Требования к изоляционным конструкциям, касающееся обеспечения их экономичности. Выбор оптимального коэффициента теплопередачи изолированного ограждения.

Изоляционная конструкция должна быть экономичной. Это не значит быть просто дешевой,

хотя последнее и имеет большое значение из-за высокой доли стоимости изоляции в сумме общих

затрат на холодильное сооружение. Через наружные ограждения в охлаждаемые помещения во

многих случаях поступает не менее половины всех теплопритоков. Уменьшить проникновение

теплоты через ограждение можно, как известно, увеличением толщины слоя теплоизоляционного

материала. Однако неразумно увеличивать ее беспредельно. При некоторой толщине ограждения

или, что то же, при некотором коэффициенте теплопередачи приведенные затраты на ограждение

окажутся минимальными, что позволяет найти значение оптимального коэффициента

теплопередачи, соответствующего этому минимуму.

Если обозначить через Зпр сумму приведенных годовых затрат в руб., отнесенных к 1 м3

изолированного ограждения, то она будет равна

Зnp = S + EнK, (3.19)

где 5 - годовые эксплуатационные затраты; К — капитальные затраты на изоляционную

конструкцию; Ен — нормативный коэффициент эффективности капитальных затрат.

Эксплуатационные затраты, связанные с теплоизоляционными конструкциями, S = А + Е + U, где

А - амортизационные отчисления от стоимости изоляции; Е - энергетические затраты на покрытие

теплопритоков через изоляцию; U — стоимость продуктов, потерянных из-за усушки, вызванной

проникновением теплоты через изолированное ограждение. Все члены зависимости (3.19)

являются функцией от толщины теплоизоляционного слоя 6ИЗ или от коэффициента

теплопередачи ограждения kн. Причем члены, связанные с капитальными затратами (А + ЕнК),

возрастают с увеличением δиз (или с уменьшением kн), а затраты энергии и потери от усушки

имеют противоположную тенденцию.

.Оптимальная толщина изоляции, соответствующая минимальным приведенным затратам, может

быть найдена, если приравнять нулю производную Зпр по δиз, т. е. dЗnp/d δиз = 0, что дает

возможность найти.(δиз)опт или kн опт. Определение kн. опт может быть проведено и графически, как

это показано на рис. 3.10. Нужно сказать, что кривая Зпр — f (kн) имеет довольно пологий

(расплывчатый) минимум, вследствие чего существенные отклонения от kн опт (на 20—30%)

приводят к отклонению от Зпр мин не более чем на 5—10%. СНиП 105—74 установлены

нормативные значения kн для наружных стен охлаждаемых помещений (табл. 3.6), несколько

большие, чем оптимальные.__

Для помещений с различной температурой надо

создавать ограждения с одинаково экономичной изоляцией. Это может быть обеспечено тогда,

когда через каждое наружное ограждение независимо от температуры внутри помещения будет

проходить тепловой поток с одинаковой плотностью. Для камер холодильников данным,

приведенным в табл. 3.6, соответствует оптимальная плотность теплового потока 10—12 Вт/м2.

Для транспортных и мелких установок это значение может быть повышено до 16— 18 Вт/м2. При

низких температурах (до —100° С) численное значение оптимального теплового потока

повышается, достигая для небольших установок 20 Вт/м2.

Коэффициенты теплопередачи покрытий охлаждаемых помещений с отрицательными

температурами принимаются меньше, чем наружных стен, на 7—10%, а для помещений с

положительными температурами - на 15 - 25%, учитывая заметное увеличение теплового потока

от действия солнечной радиации.

 

Билет №31 Теплоустойчивость ограждений. Теплоусвоение и массивность ограждения.

Теплоустойчивость есть свойство ограждения сохранять относительное постоянство температуры на внутренней поверхности при колебаниях плотности теплового потока. В холодильных сооружениях допустимые колебания температуры на внутренней поверхности пока не нормируются, но надо полагать, что они не должны быть больше допускаемых колебаний температуры внутри охлаждаемых помещений, т. е. ±0,5 К.

Обычно рассмотрение свойства теплоустойчивости ограждений ведут, предполагая, что колебания температуры наружного воздуха являются простыми гармоническими колебаниями. Если происходит синусоидальное изменение наружной температуры tн то плотность теплового потока q через ограждение будет изменяться также по синусоиде и с тем же периодом Т часов (рис. 3.8). Средняя плотность теплового потока qm = ((tн)m - tпм)где (tн)m — среднее значение наружной температуры за период времени Т.

Поскольку амплитуда колебаний плотности теплового потока Аq, то изменение плотности теплового потока происходит от qm — Аq до qm + Аq. Изменение температуры наружной поверхности ограждения от среднего значения (t’н)m при амплитуде A’t будет осуществляться с тем же периодом Т, но запаздывать по времени на r часов.

Для однородной стенки (рис. 3.9) величина отклонения температуры t в любом сечении х ограждения от средней температуры tmx в этом же сечении в момент времени τ составляет для затухающих гармонических колебаний
Θx = tx - tmx = A't exp { - x [w/(2a)]0,5} cos {wτ - x [w/(2a)]0,5} (3.15) где w = 2п/Т — частота колебаний; а — коэффициент температуропроводности материала ограждения.

Рис. 3.8. Гармонические колебания теплового потока, проходящего через ограждение, и температуры наружной поверхности ограждения

коэффициентом теплоусвоения поверхности ограждения [Вт/(м2-К)], т. е. s = Aq/A’t или s=(2πλcρоб/T) 0,5.
Коэффициент теплоусвоения представляет собой максимальное изменение плотности теплового потока, вызывающее колебания температуры на поверхности в 1 К. Для ограждения из однородного материала, при достаточной толщине стенки, теплоусвоение оказывается физической характеристикой стенки и оценивается коэффициентом теплоусвоения материала. Он также характеризует способность материала более или менее воспринимать теплоту при колебаниях температуры на его поверхности.

ν = exp((δ/λ)(2πλcρo6/T)0,5/20,5], или ν = exp(Rs/20,5). (3.17)
Теперь в показатель степени входит произведение термического сопротивления слоя материала на коэффициент теплоусвоения этого материала. Эту безразмерную величину D = Rs называют характеристикой тепловой инерции (массивности) ограждения, выполненного из данного материала. Как видно из выражения (3.17), она является мерой интенсивности затухания колебаний температуры внутри однородного ограждения.

Ограждение считается легким, если D < 4, средним — при

D — 4-7 и массивным — при D > 7.

 

Билет № 33 Требования к изоляционным конструкциям, касающихся обеспечения необходимого перепада между температурой поверхности и температурой окружающего воздуха. Определение коэффициента теплопередачи ограждения из условия не выпадения влаги на поверхность. Определение толщины слоя теплоизоляции.

 

Изоляционная конструкция ограждения должна обеспечить необходимый перепад между температурой поверхности и температурой окружающего воздуха. Этот температурный перепад определяется или технологическими требованиями, или необходимостью воспрепятствовать конденсации влаги на поверхности ограждения.

Для стационарного теплового потока, если задана разность температур в охлаждаемом помещении t'пм - tпm коэффициент теплопередачи ограждения равен
 k = αпм(t'пм - tпm)/ (tн - tпm) (3.20)

В действительности, тепловой поток нестационарен из-за колебаний температуры tн, что будет вызывать, в свою очередь, колебания температуры поверхностей t'н и t'пм - Амплитуда колебаний этих температур зависит от массивности ограждений. Для учета нестационарности режима в уравнение (3.20) вводится множитель 1/m, характеризующий массивность ограждений. Тогда уравнение для коэффициента теплопередачи примет окончательный вид

k = αпм (t'пм - tпм)/(tн - tпм) m]. (3.20a)
Для массивных ограждений m = 1,00; для ограждений средней массивности m = 1,10; для легких ограждений m — 1,15.
Чтобы не допустить конденсацию пара из воздуха на поверхности ограждения, разделяющего два помещения с температурами t1 и t2 (пусть t1 > t2), нужно, чтобы температура поверхности t'1 была выше температуры точки росы tpl воздуха в помещении 1 при его влажности φ1 т. е.
t'1> tpl (3.21)
Тогда k = α1 (t1 — t'1)/(t1 — t2) m или k < α1 (t1 — tpl)/(t1— t2)m. С учетом коэффициента запаса, обеспечивающего выполнение неравенства (3.21), коэффициент теплопередачи ограждения
 k = 0,95 α1 (t1 — tpl)/(t1— t2)m (3.22)
По условию недопущения конденсации пара на поверхности, обращенной в теплое помещение, должен определяться коэффициент теплопередачи внутренних помещений (перегородок, междуэтажных перекрытий). Нормативные значения коэффициентов теплопередачи внутренних ограждений приведены в табл. 3.8.

На недопущение конденсации влаги па поверхности стены со стороны камеры приходится проверять в некоторых случаях и наружные ограждения камер с отрицательными температурами при летних расчетных условиях и камер с положительными температурами при зимних расчетных условиях. При расчете коэффициента теплопередачи принимаются значения коэффициентов теплоотдачи αпм, равные 6—7 Вт/(м2-К).

где, Σ(δi/λi) — сумма термических сопротивлений всех слоев ограждения, кроме слоя теплоизоляционного материала; δиз и λиз — толщина слоя и коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала в конструкции ограждения.
Из формулы (3.23) находится выражение для определения толщины слоя δиз (м) теплоизоляционного материала

δиз = λиз (1/k - (1/αн+ Σ(δi/λi) + 1/ αпм)) (3.24)
Действительная толщина теплоизоляционного слоя при применении штучных материалов получается округлением найденного размера до величины, кратной стандартной толщине выпускаемых изделий. Теплоизоляцию следует выполнять по меньшей мере из двух слоев плит или блоков для того, чтобы при производстве теплоизоляционных работ можно было перекрывать швы (стыки) первого слоя материала плитами или блоками второго слоя.
Условиям недопущения конденсации пара из воздуха на наружной поверхности должна отвечать также изоляция аппаратов и холодных трубопроводов. Во избежание образования влаги на поверхности.

Билет №34 Требования к изоляционным конструкциям, касающихся обеспечения непрерывности слоя тепло- и пароизоляции. Расчет теплоизоляции тепловых мостиков. Этажерочные строительные конструкции, сборные панельные конструкции и конструкции типа «сэндвич».