книги / Светопрозрачные конструкции. (Результаты исследований)
.pdf
|
W' = |
= Ea - L = EBaB- L + £ HKa„K- y - , |
|
где |
l —толщина стекла в м\ |
||
|
Ев— радиация в видимой области спектра; |
||
|
Еик— радиация |
в инфракрасной области спектра. |
|
|
Количество |
прошедшего через слой радиационного |
|
тепла |
|
|
|
|
|
Еup |
Ex — Евтв -)- Еякхяк. |
Исходя из вышеизложенного, количество радиацион но-конвективного тепла, поступающего в помещение че рез однослойное остекление как от лучистого тепла, по глощенного стеклом, так и от перепада температур в те чение одного часа, может быть определено на основе решения следующей задачи.
Математическая формулировка задачи
|
dx* |
|
W = |
const= |
; |
(3) |
||
|
|
|
|
|
l |
|
|
|
граничные условия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
<4) |
|
x( |
- |
s |
|
~ |
L |
<5> |
|
решение дифференциального уравнения |
имеет вид |
|||||||
|
|
|
|
|
/ /* |
& |
) , 4- |
|
(*)" |
2 |
|
1 |
|
1 |
I |
||
|
|
W f Kl |
Ун |
YB |
|
|
|
|
|
t B |
, l 2 \ |
/ |
1 |
|
|
||
|
YB |
Yfl \ YB |
2 |
/ |
\ YiB |
Л. |
(6) |
|
|
|
_ 1_ |
1 |
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
YH |
YB + |
JA |
|
|
|
|
где |
y„— коэффициент теплоотдачи в ккал/м2• чХ |
|||||||
|
Хград-, |
|
|
|
|
|
|
|
|
ув— коэффициент тепловосприятия в ккал/м2Х |
|||||||
|
Хч-град; |
|
|
|
|
стекла в |
||
X— коэффициент |
теплопроводности |
|||||||
|
ккал/м ■ч • град; |
|
|
|
|
|
11—960 |
161 |
/н и /в— соответственно |
температура |
наружного |
|||||
|
и внутреннего воздуха в °С; |
наружной и |
|||||
^н.пи ^в.п— соответственно |
температура |
||||||
При х=0 |
внутренней поверхности стекла в °С. |
||||||
U |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
YH , YHl |
||||
|
+ W YB |
|
|
w + ~ |
|||
^(*=0) |
1- YH , |
YH |
|
(7) |
|||
|
|
|
|
||||
при X—l |
|
|
YB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
te -in + W |
i < |
) |
/ |
|||
|
|
|
|
( |
|||
‘(*=0 |
2 |
|
X + - L + J - |
|
T + |
||
|
|
|
YH |
YB |
* |
|
|
+ |
^Г+ ц ( ц + |
2 ) + '“ ( V. + |
T ) |
(8) |
|||
|
- |
+ |
- |
+ f |
|
|
|
|
YH |
|
YB |
Л |
|
|
|
Интенсивность теплового потока, проходящего через плиту в плоскости х=1, определяется из выражения
О)
Продифференцировав выражение (8) и подставляя в (9), окончательно получим
Первый член правой части уравнения (10) представ ляет собой теплопоступления за счет перепада темпера тур внутреннего и наружного воздуха qAt, а второй
член — теплопоступление за счет лучистого тепла, по глощенного остеклением qp.
По условию поставленной задачи нас интересует как суммарное теплопоступление, так и тепловая энергия, приходящаяся на видимую часть спектра солнечной ра диации.
162
Тепловая энергия, приходящаяся на видимую часть спектра:
9в = Евтв.
Суммарная тепловая энергия может быть выражена в виде
Ъ = |
+ |
Яиктик + , |
Ь |
t |
+ |
|
|
YH |
+ ~~Г |
|
|
|
|
YB |
Л |
|
|
+ (Елafl + |
-I -+ -L |
t • |
(11) |
||
Еикa j - Уп |
х 21 |
Ун Ув
Таким образом получены все члены, определяющие значения коэффициента эффективности в формуле (1):
|
|
_ ЯвК _ £икТИк . |
|
( 12) |
|
|
Я в |
|
|
|
|
|
|
|
|
- t B |
Ун |
2Л |
|
|
— |
+ (£'в а в + Е п Ов) Х " |
--------- |
(13) |
*2 = |
До |
£*RT>R |
До |
|
|
|
|
|
Анализ выражения К\ показывает, что оно опреде ляется спектральным пропусканием остекления. Отноше ние ЕШ:,ЕВ для суммарной радиации является посто янной величиной.
Коэффициент Кг определяется как спектральным про пусканием и поглощением материала, так и сопротивле нием теплопередаче конструкции.
Определение количества тепла, проходящего через двухслойную светопрозрачную конструкцию с воздуш ной прослойкой, производится аналогичным методом.
Воздушная прослойка заменяется предполагаемым материальным слоем с эквивалентными свойствами. При этом двухслойное светопрозрачное ограждение приводит ся к эквивалентно трехслойному, где в первом и треть ем слоях имеются источники тепла.
Для расчета двухслойной конструкции принята сле дующая схема теплопередачи (см. рис. 2,6). Количество тепла, поглощенного первым слоем:
и * |
163 |
|
VF0B= |
EttfZi (1 -f- |
]; |
||
|
|
|
|
V |
l — P i P s / |
IP7 |
|
OB |
— |
^ |
|
WB — |
|
|
)• |
||
|
|
|
|
|
|
Количество |
тепла, поглощенного вторым слоем |
стекла:
где р1( ра — коэффициенты отражения первого и второго слоев;
Tlt т2— коэффициенты пропускания первого и второ го слоев.
Интенсивность прошедшего радиационного тепла: в видимой части спектра
PIB Рав \ .
1 — PIB Ргв /
в инфракрасной части спектра
Интенсивность отраженного радиационного тепла
Математическая формулировка задачи. Дана трех слойная пластина с толщинами слоев 1г, I2, h и коэффи
циентами теплопроводности соответственно |
Я2, Х3. |
Температура у наружной поверхности плиты х —1 равна t„, а у внутренней поверхности х= 0 температура tB.
В слое 1 действует равномерно распределенный пос тоянный источник тепла мощностью а во втором —
МОЩНОСТЬЮ И7Сн-
Требуется определить распределение температуры и количество тепла, поступающего внутрь помещения че рез внутреннюю поверхность трехслойной пластины:
(14)
164
|
d % — 0 |
/j 4 x |
li 4 /2; |
(15) |
|
|
dx2 |
|
|
|
|
dH. |
4 W„ — 0 |
l x 4 |
l 24 |
x ■< l x 4 /2 4 13, |
(16) |
dx2 |
|
|
|
|
|
Граничные условия |
|
|
|
|
|
|
|
(^i)= |
к &); |
(17) |
|
|
|
|
|
|
(18) |
^2 (^i + 4) — |
(^i+ 4); |
|
(19) |
||||
л2 № |
|
= л, ( ^ |
|
|
|
( ) |
|
2 l <*•* 1х=1,+1г |
|
\ dx |
x=h+h |
20 |
|||
|
|
||||||
K { ~ ] |
|
= YB(^.n — Q; |
|
(21) |
|||
\ Д* /x=o |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(22) |
Решения дифференциальных уравнений |
(14) — (16) |
||||||
имеют вид: |
П7в |
|
|
|
|
|
|
U |
V2 |
А±х 4 |
А2; |
(23) |
|||
|
х2 4 |
||||||
к = Вгх -f В2; |
|
|
|
(24) |
|||
и |
1Г„ х24 |
Схх 4 |
С2 |
(25) |
|||
Коэффициенты Ль Л2; Вй |
В2; |
Cf, |
С2 определяются |
||||
из граничных условий |
(17) — (22) |
и имеют вид: |
|||||
|
|
|
|
|
Л1 |
|
1\ |
Ai = '.-'.+У.Л1Т +ТГ- h 4 „ 4 \ |
4 |
||||||
|
|||||||
— + — 4 у - + у - + у-) |
|
||||||
YB |
YH |
|
|
'“2 |
'"31 |
||
+ HV3 |
|
_4з_\ |
|
|
|||
|
^зУн |
' |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
М — 4 — + - T - + V - + T- |
|
||||||
YB |
YH |
|
|
|
|
|
|
Л |
= Л - 4 ( |
|
|
|
|
||
|
|
YB |
|
|
|
|
165
|
|
|
|
|
|
+ A |
A.1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B, = - ^ - ( h |
+ W |
+ ( w , h ^ - A' \ ; ) ('* + |
'*) + |
|||||||
+ f i t ( - |
v . /, h . + |
h . A , ) + v . *,('. + |
'■> ] 1<'■+ W + |
|||||||
LЯ3 |
\ |
Л2 |
^2 |
/ |
|
|
|
|
||
+ |
^ н31(/1 + |
/2 + |
/3) + |
/н+ - 7 !- ^ + |
/2 + |
/з)2" |
||||
|
|
|
YH |
|
|
Ях |
|
Ях \ |
_ k |
I |
|
|
Я3 + YH (*I + h + h) ^ |
r , *1 I . I L |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
Я3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
(^1 + ^)J > |
|
|
|
|
|
|
|
c t = — A itw B+ -p A + |
|
^ |
|
|
||||
|
|
|
|
Яз |
|
A-3 |
|
|
|
|
c |
= |
Я3Г Н( / Х + |
h + |
Is) + t a J r l ^ |
( / , + |
/ , + |
/ 3)2 |
|||
|
|
|
YH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_ |
f-k + |
(/x + |
/* + |
/3) ] • [ |
x* liw ° + |
|
|
+- ^ A 1 + WH{l1 + l2).
A3
Интенсивность теплового потока, проникающего с
плоскости внутрь помещения, определяется из выраже ния
|
|
|
|
|
|
(26) |
подставляя значение А\, получим |
|
|
||||
|
|
|
k |
Ji. 1 |
Ях 1 ях /3 |
+ |
9*=o: |
' ■ - ' ■ + " . 4 T + t - f + ^ - T + i : - T |
|
||||
|
- L + J - + f + A + A |
|
||||
|
|
|
||||
|
|
YB YH Ях |
|
|
||
|
|
+*»<! |
■+ YH^3 |
|
|
|
|
— + — +■— + -2L + -2. |
|
||||
|
YB |
YH |
Ях ^ |
Я* ^ |
X, |
|
^H 1
<7*=0 —
166
L + 2 ± . J * - , h . . ± . , ± L . J * . \ |
|
||||
2 |
kz li___YH |
/ + |
|
||
|
|
R„ |
|
|
|
|
*н*з |
j_ |
+ |
^3 |
|
|
2 |
|
|||
+ |
------ |
YH ^3) . |
(27) |
flo
Первый член правой части уравнения представляет собой теплопоступления за счет перепада температур между внутренним и наружным воздухом qAt, второй
член —за счет теплопоглощения внутреннего стекла и третий член — теплопоступление из-за теплопоглощения наружного слоя.
По условиям задачи нас интересует видимая часть тепловой энергии, проникающей через световое устрой ство в глубь помещения:
? в = £ вТ1вТ2в(1 + — ).
\1 — PIB Ргв /
Величина суммарного теплопоступления в помеще ние
% = <7СКВ + |
|
Е > Т1в Т2в |
1 + |
|
PIB Рвв |
+ |
||
|
1 |
• PlB р2В |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
“Ь ^ИК ^НИКТгик ( 1 “f" |
PIHK Рги |
|
ta— t, + |
|
||||
|
|
|
IHK Ргик |
|
Ro |
|
||
|
Ехгаг |
|
P |
н + |
|
|
||
|
1 + |
|
Р1Р2 |
X |
|
|
|
|
|
|
|
•1 — Р1Р2 |
|
|
|
||
, / 1 |
Я.1 |
I2 |
, ^1 . |
^1 |
|
I3 \ |
|
|
X 4 2 + К ' h |
V - 'l |
Яз ' l j + |
|
|||||
|
|
Ro |
|
|
|
|
|
|
Ea. |
PlT2 |
h \ ~ + — |
|
T ) |
|
|||
|
2 |
YH |
|
(28) |
||||
|
1 — P1P2 |
|
Ro |
|
|
|||
|
|
|
|
|
Таким образом получены все члены, определяющие значение коэффициента К
|
I \ |
I |
|
Ршк Рйик |
) |
|
£ ИКТ 1 И К ^ ИК [ |
+ |
1 |
_ р 1 Н к Р а и к | _ |
|
K i= |
|
|
|
|
(29) |
( . . |
|
|
PlB Ргв |
\ |
|
|
Е ВХ1ВХМ Ц + |
|
1 |
_ р 1 в р . в |
/ |
167
|
|
' |
|
i |
Р1Р2 |
X |
|
Ro |
К |
г |
|
||
к . |
1 — Р1Р2 |
|||||
|
|
|
|
PIB Рав |
\ |
|
|
E t1в Т2В |
|
1 |
|||
|
l I + |
PIB Ргв |
/ |
|||
|
|
|
|
Ях |
+ — |
• -L + A . |
|
||
|
/ 2 |
|
|
|
|
|
X |
^ К |
' к |
Ун |
к |
Яз |
|
|
Ro |
|
|
|
||
|
|
|
|
+ |
||
|
E^IB тав (1 |
PIB Ргв |
|
|||
|
|
|
||||
|
|
о |
1 |
PlB Рйв |
|
|
|
£ Д а Л _j_- |
TaPi |
\ 1> ( 2 |
+ Ун ' /3 ) |
|
|
|
Яз \ - |
1 — P1P2 / |
|
Ro |
(30) |
|
|
El1в т»в 11 |
|
PIB Ргв |
|||
|
|
|
||||
|
|
(■ |
1 — PIB Ргв |
|
Для анализа различных типов зенитных фонарей и иллюстрации метода оценки эффективности светопро зрачных конструкций был произведен расчет по пред лагаемой методике для условий южных районов нашер страны. Для расчетов приняты радиационные потоки и температуры наружного воздуха июля месяца климати ческого района ф=43° с. ш.
Температура внутреннего воздуха в подфонарном пространстве принята постоянной и равной 25° С.
В соответствии с предлагаемым методом оценки эф фективности светопрозрачных конструкций были опреде лены интенсивность теплопоступления через зенитные фонари по часам суток, а также суммарное количество тепла. Одновременно определяли теплопоступления в инфракрасной и видимой областях спектра. Полученные данные позволили определять показатели эффективно сти конструкций (таблица).
Анализ приведенных в таблице данных говорит о том, что в летних условиях наиболее благоприятные резуль таты дают конструкции из прозрачного органического стекла, имеющие более высокие показатели по сравне нию с конструкциями из силикатного стекла. Например, для зенитных фонарей из прозрачного органического стекла на единицу световой энергии, поступающей в по мещение, приходится 4,15 единицы тепловой энергии, а для стеклопакета из прозрачного силикатного стекла —
168
|
|
|
К оэф ф и ц и ен ты энергетической эф ф екти вн о сти |
|
||||
|
|
|
Конструкции |
|
Коэффициенты |
|
||
|
|
|
К. |
к , |
К |
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
Однослойный купол |
нз прозрачного |
|
|
|
|
|||
оргстекла........................................... |
|
0 ,8 9 |
1 ,2 4 |
3 ,1 3 |
3 ,8 5 |
|||
То же, из молочного оргстекла . . |
М |
1 ,4 8 |
3 ,5 8 |
6,2 |
||||
То же, |
из |
стеклопластика . . . . |
1 ,4 |
1 ,6 5 |
4 ,0 5 |
9 ,0 |
||
Стекло с аэрозольным покрытием . . |
0 ,7 5 |
1,41 |
3 ,1 6 |
7 ,9 |
||||
С т е в и т ................................................. |
|
из прозрачного |
0 ,8 9 5 |
1 ,2 6 |
3 ,1 5 |
5 ,5 |
||
Двухслойный купол |
|
|
|
|
||||
оргстекла........................................... |
|
0 ,8 9 |
1 ,1 4 |
3 ,0 3 |
4 ,1 5 |
|||
То же, с наружным молочным слоем |
|
|
3,43 |
6,1 |
||||
из |
оргстекла ................................. |
|
1,01 |
1 ,4 2 |
||||
То же, с внутренним молочным слоем |
|
1,31 |
3,32 |
|
||||
из |
оргстекла ................................. |
матированным |
1,01 |
6 ,5 5 |
||||
То же, |
с |
наружным |
|
1,16 |
|
|
||
слоем из о р г с т е к л а ....................... |
0 ,8 1 5 |
2 ,9 8 |
4 ,0 3 |
|||||
То же, |
из |
стеклопластика . . . . |
1 ,9 8 |
1 ,7 2 |
4 ,7 |
2 3 ,7 |
||
То же, из оргстекла с прокладкой из |
|
|
|
|
||||
стекломата ...................................... |
|
0 ,4 4 5 |
1 ,1 2 |
2 ,5 7 |
5 ,0 5 |
|||
Стеклопакет с аэрозольным покрыта- |
|
1.14 |
|
8,8 |
||||
ем |
|
.................................................... |
|
|
0 ,6 7 |
2,81 |
||
То же, с прокладкой из стекломата |
0 ,6 4 |
1 ,1 7 |
2 ,8 1 |
5 ,7 |
||||
То же, из прозрачного стекла . . . |
0 ,8 1 |
1,16 |
2 ,9 7 |
4 ,6 5 |
4,65. Такая разница объясняется тем, что органическое стекло имеет высокий коэффициент светопропускания
(0,92) |
и |
сравнительно низкую |
теплопроводность |
|
(0,16 ккал/м-ч-град). |
|
|
||
Практический интерес представляют результаты ана |
||||
лиза |
светопрозрачных |
конструкций |
с аэрозольным по |
|
крытием |
Ашхабадского |
стекольного |
завода. Аэрозоль |
ное покрытие уменьшает общее теплопоступление, но од новременно уменьшает прохождение световой энергии. Например, для однослойного стекла с аэрозольным по крытием коэффициент К\ = 0,75, т. е. доля тепловой энер гии, приходящаяся на единицу светового проема, мень ше, чем для конструкций других типов, но в то же вре мя тепловая энергия, проникающая за счет конвективного теплообмена и теплопоглощения стекла, составля ет /(2=1,41. При сравнении конструкций из стеклопаке
тов обычного типа и с аэрозольным покрытием |
можно |
заметить, что в первом случае /(^ =4,65, а во |
втором |
Ks =8,8. Это значит, что при одинаковых условиях осве-
169
щения теплопоступление через стеклопакет с аэрозоль ным покрытием в 1,9 раза больше, чем через аналогичную конструкцию без аэрозольного покрытия.
Таким образом, по предложенной методике имеется возможность получить комплексную оценку различных типов светопрозрачных ограждений и установить эффек тивность их применения.
ЛИ Т Е Р А Т У Р А
1.К о н д р а т ь е в К. Я. Актинометрия, 1965.
2. Я н к е л е в |
Л. Ф., |
Г у л а б я н ц |
А. А. «Водоснабжение и са |
нитарная техника», № 6, 1966. |
А. Г. Энергетическая оцен |
||
3. Д р о з д о в |
В. А., |
Г и н д о я н |
ка эффективности светопрозрачных конструкций. «Промышленное строительство», 1967, № 11.
И н ж е н е р ы И. Н. Б У Т О В С К И Й и С. М . Г Л И К И Н
ОСВЕТОПРОПУСКАНИИ СОЛНЦЕЗАЩИТНЫХ СТЕКОЛ
Впоследнее время появились светопропускающие ма териалы и конструкции, обеспечивающие эффективную защиту от перегрева помещений под действием солнеч ной радиации. Эти материалы по своему противоинсоляционному действию можно подразделить на теплопог лощающие, теплоотражающие и теплорассеивающие.
Теплорассеивающие светопропускающие материалы |
|
и изделия |
(матовые, узорчатые, рифленые, призматичес |
кие стекла, |
стеклоблоки, стеклопластики и т. п.) рассеи |
вают тепловое излучение и распределяют его на большую поверхность ограждающих элементов помещения.
Теплопоглощающие светопропускающие материалы получают введением в массу стекла специальных доба вок (окиси ванадия, хрома, закиси железа и др.), бла годаря которым стекло поглощает нейтрально или изби рательно солнечное излучение. Различие в спектраль ном пропускании обычных и теплопоглощающих стекол можно проследить на примере сравнения кривых спект рального пропускания полированного стекла и стекла «Контракалор» (рис. 1). Теплопоглощающие стекла под
.170