Теоретические сведения для расчета

 

Расчет оконных проемов, стеклопакетов представляет собой расчет теплообмена естественной конвекцией в узких глухих каналах (рис. 6.2).

Среднюю плотность теплового потока q между поверхностями (стеклами), разделенными прослойкой газа толщиной δ, рассчитывают аналогично случаю переноса теплоты теплопроводностью через плоскую стенку.

Рис. 6.2. Распределение температуры по толщине стеклопакета:

q — средняя плотность теплового потока; t _c1 — температура на внутренней стенке внутреннего стекла стеклопакета; t ₁ — температура на наружной стенке внутреннего стекла стеклопакета; t₂ — температура на внутренней стенке наружного стекла стеклопакета; t _c2 — температура на наружной стенке наружного стекла стеклопакета; δ _c1— толщина внутреннего стекла; δ _c2 — толщина наружного стекла; δ _c3 — толщина прослойки газа в межстекольном пространстве

 

Стекло рассматривают как многослойную стенку. Плотность теплового потока q через такую стенку определяется по следующей формуле:

q = (t _cl — t _с2) , (6.1)

где t _c1, t _c2— большая и меньшая температуры стекол, °С; λ _э — коэффициент, эквивалентный теплопроводности и учитывающий конвективный перенос теплоты, Вт/(м · К); δ _з — толщина зазора между стеклами, м.

При Gr ·Рr (критерии Грасгофа и Прандтля соответственно) < 10³ естественную конвекцию можно не учитывать, считая, что λ _эравен коэффициенту теплопроводности среды в зазоре (λ _ж).

Если Gr ·Рr ≥ 10³, значение λ _э становится много больше, чем λ _ж, и его рассчитывают по формуле

λ _э = К · λ _ж, (6.2)

где К — поправка на конвекцию, определяемая зависимостью

К = 0, 18 (Gr ·Pr) ^{0, 25}. 6.3)

Критерий Грасгофа вычисляют следующим образом:

Gr = gβ (t _c – t _ж) , (6.4)

где g — ускорение свободного падения, равное 9, 8 м/с²; β — коэффициент объемного расширения среды в зазоре, К^-1; l — определяющий характерный размер, м; t _c, t _ж — температуры стенки и среды в зазоре соответственно, °С; v — кинематический коэффициент вязкости среды в зазоре, м²/с.

Коэффициент объемного расширения среды в зазоре равен

β = . (6.5)

За l принимается толщина зазора между стеклами

l = δ _з. (6.6)

Критерий Прандтля

Рr = , (6.7)

где r — плотность среды в зазоре, кг/м³; с — коэффициент теплоемкости среды в зазоре, кДж/кг · К).

Число Прандтля состоит из величин, характеризующих теплофизические свойства вещества, и является теплофизической константой. Значения Рr приводятся в специальных таблицах.

Определяющей будет средняя температура между стеклами , которую в первом приближении можно принять равной температуре внутри и снаружи здания

. (6.8)

Если остекление многослойное, то термическое сопротивление стенки рассчитывается как сумма термических сопротивлений отдельных слоев, а средняя плотность теплового потока, проходящего через нее, вычисляется по формуле

q = . (6.9)

Соответственно, тепловой поток равен

Q = . (6.10)

где F_ст — площадь стенки.