Температура наружного воздуха непрерывно изменяется, претерпевая сезонные, суточные и более короткие по продолжительности колебания.
Тепловыделения аккумуляция тепла также изменяются за счет инженерных условий, отсюда меняется температура внутреннего воздуха, поверхностей и отдельных слоёв ограждения. Ограждения по-разному реагируют на колебания температуры: одни – быстро изменяют температуру вслед за наружным или внутренним воздухом, другие – медленно, поэтому это свойство ограждения связано с его теплоустойчивостью.
Теплоустойчивость есть свойство ограждения сохранять относительное постоянство температуры при колебаниях теплового потока.
Периодические колебания температуры наружного или внутреннего воздуха различного вида теплопоступления в помещение можно представить в виде правильных гармонических колебаний или суммой ряда гармоник.
Задача состоит в определении затухании колебаний температуры в толще и на поверхностях ограждения, т.е. в определении температуры t в любом сечении x в произвольный момент времени z.
В теорию теплоустойчивости вводится коэффициент теплоусвоения s материала слоя, который зависит от теплофизических характеристик материала:
- от коэффициента теплопроводности λ;
- теплоемкости с;
- плотности ρ;
- периода колебаний Т.
Также вводится специальный показатель – коэффициент теплоусвоения поверхности:
Y(x,z) = 
(5.1)
В общем случае его величина для произвольного сечения х в ограждении в любой момент времени z.
В приближенных формулах S, Y считаются вещественными числами равными отношению амплитуд соответствующих тепловых потоков и температур.
Если:
1) RnSn < 1;
Yn = 
(5.2)
Слои материала с RnSn<1 называются «тонкими».
2) для «толстых» слоев:
– RnSn > 1
– Yn = Sn. (5.3)
6 ИНЖЕНЕРНЫЙ МЕТОД РАСЧЁТА УСТОЙЧИВОСТИ
Наиболее распространен случай теплопередачи через ограждения, когда температура наружного воздуха изменяется, а температура внутреннего воздуха остается постоянной.
Колебания температуры наружного воздуха вызовут изменения тепловых потоков и температуры на поверхности и в толще ограждения. Эти изменения будут правильными гармоническими колебаниями с периодом Т.
Рисунок 6.1 – Затухание температурных колебаний в ограждении
(к инженерному методу решения)
При правильных гармонических колебаниях температуры наружного воздуха tн изменяется около своего среднего значения tнo с периодом Т.
Так что в любой момент времени z (часы) ее величина равна
= 
(6.1)
где 
- максимальное отклонение температуры от ее среднего значения или амплитуда колебания температуры наружного воздуха.
Так же с температурой изменяются величины тепловых потоков; изменяются около среднего значения по закону косинусов, имея амплитуду Аq.
В инженерном методе для расчета периодических тепловых процессов пользуются приближенным определением коэффициента теплоусвоения У (Вт/м2∙К) как отношением амплитуды колебаний теплового потока Аq к амплитуде температуры Аt
1. В средней части однородного слоя достаточно большой толщины, где практически не сказывается влияние условий на поверхности, коэффициент теплоусвоения зависит только от свойств материала слоя.
В пределах этой части (зона «регулярных колебаний») величина У равна коэффициенту S. Величина S связана с другими теплофизическими характеристиками материала зависимостью
S= 
(6.2)
– при Т = 24 часа S = 
;
– при Т=12 часов S= 
,
т.е. с уменьшением периода в n раз величина S возрастает в 
раз.
Отсюда следует, что по мере удаления от поверхности колебания в толще стремятся к регулярным.
2. Слой материала около поверхности, в котором происходит переход к регулярным колебаниям, называется активным.
Его толщину определяют с помощью характеристики тепловой инерции слоя:
Dn = Rn∙ Sn, (6.3)
где Rn – термическое сопротивление слоя, м2К/Вт;
Sn – удельный коэффициент теплоусвоения материала слоя, Вт/м2К.
Слоем резких колебаний принято считать слой, для которого D = 1.
Слой меньшей толщины называется «тонким», а большей – «толстым».
В той части ограждения, где происходят регулярные колебания, в пределах слоя толщины располагается 1/8,9 длины волны, а амплитуда температурных колебаний уменьшается приблизительно в 2 раза.
В инженерных расчетах характеристику тепловой инерции D используют для оценки теплоустойчивости ограждения и называют показателем тепловой массивности ограждения.
Для многослойного ограждения
D = 
Dn = RnSn. (6.4)
При расчете коэффициента теплоусвоения S в многослойных ограждениях учитывают только активную часть ограждения, которую захватывает слой резких колебаний (D = 1)
3. При определении Уn могут встретиться следующие случаи:
Рисунок 6.2 – Расположение, нумерация слоев и порядок определения характеристик теплоусвоения в многослойных ограждениях (инженерный метод расчета)
А. Условная толщина однородного материального слоя n от заданного сечения в конструкции ограждения >1.
Если 
, то 
. (6.5)
Б. Слой резких колебаний захватывает второй от заданной поверхности материального слоя:
=> 
. (6.6)
В. Если слой резких колебаний захватывает 3 и 4 и т.д. слои, то
=> 
, (6.7)
где Уn+1 – коэффициент теплоусвоения части ограждения начиная от поверхности (n+1) материального слоя.
Здесь необходимо учитывать влияние на Уn всех материальных слоев, которые захвачены резкими колебаниями.
Г. Условная толщина всего ограждения меньше единицы.
При 
расчет ведут также как под (В), а коэффициент теплоусвоения последнего к материального слоя определяется как:
(6.8)
где 
- коэффициент теплообмена на внутренней поверхности ограждения, который численно равен коэффициенту теплоусвоения внутренней поверхности ограждения при распространении температурной волны в сторону помещения.
Д. Если ограждение целиком или отдельный слой ограждения практически не обладает тепловой инерцией (окно, воздушная прослойка), то
(6.9)
где 
- в случае окна равно ; в случае воздушной прослойки равно коэффициенту теплоусвоения поверхности слоя, следующего за воздушной прослойкой.
Е. Если ограждение подвержено с обеих сторон воздействию периодических температурных колебаний (перегородки, перекрытия, внутренние конструкции) и условная его толщина меньше 2, то есть 
, то его делят на две части с одинаковыми условными толщинами. Расчет теплоусвоения ведем с каждой поверхности до слоя m, в пределах которого прошла граница раздела – ось тепловой симметрии. Для поверхности слоя m коэффициент Уm определяем по общей формуле (8.7), считая на оси симметрии коэффициент теплоусвоения равным 0, поэтому:
(6.10)
где Sm – коэффициент теплоусвоения материала слоя, через который прошла граница раздела;
Rm – термическое сопротивление части слоя m до оси симметрии.
Ж. В случае, когда слой состоит из нескольких материальных включений, в расчетах следует пользоваться условным коэффициентом теплоусвоения, считая его равным средневзвешенной величине по площадям отдельных включений.
