Теплообмен между параллельными поверхностями воздушных пространств с учетом многократного отражения и поглощения лучистого теплового потока

Рассмотрим теплообмен лучистого теплового потока между поверхностями воздушного пространства толщиной 2,3 и 5 см в стационарных условиях при многократном отражении и поглощении с учетом работ [16, 17, 66, 107].

По «величине многократного поглощения и отражения

падающего лучистого теплового потока между поверхностями воздушного пространства определим величину результирующего теплового потока излучением. При этом принимаем, что температура поверхностей т_1воз._пр> Т2воз.п. Последовательное поглощение и отражение падающего теплового потока излучением между поверхностями, наглядно представлено в таблице 4.3 и на рисунке 4.3 [184].

Из рисунка и таблицы видно, что лучистый тепловой поток от первой поверхности многократно отражается и поглощается поверхностями воздушного пространства и в конечном итоге диффузно отражается от второй поверхности обратно к первой поверхности. Приведенный процесс лучистого теплообмена после шестикратного отражения и поглощения позволяют составить уравнение теплового баланса. Тогда результирующий тепловой поток излучением между двумя поверхностями ррез.из будет равен разности падающего теплового потока

Q∏ад.из и отраженного теплового потока[66] и уравнение

может быть представлено в следующем виде [184]:

Рисунок 4.3 - Схема передачи теплоты излучением при отражении и поглощении теплового потока

или

Термическое сопротивление воздушного пространства можно будет определить по следующей формуле [184]

где Q_κ-τ- передача теплоты конвекцией и теплопроводностью находится по формуле (4.12)» [184].

Проведем определение термического сопротивления воздушных прослоек в несколько этапов.

Таблица 4.3 - Затухание лучистого теплового потока в воздушном пространстве

[66, 184]

Теплотехнический расчет воздушного пространства толщиной 5 см при многократном отражении и поглощении

1.В соответствии с Приложением 3 термическое сопротивление воздушного пространства равняется 0,14 (м²°С)/Вт, коэффициенты излучения на поверхности гипсокартона 4,14 Вт/(м²К⁴) и пенополистирола 4,9 Вт/(м²К⁴), величина температурного перепада.

Количество теплоты, передаваемое конвекцией и теплопроводностью Q_ki- = 3,84 Вт/м².

Результирующий тепловой поток излучением определим по формуле (4.15)

составит:

159

Термическое сопротивление замкнутого воздушного пространства определим по формуле (4.16)

2. Проведем повторный пересчет многослойной стены с R0 = 2,133 (м² °С)/Вт и термическим сопротивлением воздушного пространства 0,21 (м² °С)/Вт. При определении температуры на поверхностях воздушного пространства по формуле (4.13) величина температурного перепада составит

- 11,32 = 4,7 °С.

По формуле (4.15) определим результирующий тепловой поток излучением, когда одна из поверхностей выполнена из отражательной теплоизоляции из алюминиевой фольги с коэффициентом излучения 0,5 Вт/(м^{2 0}С⁴)

Количество теплоты, передаваемое конвекцией и теплопроводность, определенная по формуле (4.12)

Термическое сопротивление воздушного пространства, определенное по формуле (4.16)

3.

(4.13) величина температурного перепада составит

- 6,02 = 10,54 °С.

Результирующий тепловой поток, передаваемый излучением, определим по формуле (4.15)

По формуле (4.12) определим передачу теплоты конвекцией и теплопроводностью

Термическое сопротивление замкнутого воздушного пространства, определенное по формуле (4.16)

4. Проведем пересчет многослойной стены с R0 = 2,4 (м² °С)/Вт и термическим сопротивлением воздушного пространства 0,48 (м² °С)/Вт. При определении температуры на поверхности воздушного пространства по формуле (4.13) величина температурного перепада составит АТвоз.пр = Т1воз.пр - Т2воз.п = 16,46 - 6,92 = 9,54 °С.

Результирующий тепловой поток, передаваемый излучением, определим по формуле (4.15)

По формуле (4.12) определим передачу теплоты конвекцией и теплопроводностью

Термическое сопротивление воздушного пространства, определенное по

формуле (4.16)

Аналогичные расчеты термического сопротивления были проведены для воздушных пространств толщиной 2см, 3 см, 4 см, 10 см при наличии отражательной теплоизоляции на одной из поверхностей с учетом многократного отражения и поглощения теплового потока.

162

Таблица 4.4 - Термическое сопротивление воздушных пространств различной толщины в конструкции кирпичной стены толщиной 0,51 м с обшивкой из гипсокартонных листов толщиной 13 мм, воздушного пространства и слоем утеплителя из ПСБ толщиной 0,04 м с отражательной теплоизоляцией при температуре внутреннего воздуха ⅛ =20 ^оС и

наружного воздуха t_H= -28 ^оС при многократном отражении лучистого теплового потока

163

Таблица 4.4 - Продолжение

В таблицах 4.3 и 4.4 приведены результаты расчета термического сопротивления воздушных пространств без учета многократного лучистого отражения и поглощения теплового потока и с учетом многократного лучистого отражения и поглощения. Так для воздушного пространства толщиной 2 см при ^^воз.пр = 0,14 (м² °С)/Вт величина температурного перепада составила 3,25 °С.

Таким образом, на основе последовательного расчета многослойной стены с воздушными пространствами различной толщины с одной из поверхностей, состоящей из отражательной теплоизоляции из алюминиевой фольги С = 0,5 Вт/(м²К⁴) и другой поверхностью из гипсокартона С = 4,14 Вт/( м²К⁴) с учетом последовательного отражения и поглощения лучистого теплового потока термическое сопротивление воздушных пространств при толщине 2 см составило 0,4 (м²°С)/Вт, при толщине 3 см - 0,44 (м²°С)/Вт и при толщине 5 см - 0,5 (м²°С)/Вт [38].

Необходимо отметить, что полученные теоретическим расчетом теплозащитные свойства воздушных пространств с отражательной теплоизоляцией из алюминиевой фольги подтверждаются рядом экспериментальных исследований, представленных в главе 5.

Из приведенных данных видно, что определение термического сопротивления при многократном отражении и поглощении лучистого теплового потока учитывает теплофизические процессы, происходящие между параллельными поверхностями, что позволяет получить оптимальные значения термических сопротивлений воздушных пространств. Однако, влияние многократного отражения-поглощения лучистого теплового потока на

термическое сопротивление воздушных пространств незначительно (таблица 4.5). Поэтому при проведении инженерных расчетов процесс многократного отражения-поглощения допускается не учитывать.

Таблица 4.5 - Результаты определения термических сопротивлений

воздушных прослоек расчетным путем

Таким образом, предложенный расчетный метод определения термического сопротивления воздушных пространств позволяет учитывать коэффициенты излучения их поверхностей. Проведенный анализ результатов теплотехнических исследований установил, что воздушные прослойки с отражательной теплоизоляцией из алюминиевой фольги увеличивают термическое сопротивление в три раза по сравнению с термическим сопротивлением, приведенным в СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника» 1986.

4.3