Приложение В (справочное). Теплообмен на поверхностях ограждения и определение

Приложение В
(справочное)

Теплообмен на поверхностях ограждения и определение

В.1 Общие положения

Теплопередача на поверхностях ограждения осуществляется как радиационным, так и конвективным теплообменом и формируется различными факторами внутренней и наружной сред, взаимодействующих с испытуемым ограждением (поверхностей помещения и предметов, находящихся в нем объектов наружной среды, включающих в себя открытое небо, поверхность земли, соседние строения, деревья и пр., скорость и направление ветра и т.д.).

В.2 Уравнение теплового баланса

Если известна радиационная температура на поверхности ограждения, то в расчете используют следующее уравнение теплового баланса:

, (В.1)

где q - плотность теплового потока, приходящая на поверхность, ;

- среднее значение радиационной температуры, наблюдаемой на поверхности, °С или К;

- температура воздуха вблизи поверхности, °С;

- температура поверхности, °С;

E - излучение от поверхности открытого неба (безразмерная величина);

- коэффициент радиационного теплообмена, ;

- коэффициент конвективного теплообмена, .

Данное уравнение правомерно для теплового потока, направленного к поверхности или выходящего от нее, при условии, что значение q принято положительным, если тепловой поток направлен внутрь поверхности на теплой стороне фрагмента, и отрицательным - если тепловой поток выходит из холодной поверхности.

- значение равно примерно , где - постоянная Стефана-Больцмана:

[] и результирующая температура , объединяет рассматриваемые коэффициенты и излучения всех поверхностей ограждений и сред. Если температуру окружающей среды определяют из уравнения

, (В.2)

где - сопротивление теплообмена поверхности, то это уравнение эквивалентно уравнению (В.1) при

, (В.3)

. (В.4)

В.3 Температура окружающей среды и значения

Уравнение (В.3), таким образом, определяет температуру окружающей среды, которая правильно указывает тепловой поток, направленный к поверхности. Тем не менее имеются следующие затруднения:

а) температура не наблюдается непосредственно;

б) температура не является постоянной для ограниченного пространства.

В.3.1 Определение температуры

Температура , полученная из уравнения (В.3), является теоретической температурой и не может быть измерена непосредственно. Ее можно рассчитать по уравнению (В.3), если все величины известны; но практически с любой степенью точности можно определить только значение .

Достаточное приближение температуры к значению, полученному в результате испытаний, можно получить непосредственным измерением с помощью соответствующего экранированного термометра, но значение конвективного коэффициента менее достоверно. Обычно принимают значение, равное , для конвекции у вертикальных поверхностей, но можно ожидать различных значений возле подогревателей или вблизи окон, поверхность которых не является плоской. Проблемой является также место измерения температуры .

Е - сложная функция излучающей способности рассматриваемых коэффициентов, хотя во многих практических случаях можно принять значение 0,9. Температура неудобна для измерения. Следует отметить, что эта температура не является средней температурой излучения в одной точке, а является средней радиационной температурой, наблюдаемой на изучаемой поверхности, т.е. она состоит из температур всех поверхностей, за исключением поверхности испытуемого фрагмента ограждения.

В.3.2 Колебания температуры

Даже если температуру можно определить в какой-нибудь точке, например, в точке, прилегающей к фрагменту в испытуемом положении, ясно, что она не будет постоянной для всего испытуемого фрагмента. Обогреваемая комната обычно будет иметь вертикальный температурный градиент, так что значение будет меняться по высоте; различные точки испытуемого фрагмента будут иметь разные предполагаемые коэффициенты для различных излучающих поверхностей, следовательно, значение обычно также не будет постоянным по всему испытываемому фрагменту ограждения. Как указано выше, значения и будут часто меняться в зависимости от положения фрагмента.

В.3.3 Определение значения

Для определения значения используют различные меняющиеся температуры:

а) температуру воздуха;

б) значение результирующей или комфортной температуры, которая является средним значением усредненной радиационной температуры и температуры воздуха. Следует отметить, что эта усредненная температура излучения не является температурой , как указано выше, поскольку она включает в себя температуру всех поверхностей;

в) температуру окружающей среды. Это ближайшая к температура, но ее трудно измерить, как установлено выше, и обычно она определяется по усредненной температуре излучения центра замкнутого пространства вместо температуры .

В результате значение , измеренное в натурных условиях, может не соответствовать значению используемому при расчетах потерь тепла, если в этих двух случаях имеют место различные температуры.

В.4 Условия для измерения значений

Если во время измерения , то на не влияют значения и , и температура воздуха является приемлемой заменой. Однако проблема в том, что сопротивление теплообмену поверхности равно . Эта величина имеет тенденцию изменяться по поверхности испытуемого фрагмента ограждения. Это изменение означает, что

а) измеренное значение будет изменяться по поверхности испытуемого фрагмента ограждения, даже если этот фрагмент остается неизменным, т.е. имеет постоянное значение термического сопротивления R;

б) измеренное значение зависит от условий измерения и не является функцией только самого элемента.

В.5 Наружные поверхности

При отсутствии солнечной радиации подобный подход можно применять к наружным поверхностям. Обычно, поскольку скорость ветра значительно превышает , температуру воздуха можно использовать в расчетах при сплошной облачности.

При ясном небе значения действительной радиационной температуры может быть значительно менее температуры воздуха. Особенно это относится к температуре крыш.

Солнечное излучение на поверхности не определяют воздушным температурным датчиком, и это может вызывать очень большие погрешности при измерениях значений .

Обеих проблем (низкой радиационной температуры и солнечного излучения) можно избежать, экранируя наружную поверхность ограждения.

Измерение температуры поверхности ограждения затруднительно также при значительном солнечном облучении поверхности, т.к. температурный датчик должен иметь подобную лучепоглощающую способность для обоих видов радиации - солнечной и тепловой длинноволновой.