура поверхности холодного пола зимой может быть лишь на 2-2,5С ниже температуры воздуха помещения вследствие большой чувствительности ног человека к переохлаждению, но и не выше 22-34С в зависимости от назначения помещений.

Основные нормативные требования к микроклимату помещений содержатся в нормативных документах: СНиП 2.04.05-91 (с изменениями и дополнениями), ГОСТ 12.1.005-88.

При определении расчетных метеорологических условий в помещении учитывается способность человеческого организма к акклиматизации в разное время года, интенсивности выполняемой работы и характер тепловыделений в помещении. Расчётные параметры воздуха нормируются в зависимости от периода года. Различают три периода года:

Холодный (среднесуточная температура наружного воздуха t н <+8С);

Переходный (-"– t н =8С);

Тёплый (-"– t н >8С);

Оптимальные и допустимые метеорологические условия (температура внутреннего воздуха t в ) в обслуживаемой зоне жилых, общественных и административно-бытовых помещений приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Максимально допустимая температура воздуха в рабочей зоне - 28С (если расчётная температура наружного воздуха больше 25С – допускается до 33С).

Оптимальные значения относительной влажности воздуха – 40-60%.

Оптимальные скорости воздуха в помещении для холодного периода – 0,2-0,3 м/с, для тёплого периода – 0,2-0,5 м/с.

В10Системы инженерного оборуд зданий для создания и обес зад микроклим

Требуемый микроклимат в помещениях создаётся следующими системами инженерного оборудования зданий: отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Системы отопления служат для создания и поддержания в помещениях в холодный период года необходимых температур воздуха, регламентируемых соответствующими нормами. Т.е. они обеспечивают необходимый тепловой режим помещений.

В тесной связи с тепловым режимом помещений находится воздушный режим, под которым понимают процесс обмена воздухом между помещениями и наружным воздухом.

Системы вентиляции предназначены для удаления из помещений загрязнённого и подачу в них чистого воздуха. При этом расчётная температура внутреннего воздуха не должна меняться. Системы вентиляции состоят из устройств для нагревания, увлажнения и осушения приточного воздуха.

Системы кондиционирования воздуха являются более совершенными средствами создания и обеспечения в помещении улучшенного микроклимата, т.е. заданных параметров воздуха: температуры, влажности и чистоты при допустимой скорости движения воздуха в помещении независимо от наружных метеорологических условий и переменных по времени вредных выделений в помещениях. Системы кондиционирования воздуха состоят из устройств термовлажностной обработки воздуха, очистки его от пыли, биологических загрязнений и запахов, перемещения и распределения воздуха в помещении, автоматического управления оборудованием и аппаратурой.

В11 основная формула для расчета теплопотерь чз огр конструкции

Q t = F/R* (tв - tн)* (1+b)* n , где

Qt - количество тепловой энергии, передаваемое от внутреннего воздуха в помещении к

наружному воздуху, Вт

F - площадь ограждающей конструкции, м кВ

R - общее сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м 2 С/Вт

tв - tн - расчётная температура, соответственно внутреннего и наружного воздуха, C o

b - добавочные потери теплоты, определяемые по Приложению 9 СНиП 2.04.05-91*

n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности по отношению к наружному воздуху

В12 Обмер поверхностей ограждающих конструкций выполняется согласно:

Высота стен первого этажа при наличии пола, расположенного:

на грунте - Между уровнями полов первого и второго этажей

на лагах - От верхнего уровня подготовки пола первого этажа до уровня пола второго этажа

при наличии не отапливаемого подвала - От уровня нижней поверхности конструкции пола первого этажа до уровня пола второго этажа

Высота стен промежуточного этажа:

между уровнями полов данного и вышележащего этажей

Высота стен верхнего этажа:

от уровня пола до верха утепляющего слоя чердачного перекрытия

Длина наружных стен по внешнему периметру здания:

в угловых помещениях – от линии пересечения наружных поверхностей стен до осей внутренних стен

в не угловых помещения - между осями внутренних стен

Длина и ширина потолков и полов над подвалами и подпольями:

между осями внутренних стен и от внутренней поверхности наружной стены, до оси внутренней стены в не угловых и угловых помещениях

Ширина и высота окон, дверей:

по наименьшим размерам в свету

В13Расчетные температуры наруж и внутре воздуха

За расчетную температуру наружного воздуха t н, °С, принимается не самая низкая средняя температура наиболее холодной пятидневки t 5 , °С, а ее значение с обеспеченностью 0,92.

Для получения этой величины выбирается наиболее холодная пятидневка в каждый год рассматриваемого отрезка п , лет (в СНиП 23-01-99* период с 1925-го по 1980-е годы). Выделенные значения температуры наиболее холодной пятидневки t 5 ранжируются в порядке убывания. Каждому значению присваивается номерт. Обеспеченность К об в общем случае вычисляется по формуле

В14Потери тепла с инфильтрующимся воздухом. Добавочные потери тепла. Удельная тепловая характеристика. n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху и определяемый по СНиП II-3-79**;

 – добавочные потери теплоты в долях от основных потерь, учитываемые:

а) для наружных вертикальных и наклонных ограждений, ориентированных на направления, откуда в январе дует ветер со скоростью, превышающей 4,5 м/с с повторяемостью не менее 15% (согласно СНиП 2.01.01.-82) в размере 0,05 при скорости ветра до 5 м/с и в размере 0,10 при скорости 5 м/с и более; при типовом проектировании добавочные потери следует учитывать в размере 0,10 для первого и второго этажей и 0,05 – для третьего этажа;

б) для наружных вертикальных и наклонных ограждений многоэтажных зданий в размере 0,20 для первого и второго этажей; 0,15 – для третьего; 0,10 – для четвёртого этажа зданий с числом этажей 16 и более; для 10-15-этажных зданий добавочные потери следует учитывать в размере 0,10 для первого и второго этажей и 0,05 – для третьего этажа.

Теплопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха

Потери тепла на нагрев инфильтрующегося воздуха Q в , кВт, рассчитываются для каждого отапливаемого помещения, имеющего одно или большее количество окон или балконных дверей в наружных стенах, исходя из необходимости обеспечения подогрева отопительными приборами наружного воздуха в объёме однократного воздухообмена в час по формуле

Q в =0,28 L инф*р*с( t в - t н )

удельная тепловая характеристика здания - это максимальный тепловой поток на отопление здания при разности температур внутренней и наружной среды в один градус Цельсия, отнесенный к 1 куб. м отапливаемого объема здания. Фактические удельные тепловые характеристики определяют по результатам испытаний или по результатам замеров фактического расхода тепловой энергии и т.д. Фактическая удельная тепловая характеристика при известных теплопотерях здания равна: q = (Qзд / (Vнар(tв - tн.p)), где Qзд - расчётные теплопотери всеми помещениями здания, Вт; Vнар - объём отапливаемого здания по внешнему обмеру, куб.м. ; tв - температура воздуха в помещении, С; tн.p - температура наружного воздуха, С."

В15Вредные выделения от людей солнечной радиации и др. быт источников

Определение тепловыделений. К основным видам тепловыделений относятся теплопоступления от людей, в результате перехода механической энергии в тепловую, от нагретого оборудования, от остывающих материалов и других предметов, ввозимых в производственное помещение, от источников освещения, от продуктов сгорания, от солнечной радиации и т. д.

Выделение теплоты людьми зависит от затрачиваемой ими энергии и температуры воздуха в помещении. Данные для мужчин приведены в табл. 2.3. Тепловыделения женщин составляют 85%, а детей - в среднем 75% от тепловыделений мужчин.

В16классификация систем отопления. Теплоносители

Система отопления (СО) представляет собой комплекс элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества теплоты в обогреваемые помещения. Каждая СО включает в себя три основных элемента (рис. 6.1): теплогенератор 1, служащий для получения теплоты и передачи её теплоносителю; система теплопроводов 2 для транспортировки по ним теплоносителя от теплогенератора к отопительным приборам; отопительные приборы 3, передающие теплоту от теплоносителя воздуху и ограждениям помещения 4.

В качестве теплогенератора для СО может служить отопительный котельный агрегат, в котором сжигается топливо, а выделяющаяся теплота передаётся теплоносителю, или любой другой теплообменный аппарат, использующий иной, чем в СО теплоноситель.

Требования к СО:

- санитарно-гигиенические – обеспечение требуемых соответствующими нормами температур воздуха в помещении и поверхностей наружных ограждений;

- экономические – обеспечение минимума приведенных затрат по сооружению и эксплуатации, минимальный расход металла;

- строительные – обеспечение соответствия архитектурно-планировочным и инструктивным решениям здания;

- монтажные – обеспечение монтажа индустриальными методами с максимальным использованием унифицированных узлов заводского изготовления при минимальном количестве типоразмеров;

- эксплуатационные – простота и удобство обслуживания, управления и ремонта, надёжность, безопасность и бесшумность действия;

- эстетические – хорошая сочетаемость с внутренней архитектурной отделкой помещения, минимальная площадь, занимаемая СО.

Инструкция

Теплота является суммарной кинетической энергией молекул тела, переход которой от одних молекул к другим или от одного тела к другому может осуществляться посредством трех типов передачи: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.

При теплопроводности тепловая энергия переходит от более нагретых частей тела к более холодным. Интенсивность ее передачи зависит от градиента температур , а именно от отношения разности температур, а также площади поперечного сечения и коэффициента теплопроводности . В таком случае формула для определения теплового потока q выглядит так:q = -kS(∆T/∆x), где:k - коэффициент теплопроводности материала;S – площадь поперечного сечения.

Эта формула называется законом теплопроводности Фурье, а знак минус в формуле указывает направление вектора теплового потока, который противоположен градиенту температуры. Согласно этому закону, понижению теплового потока можно добиться, уменьшив один из его составляющих. Например, можно воспользоваться материалом с другим коэффициентом теплопроводности, меньшим поперечным сечением или разностью температур.

Конвективный тепловой поток осуществляется в газообразных и жидких веществах. В этом случае говорят о передаче тепловой энергии от нагревателя к среде , которая зависит от совокупности факторов: размера и формы нагревающего элемента, скорости движения молекул, плотности и вязкости среды и пр. В этом случае применима формула Ньютона:q = hS(Tэ - Tср), где:h – коэффициент конвективного переноса, отражающий свойства нагреваемой среды;S – площадь поверхности нагревательного элемента;Tэ – температура нагревательного элемента;Tср – температура окружающей среды.

Тепловое излучение – метод передачи тепла, который являются разновидностью электромагнитного излучения . Величина теплового потока при такой теплопередаче подчиняется закону Стефана-Больцмана:q = σS(Ти^4 – Тср^4), где:σ – постоянная Стефана-Больцмана;S – площадь поверхности излучателя;Tи – температура излучателя;Тср – температура окружающей среды, поглощающей излучение.

Если поперечное сечение объекта имеет сложную форму, для вычисления его площади следует разбить его на участки простых форм. После этого появится возможность рассчитать площади этих участков по соответствующим формулам, а затем их сложить.

Инструкция

Разделите поперечное сечение объекта на области , имеющие формы треугольников, прямоугольников, квадратов, секторов, кругов, полукругов и четвертей кругов. Если в результате разделения будут получаться ромбы, разделите каждый из них на два треугольника, а если параллелограммы - на два треугольника и один прямоугольник . Измерьте размеры каждой из этих областей: стороны, радиусы. Все измерения осуществляйте в одинаковых единицах.

Прямоугольный треугольник можно представить в виде половины прямоугольника , разделенного надвое по диагонали. Для расчета площади такого треугольника умножьте друг на друга длины тех сторон, которые примыкают к прямому углу (они называются катетами), затем результат умножения поделите на два. Если же треугольник прямоугольным не является , для расчета его площади вначале проведите в нем из любого угла высоту. Он окажется разделенным на два разных треугольника, каждый из которых будет прямоугольным. Измерьте длины катетов каждого из них, а затем по результатам измерений вычислите их площади.

Чтобы вычислить площадь прямоугольника, умножьте друг на друга длины двух его примыкающих друг к другу сторон. У квадрата они равны, поэтому можно длину одной стороны умножить саму на себя, то есть, возвести ее в квадрат.

Для определения площади

Количество тепла, проходящее через данную поверхность в единицу времени, называется тепловым потоком Q , Вт .

Количество тепла, через единицу поверхности в единицу времени, называется плотностью теплового потока или удельным тепловым потоком и характеризует интенсивность теплообмена.

(9.4)

Плотность теплового потока q , направлена по нормали к изотермической поверхности в сторону, обратную градиенту температуры, т. е. в сторону уменьшения температуры.

Если известно распределение q по поверхности F , то полное количество тепла Q τ , прошедшее через эту поверхность за время τ , найдется по уравнению:

(9.5)

а тепловой поток:

(9.5")

Если величина q постоянна по рассматриваемой поверхности, то:

(9.5")

Закон Фурье

Этот закон устанавливает величину теплового потока при переносе тепла посредством теплопроводности. Французский ученый Ж. Б. Фурье в 1807 году установил, что плотность теплового потока через изотермическую поверхность пропорциональна градиенту температуры:

(9.6)

Знак минус в (9.6) указывает, что тепловой поток направлен в сторону, обратную градиенту температуры (см. рис. 9.1.).

Плотность теплового потока в произвольном направлении l представляет проекцию на это направление теплового потока в направлении нормали:

Коэффициент теплопроводности

Коэффициент λ , Вт/(м·К), в уравнении закона Фурье численно равен плотности теплового потока при падении температуры на один Кельвин (градус) на единицу длины. Коэффициент теплопроводности различных веществ зависит от их физических свойств. Для определённого тела величина коэффициента теплопроводности зависит от структуры тела, его объёмного веса, влажности, химического состава, давления, температуры. В технических расчётах величину λ берут из справочных таблиц, причём надо следить за тем, чтобы условия, для которых приведено в таблице значение коэффициента теплопроводности, соответствовали условиям рассчитываемой задачи.

Особенно сильно зависит коэффициент теплопроводности от температуры. Для большинства материалов, как показывает опыт, эта зависимость может быть выражена линейной формулой:

(9.7)

где λ o - коэффициент теплопроводности при 0 °С;

β - температурный коэффициент.

Коэффициент теплопроводности газов , а в особенности паров сильно зависит от давления. Численное значение коэффициента теплопроводности для различных веществ меняется в очень широких пределах - от 425 Вт/(м·К) у серебра, до величин порядка 0,01 Вт/(м·К) у газов. Это объясняется тем, что механизм передачи теплоты теплопроводностью в различных физических средах различен.

Металлы имеют наибольшее значение коэффициента теплопроводности. Теплопроводность металлов уменьшается с ростом температуры и резко снижается при наличии в них примесей и легирующих элементов. Так, теплопроводность чистой меди равна 390 Вт/(м·К), а меди со следами мышьяка - 140 Вт/(м·К). Теплопроводность чистого железа 70 Вт/(м·К), стали с 0,5 % углерода - 50 Вт/(м·К), легированной стали с 18 % хрома и 9 % никеля - только 16 Вт/(м·К).

Зависимость теплопроводности некоторых металлов от температуры показана на рис. 9.2.

Газы имеют невысокую теплопроводность (порядка 0,01...1 Вт/(м·К)), которая сильно возрастает с ростом температуры.

Теплопроводность жидкостей ухудшается с ростом температуры. Исключение составляют вода и глицерин . Вообще коэффициент теплопроводности капельных жидкостей (вода, масло, глицерин) выше, чем у газов, но ниже, чем у твердых тел и лежит в пределах от 0,1 до 0,7 Вт/(м·К).

Рис. 9.2. Влияние температуры на коэффициент теплопроводности металлов