ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ И ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА ОГРАЖДЕНИЙ ДОМОВ ПОВЫШЕННОЙ ЭТАЖНОСТИ

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ЧЕРЕЗ ОСТЕКЛЕНИЯ ОКНА И ВОЗДУШНУЮ ПРОСЛОЙКУ

Тепловые потоки рассчитаны по формулам (3) и (4) для всех шести уровней расположения термопар по вы­соте поверхностей остекления и по средним значениям температур и коэффициентов конвективного теплообмена поверхностей. Во втором случае в качестве высоты взято среднее значение (0,38 м), а средние значения остальных показателей определены по формуле типа (1). Таким об­разом, для каждой серии экспериментов на ЭВМ рас­считаны 7 локальных значений величин, входящих в формулу (5), а всего по всем сериям испытаний (см. табл. 30 и рис. 27) получено 98 значений.

При расчете конвективного теплового потока по фор­муле (3) перепады температур выбраны следующие: для поверхности 1—-ti—Tn для поверхности 2—TB.П—Тг; для поверхности 3—из—и для поверхности 4—TB—Т4.

При расчете лучистого теплового потока по формуле (4) выбраны температуры: для поверхности /6i=ti, 02 = =Тсх; для поверхностей 2 и 3 01=тз, 02=Т2 и для по­верхности 4 01=т4, 02=Тст. Средние значения тепловых потоков и термических сопротивлений по высоте поверх­ностей остеклений приведены в табл. 31, характер изме­нения локальных значений совершенно аналогичен.

Теплообмен с наружной и внутренней поверхностей (/ и 4) окна (см. табл. 31) формируется в основном за счет конвекции, а на поверхностях 2 и 3 в воздушной прослой­ке решающую роль играет лучистый теплообмен. Так, на­пример, для герметичной воздушной прослойки (серия 16, Тз—'12 = 6,5° С) доля лучистого теплообмена составля­ет 70% общего теплообмена, а эквивалентная теплопро-

4— термическое сопротивление определяли по наружному остеклению, X —то же, по внутреннему; при эксфильтрации; А — термическое сопротивление оп - р еделяли ло внутреннему остеклению, О — то же по наружному

Л*

30

0 — по уравнению (14); а — то же (12); 6 — тоже (13); Re=I; 2 — Re-Loo­'S — Re = 1000 1

} Условные обозначения см. табл. 28.

Водность Яокр = 0.216Вт/(м-Ю. По обобщенным данным К. Ф Фокина [45, табл. 9], для вертикальной воздушной прослойки при Дт=5°С и толщине 0.05 м доля лvчиcтoгo теплообмена составляет 72%, Я,;жв = 0,259 Вт/См-К), а при толшине 0.01 м соответственно 60 и 0,062. Аналогичные данные при других режимах имеют примерно такое же соотношение. Следовательно, полученные эксперимен­тальные данные достаточно хорошо согласуются с изве­стными в литературе.

Для герметичной воздушной прослойки (серия Та, б) суммарные тепловые потоки с поверхностей остеклений и термические сопротивления воздушной прослойки име­ют достаточно близкие друг другу значения. При темпе­ратуре яоздуха в воздушной прослойке /BII=29JCC Щъ г—0,22 м-К/Вт, а при ^В. П=49,9°С #в. п=0,19 мХ ХК/Вт, что вполне соответствует известным данным [241.

При сквозной и направленной инфильтрации тепло­вые потоки через наружное остекление будут меньшими, чем через внутреннее, причем эта разница возрастает по мере повышения скорости потока и расхода воздуха. При всех видах экссЬильтрации, наоборот, тепловые потоки через внутреннее остекление имеют меньшие значения, чем через наружное. При этом наблюдается симметрия в распределении их значений в зависимости от расхода воздуха. Такая разница в тепловых потоках в основном объясняется фильтрационным переносом и потерей теп­ла на нагрев поступающего в прослойку воздуха. Вслед-

А

Ствие этого аналогичный характер распределения имеет и термическое сопротивление: при инфильтрации по на­ружному остеклению его значения высокие, по внутрен­нему— низкие, а при эксфильтрацип — наоборот. Во всех случаях высокие значения термического сопротивления (так же как и низкие) имеют одинаковые порядок вели­чин и характер изменения в зависимости от расхода воз­духа. На рис. 29 показано распределение средних значе­ний термического сопротивления в зависимости от рас­хода воздуха1. Указанный факт отмечается в различных источниках, в частности канд. техн. наук Э. М. Литин- ским [20].

Таким образом, теплоизолирующая способность воз­душной прослойки в окнах главным образом зависит от направления движения фильтрующего потока. За кри­терий теплозащитного качества окна в целом целесооб­разно принимать термическое сопротивление, определя­емое при инфильтрации через внутреннее остекление.

Так как изменение термического сопротивления при эксфильтрацип через наружное остекление имеет сход­ный характер с изменением того же показателя для вну­треннего остекления при инфильтрации, то при статисти­ческой обработке данных на ЭВМ последние объединяли. В результате получена следующая критериальная зави­симость:

Г>1 л пак Don.108 Do—1М45 , .„ 0,045.

«Бл" 0,065 Rao' Ra (у/8) >

А =0,0308; Р = 1,9%. (9)

Обработке подвергнуты также значения термическо­го сопротивления по наружному остеклению при инфиль­трации и по внутреннему при эксфильтраций, имеющие сходный характер. В результате

4П = 0,044 Ra0'15W^/6)0'009;

Ст = 0,0347; Р = 1,6%. (10)

Кроме того, отдельно для герметичной воздушной прослойки окна получена зависимость

<N = 0,6Ra-0-1»(у/в)-°'«в; а = 0,0123; Р = 1,6%. (11)

1 Здесь экспериментальные данные не имеют четко выраженно­го характера, так как они зависят от расходов воздуха, температур и температурных перепадов поверхностей остекления. Влияние по­следних существенно и будет, как видно, приводить к определенным зависимостям.

При расчете чисел Релся за определяющий размер принята толщина воздушной прослойки 6 = 0,041 м, пере­пад температур вычислен как т3—т2, а определяющей температурой была средняя температура поверхностей прослойки 0,5(Т2 + т3). Остальные теплофизические ха­рактеристики воздуха рассчитаны по аналитическим зависимостям, составленным в соответствии с табл. II-3 [25J. В экспериментах числа Релея и Рейнольдса изменя­лись в пределах; 3-103<Ra^4-104; 9s^Re^l500, а без­размерный симплекс: 0,85^ [у/Ь) ^ 17,68.

Среднеинтегральные по высоте значения Rn. п сущест­венно не изменяют параметры уравнений (9) — (11) и, следовательно, изменение термического сопротивления по выеоте воздушной прослойки не имеет характерных осо­бенностей. Поэтому дальнейший анализ этих уравнений ведется при среднем значении у, Ъ = 9,268:

TOC o "1-3" h z ^n = 0,072Ra°'108Re-0'045; (12)

RBn= 0,045 Ra0,152 Re0,041; (13)

Tf°>n = C,523Ra-°'m. (14)

Как видно, термическое сопротивление воздушной про­слойки зависит от двух основных факторов: чисел Ре­лея Ra, отражающих влияние температурных воздейст­вий, и чисел Рейнольдса Re, характеризующих степень фильтрации воздуха. Термическое сопротивление герме­тичной воздушной прослойки (рис. 30, кривая О) с уве­личением перепада температур понижается, но находится в сопоставимых пределах с известными данными. Однако при фильтрации воздуха термическое сопротивление по­вышается с увеличением как перепада температур, так и количества фильтрующего воздуха (см. рис. 30, кривые А. б). Для более детального анализа этого явления рас­смотрим уравнения (12) — (14) при условии, что опреде­ляющая температура / = 0'С:

<п = 0,35лЛ1П8бп'324 С-°'045; (15)

Р2ВЛ =1,18 ДЛ152 60'456 0°Л041;

<П = 0,065 Д^0'П16-0'333. №

На рис. 31 эти уравнения при 6 = 0,041 м представле­ны графически, вменение термического сопротивления воздушной прослойки в зависимости от количества филь­трующего воздуха вполне закономерно и согласуется с данными Э. М. Литинского [20]. RlBa определяемое че­рез внутреннее остекление при инсЬилырации и через на­ружное— при эксфильграиии, убывает. Однако в прак­тических случаях GCT = 0,04 кг/(м2-с) [144 кг/(м2Х Хч)], как видно из рис. 31, величина не может

Быть меньше, чем на 28% первоначального значения. Термическое сопротивление, определяемое через наруж­ное остекление при инфильтрации и через внутреннее—• при эксфильтрацип, наоборот, возрастает с увеличением количества фильтрующего воздуха.

Обобщая полученные данные, можно сказать, что при оценке теплозащитных качеств окон с двойным остекле­нием термическое сопротивление воздушной прослойки следует определять при инфильтрации по критериально­му уравнению (12), а при экефнльтрацпи по уравнению (13). На рис. 31 показаны значения термического сопро­тивления воздушной прослойки при ее толщине 6 = = 0,041 м.

Экспериментальные данные, приведенные в настоя­щей главе, были статистически обработаны также в виде функциональной зависимости:

= (18)

Где ЯЭкв = ^б/А/ — эквивалентная теплолооводность воздушной

Прослойки; KQ — теплопроводность воздуха, обусловленная тотько теплопроводностью.

При этом установлена возможность перехода от этой зависимости к формулам (9) — (11) путем арифметичес­ких расчетов, а результаты выражаются в виде кривых термических сопротивлений воздушной прослойки, что болььте отвечает поставленной в книге задаче. Поэтому при расчете термических сопротивлений воздушной про­слойки с толщиной б окончательный результат необходи­мо умножать на коэффициент т — 0,041/6.

Пример расчета. Требуется определить термическое сопротивление воздушной прослойки окна высотой 2 ж с двойным остеклением, 6 = 0,03 м. Температура на на­ружной поверхности остекленпя со стороны воздушной прослойки равна —2° С, на внутренней — плюс 3°С. Рас­ход воздуха при сквозной инфильтрации составляет 0.005 кг/(м2-с) [18 кг/ (м2-ч) ].

Определяющая температура равна t=^0.5C—2 —{-3) = = 0,5е С; A^ = 3-f2^5°C. Ё соответствии с табл. П. З [25] параметры воздуха следующие: у= 1,291 кг/м3; v = = 13.32-Ю-6 м2/с; Рг-= 0,707.

FigV At 9,81 (П,03)35-0,707 Ra = Gr. Pr = — -—Рг = —! - а W = 1.93-104;

V2 273,5 (13,32)210~12

Сст/ 0,005.1,5-Ю6

Re = - --------- 1 --------- 582.

Yv 1,291-13,32

Термическое сопротивление воздушной прослойки ок­на при сквэзной инфильтрации по формуле (12) составит

RlBn = 0.072 (1,93.104)0Л08582-°'045 = 0,157 м2.К/Вт;

При эксфильтрацип с тем же расходом воздуха термичес­кое сопротивление воздушной прослойки по формуле (13) равно

<п = 0,045 (1,93.104)0 Л52582°'041 = 0 262 м2-К/*.

Если предположить, что рассматриваемая воздуш­ная прослойка герметична, то по формуле (14) полу­чим

R°B п = 0,523(1,93-Ю4)-0,111 = 0,175 м2.К'Вт.

Таким образом, при инфильтрации с достаточно умеренным расходом воздуха термическое сопротивле­ние воздушной прослойки окна понижается на 10,3%.

Исследования показали, что на теплозащитные ка­чества оконных заполнений значительное влияние ока­зывает фильтрация воздуха. Результаты исследований позволяют количественно оценить ее роль и теплотех­нические расчеты окон проводить с учетом этой филь­трации,