α α α α

VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
«ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК»
645
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ СВЕТОПРОЗРАЧНЫХ
ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
Е.В. Петров
Научный руководитель: профессор, д.т.н. А.И. Гныря
Томский государственный архитектурно-строительный университет, Россия, г. Томск, пл. Соляная, 2, 634003
E-mail: [email protected]
DEFINITION OF RESISTANCE TO A HEAT TRANSFER OF TRANSPARENT
ENVELOPE BUILDINGS
E.V. Petrov
Scientific Supervisor: Prof. Dr. A.I. Gnyria
Tomsk State University of Architecture and Building, Russia, Tomsk, Solyanaya sq., 2, 634003
E-mail: [email protected]
This article discuses methods of calculation of resistance to a heat transfer of transparent envelope
buildings, taking into account various factors.
Процесс теплопередача через светопрозрачные ограждающие конструкции представляет собой
комбинацию различных способов теплопередачи: теплопроводности, конвективного теплообмена и
теплового излучения [1]. Все эти процессы протекают во времени одновременно и влияют друг на друга.
Используя нижеприведенную методику расчета сопротивления теплопередаче светопрозрачных
ограждающих конструкций можно учесть возможность использования стекол с низкоэмиссионными
теплоотражающими покрытиями, а также газов или смеси газов применяемых для заполнения
промежуточных пространств в стеклопакетах [2, 3]. Сопротивление теплопередаче светопрозрачной
части стеклопакета R, (м2оC)/Вт, можно определить по формуле (1):
R=
1
αн
+ Rt +
1
αв
,
(1)
где α н – коэффициент теплоотдачи с внешней стороны на поверхности стекла, Вт/(м2оC); Rt –
термическое сопротивление промежуточного пространства и слоев стекла, ограничивающих данное
пространство, (м2оC)/Вт; α в – коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны на поверхности стекла,
Вт/(м2оC); α в = α л + α к , где α л – теплоотдача посредством излучения, на поверхности обычного
стекла, Вт/(м2оC), α к – теплоотдача посредством конвекции, Вт/(м2оC).
Термическое сопротивление Rt определяется по выражению (2):
Rt = ∑
1
hs
+
d
,
(2)
r
где hs – теплопередача промежуточного пространства, Вт/(м2оC); d – слагаемое толщины стекол,
ограничивающих данное пространство, м; r – теплопроводность стекла, Вт/(моC).
Теплопередача промежуточного пространства, ограниченного слоями остекления можно определить
РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г.
ТЕХНОЛОГИЯ
VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
«ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК»
646
по формуле (3):
hs = hk + hl ,
(3)
где hk – теплопередача газа в промежуточном пространстве посредством конвекции; hl – теплопередача
посредством излучения в промежуточном пространстве.
Значения hk и hl можно рассчитать по формулам (4) и (5):
λ
hk = Nu ⋅ ,
L
1
hl = 4 ⋅ σ ⋅
1
ε1
+
1
ε2
(4)
3
⋅ Tm ,
(5)
−1
где Nu – число Нуссельта; λ – теплопроводность газа в промежуточном пространстве, Вт/моC; L – ширина
промежуточного пространства, м; σ – постоянная Стефана-Больцмана; Tm – средняя температура
промежуточного пространства, оК; ε1, ε2 – значения излучательной способности поверхностей стекол.
В таблице 1 приведены значения теплопередачи посредством излучения hl для промежуточного
пространства однокамерного стеклопакета в случае, когда одно стекло имеет на своей поверхности
теплоотражающее покрытие с различной степенью черноты, а другое стекло без покрытия. Значения hl
приведены при средней температуре промежуточного пространства 10оС (283 оК).
Таблица 1.
Значения hl в зависимости от степени излучательной способности ε1 одного из стекол однокамерного
стеклопакета
ε1
0,05
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
hl, Вт/(м2оC)
0,25
0,50
0,99
1,46
1,91
2,35
2,77
3,17
3,57
Как видно из таблицы, применение низкоэмиссионных теплотражающих покрытий с низкой
степенью излучательной способности λ1 ведет к существенному снижению величины теплопередачи
посредством излучения hl в промежуточном пространстве стеклопакета.
Значения чисел Nu, Gr и Pr определяются исходя из выражений (6) – (8):
n
Nu = A ⋅ (Gr ⋅ PR ) ,
Gr =
(6)
3
2
9,81 ⋅ L ⋅ ∆T ⋅ ρ
,
2
Tm ⋅ µ
Pr =
µ ⋅c
λ
(7)
,
(8)
где А – коэффициент, зависящий от расположения окна; n – экспоненциальная постоянная, зависящая от
расположения окна; ΔТ – разница температур на поверхности стекол в промежуточном пространстве, оС;
ρ – плотность газа в промежуточном пространстве, кг/м3; µ – динамическая вязкость газа в
промежуточном пространстве; с – теплоемкость газа в промежуточном пространстве, Дж/(кг ∙К).
РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г.
ТЕХНОЛОГИЯ
VII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
«ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК»
647
На основе формулы (3), определив теплопередачу промежуточного пространства hs, ограниченного
слоями
остекления,
можно
определить
термическое
сопротивление
воздушного
промежутка
однокамерного стеклопакета при различных его толщинах.
Одним из путей влияния на теплообмен в межстекольном пространстве является заполнение его
различными газами, которые имеют иные теплофизические свойства, чем воздух, воздействуя на
конвективную составляющую теплообмена в прослойке. Для уменьшения конвекции в настоящее время
используют метод замены воздуха на инертные газы, такие как аргон, криптон. Замена воздуха аргоном
позволяет увеличить термическое сопротивление прослойки до 10% по сравнению с воздушным
заполнением.
В том случае, когда промежуточное пространство стеклопакета заполняется более плотным, по
сравнению с воздухом газом, потери тепла, происходящие за счет конвекции в межстекольном
пространстве, снижаются. Теплопроводность, плотность, динамическая вязкость и теплоемкость газов
оказывают влияние на термическое сопротивление газовой прослойки. Конвективные процессы в
прослойке меняются в зависимости от собственной температуры газов и ширины промежуточного
пространства.
Аргон наиболее распространенный и часто используемый газ для заполнения межстекольного
пространства стеклопакетов. Криптон – это реже встречающийся и более дорогой по сравнению с
аргоном инертный газ. Использование криптона улучшает теплоизолирующую способность стеклопакета
в большей степени, чем аргон. Для заполнения промежуточного пространства стеклопакетов можно
использовать также газовые смеси.
Следует отметить, что применение низкоэмиссионного теплоотражающего покрытия эффективно
одновременно с применением заполнения межстекольного пространства инертными газами. Так,
например, применение только лишь одного аргона в однокамерном стеклопакете ведет к повышению
сопротивления газового промежутка до 10% по сравнению с воздушным промежутком. В тоже время
применение аргонового заполнения одновременно с теплоотражающим покрытием ведет уже к
повышению сопротивления газового промежутка до 30%.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. СНиП II–3–79*. Строительная теплотехника / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2001. – 29 с.
2. Стеклостроитель. – Лахти: Enterpress Oy, 1997. – 60 c.
3. Гныря А.И., Петров Е.В., Терехов В.И., Низовцев М.И. Термические сопротивления заполнений
оконных блоков // Известия ВУЗов. Строительство. – 1998. – № 11 – 12. – С. 90 – 94.
РОССИЯ, ТОМСК, 20 – 23 АПРЕЛЯ 2010 г.
ТЕХНОЛОГИЯ