ТЕОРИЯ ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТИ

Теория теплоустойчивости - раздел строительной теплофизики, в котором рассматривают вопросы периодических колебаний температур и тепловых потоков в ограждении и помещении. Основоположники теории теплоустойчивости — О.Е. Власов, Л.А. Семенов, СИ. Муромов и A.M. Шкловер. В трудах последнего теория теплоустойчивости получила наиболее полный вид. В основе подходов A.M. Шкловера к различным аспектам теплового режима ограждений и помещений при периодически тепловых воздействиях лежит решение дифференциованные уравнения теплопроводности для гармонических тепловых (температурных) волн. При рассмотрении теплоустойчивости сначала решается задача для однослойной однородной стенки, когда тепловая и температурная волны направлены от среды с одной ее стороны к поверхности на другую, со стороны которой температура среды постоянна. Ось х направлена навстречу температурной волне. При этом с возрастанием координаты увеличиваются амплитуды колебаний температуры, и решения получаются более простыми.
Одним из основополагающих положений теории теплоустойчивости является понятие коэффициента теплоусвоения поверхности ограждения Ух, впервые введенного в практику расчетов О.Е. Власовым. Для плоскости х коэффициент y есть отношение колебаний теплового потока к колебаниям температуры. С привлечением этого коэффициента выведены формулы для затухания и запаздывания температурной и тепловой волн в стенке. В результате для любого момента в любом сечении может быть определена температура. Решение для однослойной стенки применимо для решения многослойной. A.M. Шкловер предложил в каждом слое многослойной конструкции иметь свои координаты, то есть каждый стык между слоями считать началом отсчета координаты для следующего слоя. В результате задача распалась на ряд однослойных задач. Условия равенства температур и тепловых потоков на стыках слоев заменяют их отношениями, то есть коэффициент теплоусвоения. Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности 1-го слоя приравнивают к коэффициенту теплоусвоения внутренней поверхности теплого слоя. Таким образом, число уравнений граничных условий сократились в 2 раза, что упростило решение, а формулы этих решений для последующих слоев получили рекуррентный вид.
Инженерные (упрощеннные) решения уравнения теплопроводности связаны, во-первых, с принятой формой записи гармонически изменяющихся температурных или тепловых волн в виде косинусоиды, когда в качестве начальной фазы принимают время максимальное этой величины. Во-вторых, для получения инженерных решений векторные величины (коэффициент теплоусвоения, затухания и др.) описывают их модулями и аргументами. В таком виде операции умножения и деления векторов с гармониками довольно просты.
Полученные для гармонических воздействий решения применены к задачам негармонических периодических тепловых воздействий, часто встречающихся на практике. Негармоническое периодическое изменение температуры представляют в виде ряда Фурье и к каждой гармонике ряда применяют решение для гармонического воздействия, затем полученные результаты складывают, при этом реализуется принцип суперпозиции. Описанным способом получено решение задачи теплового режима ограждения при теплообмене со средой, в которую поступает прерывистая теплоподача (прерывистое тепловыделение). Теория теплоустойчивости ограждений позволила решить задачу теплоустойчивости помещения. Колебания тепловых потоков, проникающих в него, считаются источником тепловых волн, направленных изнутри. Влияние теплоустойчивости помещения приводит к сглаживанию колебаний температуры воздуха и на внутренней поверхности ограждений. Характеристиками теплоустойчивости помещения являются показатель теплоусвоения и показатель теплопоглощения помещения. Для отыскания колебаний температуры воздуха и внутренних поверхностей ограждений определяют теплоноступления при постоянной внутренней температуре, которые затем учитывают во взаимодействии с теплоаккумулирующей способностью помещения. Такой порядок расчета позволяет определять изменения температуры в виде суммы отдельных составляющих, формирующихся под воздействием различных источников поступления теплоты, что облегчает анализ вклада каждого источника и нагрузку на системы кондиционирования микроклимата. Подход к задаче о тепловом режиме помещения осуществлен с разной степенью детализации: на основе общего теплового баланса помещения; с раздельным учетом лучистой и конвективной природы тепловыделений; с рассмотрением взаимного облучения всех внутренних поверхностей помещения.
Теория теплоустойчивости широко применяют в проектной практике при выборе толщины теплоизоляционного слоя наружных ограждений в южных районах, при определении расчетной нагрузки на системы вентиляции и кондиционирования воздуха, при расчете теплового режима помещения для прерывистых режимов отопления и вентиляции.