Основы эксплуатации наружных кирпичных стен гражданских зданий - часть 5

Процесс передачи тепла через стену сопровождается понижениями температур на ее поверхно-

стях и в толще. Схемы распределения температур на границах и в толще однослойной и многослой-

ной стен приведены на рис. 3.1. 

На первом этапе передача тепла к поверхности наружного ограждения осуществляется от возду-

ха  помещения  конвекцией  и  от  внутренних  поверхностей  ограждений  помещения  (стен,  полов,  по-
толков)  излучением.  При  этом  по  мере  приближения  к  поверхности  стены  происходит  понижение 
температуры воздуха t

int

 до температуры поверхности 

τ

si

 (см. рис. 3.1). Перепад температур 

∆t

int 

= t

int

 – 

τ

si

, обусловленный процессом теплообмена у внутренней поверхности ограждения, зависит от коэф-

фициента  теплоотдачи  внутренней  поверхности 

α

i

,  Вт/(м

2 

⋅ °С).  Тепловой  поток,  поступающий  на 

единицу площади конструкции, в этом случае определяется как 

 

)

(

si

i

t

q

τ

−

α

=

int

int

, Вт/м

2

.                                     (3.1) 

 

На втором этапе передача тепла через толщу кирпичной стены, не имеющей воздушных просло-

ек, происходит за счет теплопроводности. Изменение температур в толще стены зависит от толщины 
конструкций 

δ, м и от коэффициента теплопроводности кладки λ, Вт/м ⋅ °С. Тепловой поток, прохо-

дящий через толщу единицы площади стены, определяется как  

)

(

se

q

τ

−

τ

δ

λ

=

si

, Вт/м

2

.                                      (3.2) 

 

Отдача тепла наружной поверхностью стены наружной окружающей среде (третий этап) осуще-

ствляется конвекцией и излучением. Понижение температуры с 

τ

se

 до t

ext

 обусловлено процессом те-

плообмена у  наружной  поверхности,  который  зависит  от  величины  коэффициента  теплообмена  по-
верхности 

α

e

,  Вт/(м

2 

⋅ °С).  Тепловой  поток,  уходящий  с  единицы  поверхности  стены,  определяется 

как 

 

)

(

ext

se

e

ext

t

q

−

τ

α

=

, Вт/м

2

.                                   (3.3) 

 

Рис. 3.1   Передача тепла и распределение температур 

в однослойной (а) и многослойной (б) конструкциях стен  

при стационарном режиме теплопередачи

∆

t

int

 

τ

si

 

t

int

 

τ

se

 

t

ext

 

q

int

 

q 

q

ext

 

δ 

0 

°С 

δ

1 

δ

δ

3

q

int

 

а) 

б) 

t

int

 

τ

si

 

∆

t

int

 

q

ext

 

q 

τ

se

 

t

ext

 

Как видно из формул (3.1) и (3.3), отдача тепла на поверхностях стены определяется величиной 

коэффициентов 

α

i

  и 

α

e

,  зависящих  от  условий  конвективного  теплообмена  и  теплового  излучения, 

т.е. 

 

л

к

i

i

i

α

+

α

=

α

,    

л

к

e

e

e

α

+

α

=

α

,                          (3.4) 

 

где 

л

к

,

i

i

α

α

, 

л

к

,

e

e

α

α

  –  коэффициенты  теплоотдачи  конвекцией  и  излучением  соответственно  на  внут-

ренней и наружной поверхностях стены. 

Для конкретных условий эксплуатации эти коэффициенты могут быть получены расчетом на ос-

новании  экспериментальных  данных  о  температурах  среды  и  поверхностей  ограждений,  а  также  о 
характеристиках излучения энергии поверхностями. 

Коэффициенты теплоотдачи излучением 

л

л

,

e

i

α

α

 с достаточной точностью можно определять по 

форм.улам, приведенным в [24], как 

int

int

4

4

int

0

2

1

л

100

273

100

273

1

1

1

1

τ

−









+

τ

−









+

−

+

=

α

t

t

C

C

C

si

i

;              (3.5) 

ext

se

ext

se

e

t

t

C

C

C

−

τ









+

−









+

τ

−

+

=

α

4

4

0

2

1

л

100

273

100

273

1

1

1

1

.              (3.6) 

Здесь C

0

 = 5,77 Вт/(м

2

⋅ К

4

) – коэффициент излучения абсолютно черного тела;  C

1

 и C

2

 – соответст-

венно, коэффициенты излучения поверхностей наружной стены и других излучающих на эту стену 

поверхностей.  

В случае, если наружная поверхность исследуемой стены находится достаточно далеко от стен дру-

гих зданий, коэффициент C

2

 можно принимать равным C

0

 и тогда формула (3.6) будет иметь более про-

стой вид: 

























+

−









+

τ

−

τ

=

α

4

4

1

л

100

273

100

273

ext

se

ext

se

e

t

t

C

.                  (3.7) 

Значения коэффициентов излучения для некоторых материалов, применяемых при отделке кир-

пичных стен, приведены в табл. 3.1. 

 

3.1   Значения коэффициентов излучения 

int 

+ 

t

int  

+ 

τ

int

 

 

Наименование материала и состояние 

поверхностей 

С, 

Вт/(м

2 

⋅ К

4

) 

Мрамор шлифованный: 

 

серый 

5,37 

темный 

5,37 

Гранит серый светлый шлифованный 

2,42 

Известняк шлифованный: 

 

светлый 

2,31 

темный 

2,31 

Песчаник шлифованный красный 

3,29 

Кирпич обыкновенный красный 

5,37 

Бетон, гладкая поверхность 

3,58 

Силикатный кирпич 

5,25 

Штукатурка: 

 

светлая 

5,25 

темная 

5,42 

Эмалевые краски 

5,18 

Конвективный теплообмен у внутренней и наружной поверхностей стен различен. У внутренней 

поверхности  происходит  естественная  конвекция,  вызываемая  разностью  температур  воздуха  и  по-
верхности  стены.  У  наружной  поверхности  стены  из-за  действия  ветра  в  основном  происходит  вы-
нужденная конвекция. В этой связи коэффициенты теплоотдачи конвекцией 

α

iк

 и 

α

eк

 определяются 

по разным формулам. 

Согласно [24] 

α

iк

 можно определить как 

 

3

к

t

K

i

∆

=

α

,                                              (3.8) 

 

где 

∆t 

= 

t

int

 

– 

τ

si

 

– 

температурный 

перепад 

у 

поверхности 

стены, 

°С;  

K  –  коэффициент,  учитывающий  положение  поверхности.  Для  вертикальной  гладкой  поверхности 
стены K = 1,66. 

Значения 

α

eк

 можно вычислять по формуле Франка [18]: 

 

v

91

,

1

656

,

0

к

78

,

3

v

34

,

7

−

+

=

α

e

e

,                                (3.9) 

 

где v – скорость ветра, м/с; e = 2,718 – основание логарифмов. За расчетную скорость ветра для зим-
них условий принимается средняя скорость ветра  из тех румбов за январь, повторяемость которых 
составляет 16 % и более. Расчетные скорости ветра приведены в СНиП [21]. 

Следует отметить, что первый член формулы (3.9) учитывает вынужденную конвекцию, а второй 

– естественную. Видно, что при наличии ветра второй член практически приближается к нулю, и те-
плообмен происходит в основном за счет вынужденной конвекции. 

Пример 3.1. Найти коэффициенты теплообмена у поверхностей наружной эксплуатируемой сте-

ны. По результатам обследования и выполненных измерений установлено следующее. Стена сложена 
из  глиняного  обожженного  кирпича.  Толщина  кирпичной  кладки  составляет  0,51  м.  С  внутренней 
стороны стена оштукатурена известково-цементной штукатуркой толщиной 0,02 м. Снаружи стена не 
оштукатурена и выполнена с расшивкой швов. Температура и относительная влажность внутреннего 
воздуха составляют t

int

 = 18 

°С, ϕ

int

 = 50 %. Температуры внутренней и наружной поверхностей стены 

равны 

τ

si

 = 12 

°С, τ

se

 = –23 

°С. Температура наружного воздуха равна t

ext 

= –25 

°С. Скорость ветра – 5 м/с. 

Внутренние поверхности стены и других ограждений помещения имеют коэффициент излучения С = 
5,25 Вт/(м

2 

⋅ К

4

). Коэффициент излучения наружной поверхности стены равен С = 5,37 Вт/(м

2 

⋅ К

4

). 

Решение. Значения 

α

i

 и 

α

e

 находятся по формулам (3.4) – (3.9).  

Определяем  по  формуле  (3.5)  коэффициент  теплоотдачи  излучением  внутренней  поверхности 

стены: 

⋅

=

−







 +

−







 +

−

+

=

α

2

4

4

л

м

Вт

56

,

4

12

18

100

273

12

100

273

18

77

,

5

1

25

,

5

1

25

,

5

1

1

i

°С. 

 

Коэффициент  теплоотдачи  конвекцией  внутренней  поверхности  стены  определяем  по  формуле 

(3.8) 

 

⋅

=

−

=

α

2

3

к

м

Вт

02

,

3

12

18

66

,

1

i

°С. 

 

Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стены согласно формуле (3.4) равен 

 

⋅

=

+

=

α

+

α

=

α

2

л

к

м

Вт

58

,

7

56

,

4

02

,

3

i

i

i

°С. 

 

Так как обследованное здание находится на достаточном удалении  от соседних зданий и, соот-

ветственно,  С

2

  =  С

0

,  расчет  коэффициента  теплоотдачи  излучением  наружной  поверхности  стены 

производим по формуле (3.7): 

⋅

=

























+

−

−









+

−

−

−

−

=

α

2

4

4

л

м

Вт

31

,

3

100

273

25

100

273

23

)

25

(

23

37

,

5

e

°С.