Бетон: расчет коэффициента теплоусвоения

Для обсуждения дальнейших расчетов нам потребуются несколько новых терминов. Во-первых, это термическое сопротивление – способность тела (его поверхности или слоя) препятствовать распространению теплового движения молекул, т.е. препятствовать распространению тепла. Численно равно разности температур среды и стенки, необходимой для передачи тепла в количестве 1 Вт/м2 через стенку.

Второй термин – коэффициент теплоусвоения, который характеризует способность материала воспринимать тепло при периодических колебаниях температуры на его поверхности.

Термическое сопротивление определяют по формуле:

Rt = (T2 – T1)/P,

где T2 – температура среды, T1 – температура стенки, P – тепловой поток, протекающий через стенку. Для практических целей полезна следующая формула:

Rt = σ/λ,

где σ – толщина материала, λ – коэффициент теплопроводности материала.

Коэффициент теплоусвоения вычисляют по следующей формуле:

S = (2πλCmV/T)0,5,

где T – период температурных колебаний, λ – коэффициент теплопроводности материала, С – удельная теплоемкость материала, mV – объемная масса материала.

Через коэффициент теплоусвоения и термическое сопротивление определяют массивность ограждения:

D = S·Rt.

Последний термин является широкоиспользуемым в строительстве.

Приведем несколько примеров, связанных с расчетами теплоизолирующих характеристик бетонов.

Допустим, что у нас температура наружной поверхности бетонной стены T1 = ‑20оC, а внутренней – T2 = +20оС. Толщина стены σ = 40 см и известно, что через 1м2 поверхности стены за t=1 мин проходит 1 ккал тепла. Определим коэффициент теплопроводности λ материала стены.

Количество тепла Q, проходящего через стенку за время t вычисляется по формуле:

Q = λSt(T2 – T1)/σ,

откуда

λ = Qσ/((T2 – T1)St)

где S – площадь стены. Расчет сделаем в единицах СИ:

λ = 4,2·1000·0,4/(40·1·60) Вт/м·оС = 0,7 Вт/м·К

В следующем примере рассчитаем величину коэффициента теплоусвоения S шлакобетона при суточном колебании температуры. Для шлакобетона примем следующие значения параметров:

λ = 0,6 ккал/м·ч·оС = 0,6·1,161 Вт/м·К = 0,7 Вт/м·К,

Т = 24 ч = 86400 с, mV = 1600 кг/м3,

С = 0,2 ккал/кг·оС = 0,2·4190 Дж/кг·K = 838 Дж/кг·K,

подставляя эти данные в формулу для коэффициента теплоусвоения S, получим:

S = 8,3 Вт/м2·K

В следующем примере определим коэффициент теплоусвоения, термическое сопротивление и массивность бетонного ограждения, толщина которого σ = 40 см, объемная масса бетона mV = 2,2 г/см3, коэффициент теплопроводности λ = 1 ккал/м·ч·оС, T = 24 ч, C = 0,22 ккал/кг·оС.

Первым шагом переведем все значения параметров в единицы СИ:

σ = 0,4 м; mV = 2200 кг/м3; λ = 1,16 Вт/м·K

Т = 86400 с; C = 922 Дж/кг·K

Далее, подставив данные в формулу для коэффициента теплоусвоения, получим:

S = 10,5 Вт/м2·K

Для термического сопротивления:

R = σ/λ = 0,216 м2·оС/Вт

И, окончательно, массивность ограждения:

D = SR = 2,28.

Массивность ограждения выражается в безразмерных единицах – чем больше значение массивности, тем более эффективным является теплосбережение. Как правило, пористые бетоны обладают более высокими значениями массивности ограждения.

Комментарии закрыты.