Физико-технические основы проектирования зданий и сооружений

Граничные условия 2 рода задают тепловой поток, проходящий через поверхность его измененияво времени. Решение уравнения в этом случае сводится к определению функции t(x, y, z, τ), удовлетворяющейвнутри области основному уравнению, нормальная производная которой на границе принимаетзначение∂tIq= −∂nλ. (15)Граничные условия 3 рода задают линейное соотношение между производной и функцией:∂t= α( t − tср ∂n)λ . (16)Это граничное условие соответствует теплообмену тела со средой, температура которой t ср задана впространстве и во времени. Коэффициент α характеризует интенсивность теплового воздействия средысо стенкой. Граничные условия третьего рода наиболее широко применяются на практике при расчетахтеплопередачи через ограждающие конструкции.При теплопередаче в установившихся условиях, когда ∂t/∂τ = 0, начальные условия исключаются изначение имеют только пространственные.1.2 КОНВЕКТИВНАЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧАПри обмене тепла между поверхностью ограждения и воздухом передача тепловой энергии происходитконвекцией и теплопроводностью в газообразной среде. Это совместное действие конвекции итеплопроводности имеет название конвективного теплообмена. Количество тепла, передаваемого конвекцией,зависит от характера движения газообразной среды, ее плотности и температуры, состоянияповерхности ограждения, величины температурного перепада между воздухом и поверхностью и другихпеременных факторов. Поэтому изучение конвективного теплообмена ведется в основном экспериментально.При практических расчетах количество тепла, передаваемого при конвективном теплообмене междувоздухом и поверхностью, используется формула НьютонаQ к = αк( tв− tп)F , (17)где Q к – количество тепла, передаваемого в единицу времени, Вт; α к – коэффициент конвективной передачи,равный тепловому потоку, приходящемуся на единицу времени при разности температур междувоздухом и поверхностью в 1 °С, Вт/(м 2 ⋅°С); t в , t п – соответственно, температуры воздуха и поверхности,°С; F – площадь поверхности, м 2 .Сложность использования формулы (17) состоит в нахождении коэффициента α к . Для практическихрасчетов он принимается на основе экспериментальных данных по эмпирическим формулам.1.3 ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ИЗЛУЧЕНИЕМТеплопередача излучением – это теплообмен, происходящий между различно нагретыми поверхностямитвердых тел, разделенными лучепрозрачной средой, например, воздухом.Нагретое выше 0 К тело испускает лучистую энергию, которая, падая на окружающие тела, частичнопоглощается или нагревает их, частично отражается и частично проходит через тело. Если поверхностьтела поглощает всю падающую лучистую энергию и расходует ее только на повышение температурытела, то такое тело называется абсолютно черным. Если поверхность тела полностью отражаетлучистую энергию, то оно называется абсолютно белым. Поверхности всех реальных ограждений частичнопоглощают и частично отражают энергию. Такие тела называются серыми.Чем больше лучистого тепла поглощается телом, тем большее количество тепла оно и излучает.Максимальной излучательной способностью обладает в этой связи абсолютно черное тело. При этомколичество тепла, излучаемого единицей поверхности абсолютно черного тела, определяется закономСтефана-Больцмана:4⎡ Tи 0100 ⎥ ⎤Q = C ⎢ , (18)⎣ ⎦где Q и – количество излучаемого тепла, Вт/м 2 ; С 0 = 5,67 Вт/(м 2 ⋅°К 4 ) – коэффициент излучения поверхностиабсолютно черного тела; Т – температура поверхности, К.