Лабораторная работа № 3 "Определение теплозащитных качеств заполнения оконного проема"

Цель работы: Закрепление теоретических знаний об основных закономерностях теплопередачи в стационарных условиях; изучение распределения температуры в окне с двойными переплетами; определение сопротивления теплопередаче окна и сопоставление его с требуемым сопротивлением теплопередаче.

Теоретические предпосылки: Потери тепла через оконные проемы составляют большую часть общих тепловых потерь помещения. В отличие от непрозрачных ограждающих конструкций, сопротивление теплопередаче оконных проемов не может быть повышено обычными конструктивными материалами, поскольку воздушная прослойка между остеклением имеет малое термическое сопротивление по сравнению со стенами, а термическое сопротивление самого остекления незначительно.

Кроме того, остекленные поверхности (особенно со створными переплетами) обладают большой воздухопроницаемостью, что при наличии разности общих давлений воздушной среды на наружной и внутренней поверхности остекленных переплетов может увеличить потери тепла, происходящие путем теплопередачи, более чем вдвое. Применительно к таким воздухопроницаемым конструкциям, как оконные проемы, потери тепла через эти конструкции следует подразделить на два вида: потери тепла, происходящие путем теплопередачи и потери тепла из-за проницания через конструкцию (щели) наружного холодного воздуха.

Сопротивление теплопередаче () тройного остекления окон является, как и для других ограждающих конструкций, суммой трех отдельных сопротивлений потоку тепла

, (8)

где – сопротивление тепловосприятию при передаче тепла от воздуха помещения с температурой к поверхности стекла внутреннего переплета с температурой ;

– сумма термических сопротивлений остекления и воздушных прослоек между стеклами переплетов;

– сопротивление теплоотдаче при передаче тепла от наружной поверхности стекла наружного переплета к наружному воздуху.

Для остекления (заполнения) оконных проемов и для других особо легких ограждающих конструкций, обладающих малой тепловой инерцией, наиболее характерным являются стационарные условия теплопередачи, при которых справедливы равенства, основанные на неизменности потока тепла, проходящего по поперечному разрезу элементов светового проема (см. вывод формулы (6)).

, (9)

где – удельный тепловой поток через ограждение, кДж;

– температуры внутреннего и наружного воздуха;

– температуры внутренней поверхности стекла (внутреннего переплета) и наружной поверхности стекла (наружного переплета).

Измерив температуру , можно, пользуясь формулой (9) вычислить значения , принимая (при тройном остеклении).

Для того, чтобы обнаружить движение воздуха (инфильтрируемого или эксфильтруруемого), необходимо замерить по манометру разность давления воздуха снаружи и внутри помещения. При повышенном внутреннем давлении движение воздуха происходит из помещения наружу (эксфильтрация). При пониженном внутреннем давлении движение воздуха происходит внутрь помещения (инфильтрация).

Необходимые приборы и принадлежности:

1. СНиП [1] (согласно списка);

2. Электронно-цифровой термометр (ЭЦТ) (1 и 2 – получить у лаборанта);

3. Датчики (термосопротивления), см. Рисунок 5б:

1. датчик внутренний №19, показывающий температуру ;

1. датчик перед 1-м стеклом №18, показывающий температуру ;

1. датчик за 1-м стеклом №17, показывающий температуру ;

1. датчик межрамный №16, показывающий температуру ;

1. датчик перед 2-м оконным стеклом №15, показывающий температуру ;

1. датчик за 3-м стеклом №14, показывающий температуру ;

1. датчик наружный №1, показывающий температуру ;

4. Манометр для определения разности давления воздуха в помещении и снаружи, см. Рисунок 5б.

5. Многополюсный переключатель, см. Рисунок 5б.

Рисунок 5 – а) Пример распределения температур по элементам оконного проема

б) Схема установки для определения температуры в различных точках

ЭЦТ – электронный цифровой термометр

1, 14-19 – термодатчики

20 – манометр

21 – резиновая трубка, соединяющая манометр с наружным воздухом

22 – многополюсный переключатель

Методика выполнения работы

1. Сделать схематический чертеж установки и разобраться в ней (до начала занятия).

2. Срисовать в отчет Таблицу 4 (до начала занятий).

Таблица 4 – Экспериментальные данные

№ п/п	Показания термометров, С							Разница давлений, мм	Дата и время, час., мин.
1
2
3

3. Включить прибор ЭЦТ с разрешения преподавателя и проверить его, сверив значения температуры в т.19 и по прибору №6 (работа №1).

3. Провести измерения, подключая нужные термосопротивления к ЭЦТ переведением рукоятки многополюсного переключателя на соответствующий номер (1, 14-19). Результаты измерений занести в Таблицу 4.

При выполнении работы берется 3 серии отсчетов с интервалом через 3‑5 мин. Форточка должна быть закрыта.

5. Снять показания с манометра, при этом указать, в какую сторону идет воздушный поток.

Примечание: Рекомендуется проводить измерения температуры в т. 1, 14-19 в то время, когда воздушный поток идет внутрь помещения (инфильтрация). В противном случае тепловой поток, идущий из помещения, будет прогревать датчики и чем больше щелей и неплотностей у заполнения оконного проема, то расчеты покажут и большее значение сопротивления теплопередаче.

5. С помощью формулы (9) вычислить все составляющие сопротивления теплопередачи и подставить их в формулу (8).

5. Сравнить найденные значения с требуемым по таблице 1б [1], а также с приведенным сопротивлением теплопередаче по приложению 6 [1]. Средняя температура наиболее холодной пятидневки для г. Кирова (с.11 колонка 21 [2]), а (таблица 21 [3]). Дать заключение о соответствии теплозащитных качеств заполнения оконного проема в виде тройного остекления в раздельно-спаренных деревянных переплетах нормативным требованиям.

6. Построить график распределения температуры оконного проема (см. пример на Рисунке 5а). Требования к выполнению графика см. п. 5 работы №2.

7. Подписать готовый отчет у преподавателя, подготовиться к ответу на контрольные вопросы и защитить работу. Кроме контрольных вопросов могут быть и другие вопросы, касающиеся теории, методики выполнения эксперимента и расчетов.

Контрольные вопросы:

1. За счет чего происходят теплопотери через оконные проемы?

2. Из каких отдельных составляющих слагается общее сопротивление теплопередаче двойного остекления?

3. Как уменьшить теплопередачу через заполнение светового проема (окна лаборатории)?

4. Объясните физический смысл формулы (9).

5. Определите по СНиП II-3-79* требуемое заполнение для оконного проема проектируемого Вами здания в курсовом проекте согласно заданию.

6. Чем объяснить, что найденное экспериментальное значение сопротивления теплопередаче заполнения оконного проема больше (меньше) приведенного сопротивления теплопередаче тройного остекления в деревянных раздельно-спаренных переплетах (приложение 6* п.4 [1]).

7. Каким путем можно повысить теплозащитные качества заполнения световых проемов в лаборатории до требуемого значения? Дайте конструктивные предложения.

8. Что общего между теплотехническими расчетами стены и заполнения оконного проема и в чем их основное отличие.

9. В какую сторону шел воздушный поток через заполнение оконного проема и как это сказалось на его расчетном значении сопротивления теплопередаче.