Поверхность стены, термического сопротивления и температуры поверхности контакта кирпича и теплоизоляционного материала

Цель работы: научиться определять количества тепла, проходимое через поверхность стены, термическое сопротивление и температуры поверхности контакта кирпича и теплоизоляционного материала

Теоретическая часть

Теплопроводность в значительной мере зависит от величины пористости, размера и характера пор. У пористых материалов тепловой поток проходит через твердый «каркас» материала и воздушной ячейки. Теплопроводность воздуха очень низкая ─ 0,023 ВТ/(м•^оС), а вещества, из которых построен твердый каркас материала, имеют значительно большую теплопроводность. Мелкопористые материалы и материалы с замкнутыми порами обладают меньшей теплопроводностью, чем крупнопористые материалы и материалы с сообщающимися порами. Это связано с тем, что в крупных и сообщающихся порах усиливаются перенос теплоты конвекцией, что и повышает суммарную теплопроводность.

Теплопроводность материалов учитывается при теплотехнических расчетах толщины стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при определении требуемой толщины тепловой изоляции горячих поверхностей и холодильников. Она связана с термическим сопротивлением слоя материала R (м²•С/Вт), которое определяется по формуле:

R=h/λ, (1)

где h ─ толщина слоя, см, м; λ ─ теплопроводность слоя материала, Вт/ м²•С.

В таблице 1 приведены значения теплопроводности некоторых строительных материалов в воздушно-сухом состоянии.

Таблица 1 – Теплопродность некоторых строительных материалов

Наименование материала	Теплопровод-ность слоя материала, Вт/ м2•С	Наименование материала	Теплопроводность слоя материала, Вт/ м2•С
Керамический кирпич с технологическими пустотами	0,8	Бетон тяжелый	3,0
Бетон легкий	0,58	Древесноволокнистые плиты	0,08
Пенобетон	0,15	Фибролит	0,14

В таблице 2 для представлены необходимые данные для расчетов различных вариантов.

Таблица 2 – Варианты для расчета количества тепла, температуры поверхности контакта кирпича и теплоизоляционного материал и термического сопротивления

Вари-ант	Материал	d кирпича, см	t1, оС	t2, оС	λ1, Вт/(м•оС)	d1, см
	Керамический кирпич с технологическими пустотами		-28		0,7	2,6
	Бетон легкий		-27		0,71	2,4
	Пенобетон		-26		0,72	2,3
	Бетон тяжелый		-25		0,73	2,7
	Древесноволокнистые плиты		-24		0,74	2,8
	Фибролит		-23		0,75	2,9
	Бетон легкий		-27		0,71	2,34
	Керамический кирпич с технологическими пустотами		-27		0,65	2,63
	Пенобетон		-25		0,71	2,3
	Бетон тяжелый		-25		0,72	2,7
	Древесноволокнистые плиты		-23		0,73	2,8
	Фибролит		-23		0,74	2,88
	Керамический кирпич с технологическими пустотами		-27		0,75	2,34
	Бетон легкий		-27		0,71	2,64
	Пенобетон		-25		0,65	2,22
	Бетон тяжелый		-24		0,73	2,3
	Древесноволокнистые плиты		-25		0,72	2,7
	Фибролит		-23		0,73	2,8
	Бетон легкий		-23		0,74	2,88
	Пенобетон		-27		0,75	2,34
	Бетон тяжелый		-27		0,71	2,64
	Древесноволокнистые плиты		-25		0,65	2,22
	Фибролит		-27		0,75	2,34
	Бетон легкий		-27		0,71	2,64
	Пенобетон		-25		0,65	2,22

•Практическая часть

В качестве примера сделаем расчет для нулевого варианта.

На первом этапе расчетов для определения количества тепла через кирпичную стену воспользуемся формулой:

Q =λ[(t₂-t₁)/d]τ•S (2)

Условия задачи для нулевого варианта (таблица 2):

Наружная сторона кирпичной стены толщиной d=64 см имеет температуру t₁ = -28^оС, внутренняя t₂ ─ +22^оС (таблица 2). Какое количество тепла проходит через 1 м² поверхности стены за 1 час, если теплопроводность кирпича λ=0,8 Вт/(м•^оС) (таблица 1). Внимание, при расчетах сокращения не допускаются.

Q=λ[(t₂-t₁)/d]τ•S=0,8[(22-(-28))/0,64]3600•1=225000 Дж=225 кДж.

1. Q=225 кДж

На втором этапе расчетов необходимо определить температуру поверхности контакта кирпича и теплоизоляционного материала, если известно, что теплопроводность теплоизоляционного материала λ₁=0,7 Вт/(м•^оС), а толщина d₁=2,6 определяется по формуле:

Q₁=λ₁[(t₂-t_х)/d]τ•S= 0,7 [(22-х)/2,6]3600•1=2520[(22-х)/2,6].

Так как Q=Q₁, то 225=2520[(22-х)/2,6] или 585=2520(22-х).

0,232=22-х; отсюда х=22-0,232=21,68.

2. t_х (температура поверхности контакта кирпича и теплоизоляционного материала)= 21,68^оС.

На третьем этапе расчетов сначала рассчитываем R=h/λ для кирпича,

R_кирп.=64/0,8=80 (м²•^оС/Вт)

3. R_кирп.=80 (м²•^оС/Вт),

а затем для теплоизоляционного материала

R_{теплоиз.}=2,6/0,7=3,714 (м²•^оС/Вт)

4. R_{теплоиз.}= 3,714 (м²•^оС/Вт)

На четвертом этапе все полученные расчетные данные (подчеркнутые) согласно своего варианта вносим в таблицу 3.

Таблица 3 – Расчетные данные нулевого варианта

1. Q, кДж	2. tх (температура поверхности контакта кирпича и теплоизоляционного материала), оС	3. Rкирп., (м2•оС/Вт),	Rтеплоиз. (м2•оС/Вт)
	21,68		3,714

Вопросы для защиты практического занятия №4

1. От чего в значительной мере зависит теплопроводность?

2. Как проходит тепловой поток?

3. У кого очень низкая теплопроводность?

4. Какие материалы обладают меньшей теплопроводностью и с чем это связано?

5. Что такое термическое сопротивление?

6. Что определяется на первом этапе расчетов, написать формулу?

7. Что определяется на втором этапе расчетов, написать формулу?

8. Что определяется на третьем этапе расчетов, написать формулу?

9. Что определяется на четвертом этапе расчетов, написать формулу?

10. Что определяется на пятом этапе расчетов