ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ И ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА ОГРАЖДЕНИЙ ДОМОВ ПОВЫШЕННОЙ ЭТАЖНОСТИ

ТЕПЛОВОЗДУШНЫЙ РЕЖИМ И ТЕПЛООБМЕН ПОВЕРХНОСТЕЙ ОСТЕКЛЕНИЙ

Расчеты скоростей потоков и расходов воздуха (табл. 29) при различных видах фильтрации через остекления показали, что средний удельный расход воздуха, приве­денный к единице площади поверхности остекления, из­меняется в достаточно широких пределах, характерных для натурных условий. Расход воздуха, измеренный по двум коллекторам, имеет некоторый разброс (до 5%). При этом необходимо учесть, что для крупноразмерных моделей (как и для конструкций натурных размеров), в которых формы движения воздушных потоков сложны, очень трудно добиться точного баланса количества вхо­дящего и выходящего воздуха, и полученная точность вполне удовлетворительна.

Температуры по высоте поверхностей остеклений, по данным термопар и скорректированные расшифровкой интерферрограмм (рис. 27), показали их хорошую сходи­мость, и лишь в некоторых случаях есть расхождения примерно на 1,2° С. Изменения температур T-в, TЦ и T-в ■ п за пределами пограничных слоев определены по интерфер­рограммам. На рис. 28 показаны некоторые из интерфер­рограмм температурных полей исследуемой зоны окон­ного заполнения, а в табл. 30 — изменения коэффициен­тов конвективной теплоотдачи по высоте всех четырех

Поверхностей остеклений. Общий анализ рис. 27, 28 и данных табл. 30 показывает следующее.

В формировании температурных полей и условий теплообмена при всех режимах отчетливо сказыва­ется влияние отопительного прибора, находящегося в подоконной части теплой камеры. Это влияние резко воз­растает с увеличением перепада температур At=tB—tH.

При герметичной воздушной прослойке (серия I) теп­лообмен в исследуемой зоне окна развивается в условиях свободной конвекции. Развитие пограничных слоев на наружной поверхности (1) и поверхностях межстеколь­ного пространства (2 и 3) имеет ламинарный характер, а на внутренней поверхности 4 — турбулентный вихре­вой характер, у этой поверхности, кроме того, повышена интенсивность конвективного теплообмена. Порядок ве­личин и характер изменения коэффициентов соответству­ют характеру конвективного теплообмена и согласуются с имеющимися данными других исследований и лите­ратурных источников.

При сквозной инфильтрации воздуха через верхние и нижние щели картина теплообмена меняется, интенсив­ность конвективного теплообмена повышается в целом и особенно резко в районе сквозных щелей. При малых скоростях потока воздуха (серия На) влияние инфиль­трации для средней части воздушной прослойки сказы­вается слабо, но с увеличением скорости картина стано­вится более четкой: теплообмен на поверхности внут­реннего остекления (3) развивается усиленно, а на поверхности 2 ослабляется (см. табл. 30). Это объясня­ется тем, что при увеличении скорости потока воздуш­ная масса сверху и снизу более активно проходит в центральную часть прослойки, происходит «торможе­ние» встречных потоков, отражение воздушных масс в сторону внутренней поверхности (2) наружного остек­ления. В результате на этой поверхности коэффициенты конвективного теплообмена занижены (серия 116, табл. 30).

При направленной инфильтрации, т. е. при движении холодного воздуха в прослойке сверху вниз, картина теп­лообмена имеет еще более четкий, но своеобразный ха­рактер. Своеобразность заключается в том, что холодный воздух, проникая через верхнюю щель наружного остек­ления, устремляется вниз, настилаясь вдоль наружной поверхности (3) внутреннего остекления, и резко увели-

16 — = 35,4° С • tB = 59,ГС; На — <н = 27,2°С, = 33.8°С, расход воздух в G = 0,01 кг/(м2-с); Ille - Ffi = 25,4°С, = 32,9^С, GCT= 0,037; IV — tH = =СТ41 6°С, tB =>= 46,7°С, Gct = 0,024; Va - <н = 29,5°С, ' tB = 35.5°С, GCT = ^о. иоб; IB = 32.6UC, GCT = 0.005

Чивает теплоотдачу этой поверхности. Конвективный теп­лообмен с противоположной поверхности (2) слабее, чем с остальных поверхностей, и еще более ослабляет­ся с возрастанием скорости воздушного потока в про­слойке (см. рис. 27.III, а,б, в). Такое положение, по-ви - димому, связано с образованием в наружных слоях воз­душной прослойки кольцеобразных (ячеистых) застой­ных зон из-за больших скоростей и срывов настилающе­гося воздушного потока у поверхности 3. Это подтверж­дается характером формирования пограничных слоев у поверхностей воздушной прослойки (см. рис. 28.1П, в). При малой толщине пограничного слоя у поверхности 3 коэффициенты теплообмена увеличиваются и, следова­тельно, возрастают тепловые потоки через внутреннее остекление.

Таким образом, в общем теплообмене окна с двойным остеклением при инфильтрации воздуха активную роль играет зона внутреннего остекления, точнее теплообмен в пограничных слоях внутреннего остекления. Очевидно, тепловые потоки, проходящие через внутреннее остекле­ние, соответствуют теплопотерям помещения через за­полнение оконного проема и должны определять его теп­лозащитные свойства.

В связи с этим необходимо отметить характер изме­нения температуры воздуха при инфильтрации по сред­ней вертикальной плоскости воздушной прослойки. Эта температура по своим значениям ближе температурам внутренней поверхности (2) наружного остекления, чем к температурам наружной поверхности (3) внутреннего остекления, т. е. активные изменения температуры возду­ха в прослойке происходят в районе внутреннего остекле­ния, что опять подтверждает вышеуказанное обстоя­тельство. Кроме того, при направленной инфильтрации инфильтрирующий воздух прогревается. Прогрев особен­но большой при малых расходах и скоростях потока. При больших скоростях инфильтрирующего воздуха эф­фект прогрева незначителен.

При исследовании влияния эксфильтрации воздуха на теплотехнический режим окна были рассмотрены три случая: сквозная эксфильтрация, направленная эксфиль - трация с движением воздуха сверху вниз по воздушной прослойке и направленная эксфильтрация с движением воздуха снизу вверх. Все случаи показали, что картина теплообмена в воздушной прослойке имеет полностью
обратный инфильтрации характер (см. рис. 27, 28 и табл. 30).

В случае сквозной зксфильграции при малых скоро­стях потока воздух верхней части объема теплой камеры имеет повышенную температуру из-за скопления нагре­того воздуха, идущего снизу от нагревателей (серия IVa). Это сильно сказывается на формировании температурных полей остекления и воздушной прослойки. По мере уве­личения скорости потока температура воздуха в теплой камере становится более равномерной и температурные поля па остеклениях приобретают хзракторнып вид. Осо­бенностью сквозной эксфильтрация является образова­ние в воздушной прослойке по высоте отдельных цирку­ляционных зон, неустойчивых по своей форме. Вследст­вие этого и формирование пограничных слоев носит не­устойчивый характер, что чрезвычайно затрудняет рас­чет теплообменных характеристик на поверхностях. Ко­эффициенты конвективного теплообмена определены статистическим анализом по нескольким интгрферограм - мам, полученным путем многократных фотосъемок одно­го и того же процесса.

При направленной эксфильтрацип картина конвек­тивного теплообмена более устойчивая, четче проявляет­ся влияние отопительного прибора в подоконной части, но характер изменения температур сохраняется таким же, как и при сквозной эксфильтрацип,

Исследование конвективного теплообмена при напра­вленной эксфильтрацип с движением воздуха через ниж­нюю щель внутреннего остекления вверх по воздушной прослойке с удалением воздуха через верхнюю щель на­ружного остекления проведено пр:. малой скорости воз­душного потока (серия VI). Попытка рассматривать этот процесс при больших скоростях потока никаких резуль­татов не дала, так как температурный режим воздушной прослойки становится близким к равновесному состоянию вследствие прямого попадания нагретою воздуха от ото­пительного прибора непосредственно в воздушную про­слойку. Полученные результаты при малых скоростях дают четкую картину изменения температур. Характер изменения существенно не отличается от температурно­го режима при других видах эксфильтрацип

Анализ результатов определения коэффициентов кон­вективного теплообмена и температурного режима остек­лений при эксфильтрацип показывает, что в противопо­
ложность инфильтрации решающую роль в общем теп­лообмене двойного остекления, хотя и в меньшей сте­пени, играет зона наружного остекления, точнее тепло­обмен в пограничных слоях наружного остекления. Это обстоятельство подтверждается и относительным распо­ложением кривой изменения температуры воздуха по средней вертикальной плоскости воздушной прослойки (особенно при малых скоростях потока воздуха) (рис. 27). Поэтому теплозащитные свойства окон с двойным остеклением при эксфильтрации следует определять по тепловым потокам через наружное остекление. Из расче­тов, выполненных в следующем разделе, будет видно, что между теплотехническими показателями остеклений, рассчитанными при инфильтрации и эксфильтрации, су­ществуют определенные, симметричные зависимости.

В целом анализ данных рис. 27, 28 и табл. 30 свиде­тельствует о взаимосвязи и закономерностях изменения результатов экспериментов всех серий.