За осигуряване на равномерност, устойчивост на топлопредаване затворени въздушни междиниразположени между слоевете на ограждащата конструкция се наричат термична устойчивост Rv.p, м². ºС/W.
Диаграмата на топлообмена през въздушната междина е показана на фиг. 5.

Фиг.5. Топлообмен във въздушния слой.

Топлинният поток, преминаващ през въздушния слой qv.p, W/m², се състои от потоци, предавани чрез топлопроводимост (2) qt, W/m², конвекция (1) qк, W/m² и радиация (3) ql, W/m².

24. Условно и намалено съпротивление на топлообмен. Коефициент на топлотехническа хомогенност на ограждащи конструкции.

25. Нормиране на устойчивостта на топлопреминаване въз основа на санитарно-хигиенните условия

, R 0 = *

Тогава нормализираме Δ t n R 0 tr = * , тези. за да Δ t≤ Δ t n Необходимо е

R 0 ≥ R 0 tr

SNiP разширява това изискване до намалена устойчивост. пренос на топлина

R 0 pr ≥ R 0 tr

t in - проектна температура на вътрешния въздух, ° C;

приемам съгласно стандартите за проектиране. сграда

t n - - прогнозна зимна външна температура на въздуха, °C, равна на средната температура на най-студения петдневен период с вероятност 0,92

А в (алфа) - коефициент на топлопреминаване вътрешна повърхностограждащи конструкции, приети съгласно SNiP

Δt n - стандартна температурна разлика между температурата на вътрешния въздух и температурата на вътрешната повърхност на ограждащата конструкция, приета съгласно SNiP

Изисквано съпротивление на топлопреминаване R tr oвратите и портите трябва да бъдат най-малко 0,6 R tr oстени на сгради и конструкции, определени по формула (1) с проекта зимна температуравъншен въздух, равен на средната температура на най-студения петдневен период с вероятност 0,92.

При определяне на необходимото съпротивление на топлопреминаване на вътрешните ограждащи конструкции във формула (1) трябва да се вземе вместо него t n-изчислена температура на въздуха на по-хладното помещение.

26. Топлотехническо изчисляване на необходимата дебелина на оградния материал въз основа на условията за постигане на необходимото съпротивление на топлопреминаване.

27. Влажност на материала. Причини за овлажняване на конструкцията

Влажност -физическо количество, равно на количеството вода, съдържащо се в порите на материала.

Предлага се в маса и обем

1) Строителна влага.(по време на строителството на сграда). Зависи от дизайна и начина на изграждане. Твърди тухлена зидарияпо-лошо от керамичните блокове. Най-благоприятно е дърво (сглобяеми стени). w/w не винаги. Трябва да изчезне до 2=-3 години експлоатация Мерки: подсушете стените

Почвена влага. (капилярно изсмукване). Достига ниво от 2-2,5 м. Хидроизолационните слоеве, ако са монтирани правилно, не засягат.

2) почвена влага,прониква в оградата от земята поради капилярно засмукване

3) Атмосферна влага. (кос дъжд, сняг). Особено важно е в близост до покриви и стрехи... масивните тухлени стени не изискват защита, ако фугирането е направено правилно Стоманобетонните, леките бетонни панели обръщат внимание на фугите и прозоречни модули, текстуриран слой от водоустойчиви материали. Защита=защитна стена на наклон

4) Работна влага. (в работилници промишлени сгради, главно в подове и долни части на стени) решение: водоустойчиви подове, дренажна система, облицовка на долната част с керамични плочки, водоустойчива мазилка. Защита = защитна подплата с вътрешен страни

5) Хигроскопична влага. Поради повишената хигроскопичност на материалите (способността да абсорбират водни пари от влажен въздух)

6) Кондензация на влага от въздуха:а) върху повърхността на оградата б) в дебелината на оградата

28. Влиянието на влажността върху свойствата на конструкциите

1) С увеличаване на влажността топлопроводимостта на конструкцията се увеличава.

2) Влажностни деформации. Влажността е много по-лоша от термичното разширение. Отлепване на мазилка поради натрупана влага отдолу, след което влагата замръзва, разширява обема си и откъсва мазилката. Материалите, които не са устойчиви на влага, се деформират при навлажняване. Например, гипсът започва да пълзи, когато влажността се увеличи, шперплатът започва да набъбва и да се разслоява.

3) Намалена дълготрайност - брой години безаварийна експлоатация на конструкцията

4) Биологично увреждане (гъбички, мухъл) поради оросяване

5) Загуба на естетически вид

Ето защо при избора на материали се вземат предвид условията на тяхната влажност и се избират материали с най-висока влажност. Освен това прекомерната влажност на закрито може да причини разпространение на болести и инфекции.

От техническа гледна точка води до загуба на дълготрайност на конструкцията и нейните мразоустойчиви свойства. Някои материали висока влажностгубя механична сила, промяна на формата. Например, гипсът започва да пълзи, когато влажността се увеличи, шперплатът започва да набъбва и да се разслоява. Корозия на метала. влошаване на външния вид.

29. Сорбцията на водни пари изгражда. матер. Сорбционни механизми. Сорбционен хистерезис.

Сорбция- процес на абсорбиране на водна пара, което води до равновесно състояние на влажност на материала с въздуха. 2 явления. 1. Абсорбция в резултат на сблъсък на двойка молекула с повърхността на пората и адхезия към тази повърхност (адсорбция)2. Директно разтваряне на влагата в обема на тялото (абсорбция). Влажността се увеличава с увеличаване на относителната еластичност и намаляване на температурата. „десорбция“: ако мокра проба се постави в ексикатори (разтвор на сярна киселина), тя отделя влага.

Сорбционни механизми:

1.Адсорбция

2.Капилярна кондензация

3. Обемно запълване на микропори

4. Запълване на междуслойното пространство

Етап 1. Адсорбцията е явление, при което повърхността на порите е покрита с един или повече слоя водни молекули (в мезопорите и макропорите).

Етап 2. Полимолекулярна адсорбция - образува се многослоен адсорбиран слой.

Етап 3. Капилярна кондензация.

ПРИЧИНА. Налягането на наситените пари над вдлъбната повърхност е по-малко, отколкото над плоска повърхносттечности. В капиляри с малък радиус влагата образува вдлъбнати мини-небеса, така че става възможна капилярна кондензация. Ако D>2*10 -5 cm, тогава няма да има капилярна кондензация.

Десорбция –процесът на естествено изсъхване на материала.

Хистерезис ("разлика") на сорбциясе крие в разликата между изотермата на сорбция, получена, когато материалът е навлажнен, и изотермата на десорбция, получена от изсушения материал. показва % разлика между тегловната влажност по време на сорбция и тегловната влажност на десорбцията (десорбция 4.3%, сорбция 2.1%, хистерезис 2.2%) при овлажняване на сорбционната изотерма. При сушене десорбция.

30. Механизми на влагопренос в строителните строителни материали. Паропропускливост, капилярно засмукване на вода.

1.Б зимно времепоради температурни разлики и при различни парциални налягания, поток от водна пара преминава през оградата (от вътрешната повърхност към външната) - дифузия на водна пара.През лятото е обратното.

2. Конвективен транспорт на водна пара(с въздушен поток)

3. Капилярен пренос на вода(перколация) през порести материали.

4. Гравитационна вода, изтичаща през пукнатини, дупки, макропори.

Паропропускливост –способността на даден материал или конструкция, направена от тях, да пропуска водната пара през себе си.

Коефициент на пропускливост на порите- Phys. стойност, числено равна на количеството пара, преминаващо през плочата с единица площ, с единица спад на налягането, с единица дебелина на плочата, с единица време с разлика в парциалното налягане отстрани на плочата e 1 Pa .. С намаление. Температурите, mu намаляват, с повишена влажност, mu се увеличава.

Устойчивост на паропропускливост: R=дебелина/mu

Mu - коефициент на паропропускливост (определен съгласно SNIP 2379 топлотехника)

Капилярна абсорбция на вода от строителни материали –осигурява постоянен пренос на течна влага през порести материали от зона с висока концентрация към зона с ниска концентрация.

Колкото по-тънки са капилярите, толкова по-голяма е силата на капилярното засмукване, но като цяло скоростта на пренос намалява.

Капилярният трансфер може да бъде намален или елиминиран чрез инсталиране на подходяща бариера (малка въздушна междина или капилярно-неактивен слой (непорест)).

31. Закон на Фик. Коефициент на паропропускливост

P(количество пара, g) = (ev-en)F*z*(mu/дебелина),

му– коеф паропропускливост (определена съгласно SNIP 2379 отоплителна техника)

Phys. стойност, числено равна на количеството пара, преминаващо през плочата с единица площ, с единица спад на налягането, с единица дебелина на плочата, с единица време с разлика в парциалното налягане отстрани на плочата e 1 Pa [mg/(m 2 *Pa)]. Най-малкият mu има покривен материал от 0,00018, най-големият min.памучна вата = 0,065 g/m*h*mm.Hg., прозоречно стъклои металите са паронепроницаеми, въздухът има най-голяма паропропускливост. При намаляване Температурите, mu намаляват, с повишена влажност, mu се увеличава. Зависи от физичните свойства на материала и отразява способността му да провежда водна пара, дифундираща през него. Анизотропните материали имат различно мю (за дърво по протежение на влакното = 0,32, напречно = 0,6).

Еквивалентна устойчивост на паропропускливост на ограда с последователно подреждане на слоеве. Законът на Фик.

Q=(e 1 -e 2)/R n qR n1n =(e n1n-1 -e 2)

32 Изчисляване на разпределението на парциалното налягане на водните пари по дебелината на конструкцията.

* – без да се взема предвид паропропускливостта на екранните шевове

Термичното съпротивление на затворена въздушна междина се взема съгласно таблица 7 SP.

Приемаме коефициента на топлотехническа нееднородност на конструкцията r= 0,85, тогава Р изискване /r= 3,19/0,85 = 3,75 m 2 ×°C/W и необходимата дебелина на изолацията

0,045(3,75 – 0,11 – 0,02 – 0,10 – 0,14 – 0,04) = 0,150 m.

Взимаме дебелината на изолацията  3 = 0,15 m = 150 mm (кратно на 30 mm) и я добавяме към таблицата. 4.2.

Изводи:

По отношение на съпротивлението на топлопреминаване, дизайнът отговаря на стандартите, тъй като съпротивлението на топлопреминаване е намалено Р 0 rнад необходимата стойност Р изискване :

Р 0 r=3,760,85 = 3,19> Р изискване= 3,19 m 2 ×°C/W.

4.6. Определяне на топлинните и влажностните условия на вентилирания въздушен слой

Изчислението се извършва за зимни условия.

Определяне на скоростта на движение и температурата на въздуха в слоя

Колкото по-дълъг (по-висок) е слоят, толкова по-голяма е скоростта на движение на въздуха и неговата консумация, а оттам и ефективността на отстраняване на влагата. От друга страна, колкото по-дълъг (по-висок) е слоят, толкова по-голяма е вероятността от недопустимо натрупване на влага в изолацията и върху екрана.

Разстоянието между входните и изходните вентилационни отвори (височината на междинния слой) се приема равно на н= 12 м.

Средна температура на въздуха в слоя T 0 се приема условно като

T 0 = 0,8T ext = 0,8(-9,75) = -7,8°C.

Скоростта на движение на въздуха в междинния слой, когато входните и изпускателните отвори са разположени от едната страна на сградата:

където  е сумата от локалното аеродинамично съпротивление на въздушния поток на входа, при завоите и на изхода от слоя; в зависимост от проектното решение на фасадната система= 3…7; ние приемаме= 6.

Площ на сечението на междинния слой с номинална ширина b= 1 m и приета (в таблица 4.1) дебелина  = 0,05 m: Е=b= 0,05 m2.

Еквивалентен диаметър на въздушната междина:

Коефициентът на топлопреминаване на повърхността на въздушния слой a 0 се приема предварително съгласно точка 9.1.2 SP: a 0 = 10,8 W/(m 2 ×°C).

(m 2 ×°C)/W,

К int = 1/ Р 0.int = 1/3,67 = 0,273 W/(m 2 ×°C).

(m 2 ×°C)/W,

К ext = 1/ Р 0, ext = 1/0,14 = 7,470 W/(m 2 ×°C).

Коефициенти

0,35120 + 7,198(-8,9) = -64,72 W/m2,

0,351 + 7,198 = 7,470 W/(m 2 ×°C).

Където с– специфична топлинавъздух, с= 1000 J/(kg×°C).

Средната температура на въздуха в слоя се различава от предварително приетата с повече от 5%, затова уточняваме проектните параметри.

Скорост на движение на въздуха в междинния слой:

Плътност на въздуха в слоя

Количество (поток) въздух, преминаващ през слоя:

Изясняваме коефициента на топлопреминаване на повърхността на въздушния слой:

W/(m 2 ×°C).

Съпротивление на топлопреминаване и коефициент на топлопреминаване на вътрешността на стената:

(m 2 ×°C)/W,

К int = 1/ Р 0.int = 1/3,86 = 0,259 W/(m 2 ×°C).

Съпротивление на топлопреминаване и коефициент на топлопреминаване на външната част на стената:

(m 2 ×°C)/W,

К ext = 1/ Р 0.ext = 1/0,36 = 2,777 W/(m 2 ×°C).

Коефициенти

0,25920 + 2,777(-9,75) = -21,89 W/m2,

0,259 + 2,777 = 3,036 W/(m 2 ×°C).

Изясняваме средната температура на въздуха в слоя:

Изясняваме средната температура на въздуха в слоя още няколко пъти, докато стойностите при съседни итерации се различават с повече от 5% (Таблица 4.6).

Статията разглежда проектирането на топлоизолационна система със затворена въздушна междина между топлоизолацията и стената на сградата. Предлага се използването на паропропускливи вложки в топлоизолацията, за да се предотврати кондензацията на влага във въздушния слой. Даден е метод за изчисляване на площта на вложките в зависимост от условията на използване на топлоизолацията.

Тази статия описва топлоизолационната система с мъртво въздушно пространство между топлоизолацията и външната стена на сградата. Предлагат се паропропускливи вложки за топлоизолация, за да се предотврати кондензацията на влага във въздушното пространство. Предложен е методът за изчисляване на площта на вложките в зависимост от условията на използване на топлоизолацията.

ВЪВЕДЕНИЕ

Въздушната междина е елемент на много сградни обвивки. Работата изследва свойствата на ограждащи конструкции със затворени и вентилирани въздушни слоеве. В същото време характеристиките на неговото приложение в много случаи изискват решаване на проблемите на изграждането на отоплителна техника при специфични условия на употреба.

Проектирането на топлоизолационна система с вентилиран въздушен слой е известно и широко използвано в строителството. Основното предимство на тази система пред системите с лека мазилка е възможността за извършване на работи по изолация на сградата през цялата година. Системата за закрепване на изолацията първо се закрепва към обвивката на сградата. Изолацията е прикрепена към тази система. Външната защита на изолацията се монтира на определено разстояние от нея, така че да се образува въздушна междина между изолацията и външната ограда. Конструкцията на изолационната система позволява вентилация на въздушната междина с цел отстраняване на излишната влага, което намалява количеството влага в изолацията. Недостатъците на тази система включват сложността и необходимостта, заедно с използването на изолационни материали, да се използват сайдинг системи, които осигуряват необходимата свобода за движение на въздуха.

Известна е вентилационна система, при която въздушната междина е непосредствено до стената на сградата. Топлоизолацията се изпълнява под формата на трислойни панели: вътрешният слой е топлоизолационен материал, външните слоеве са алуминий и алуминиево фолио. Този дизайн предпазва изолацията от проникване както на атмосферна влага, така и на влага от помещенията. Поради това свойствата му не се влошават при никакви условия на работа, което позволява спестяване на до 20% изолация в сравнение с конвенционалните системи. Недостатъкът на тези системи е необходимостта от проветряване на слоя за отстраняване на влагата, мигрираща от помещенията на сградата. Това води до намаляване топлоизолационни свойствасистеми. В допълнение, топлинните загуби от долните етажи на сградите се увеличават, тъй като студеният въздух, навлизащ в слоя през отвори в долната част на системата, отнема известно време, за да се нагрее до постоянна температура.

ИЗОЛАЦИОННА СИСТЕМА СЪС ЗАТВОРЕНА ВЪЗДУШНА ПРОГРАБА

Възможна е топлоизолационна система, подобна на тази със затворена въздушна междина. Трябва да се обърне внимание на факта, че движението на въздуха в междинния слой е необходимо само за отстраняване на влагата. Ако решим проблема с отвеждането на влагата по друг начин, без вентилация, ще получим топлоизолационна система със затворена въздушна междина без посочените по-горе недостатъци.

За да се реши проблема, топлоизолационната система трябва да има формата, показана на фиг. 1. Топлоизолацията на сградата трябва да се извърши с паропропускливи вложки от топлоизолационен материал, напр. минерална вата. Топлоизолационната система трябва да бъде подредена по такъв начин, че парата да се отстранява от междинния слой, а влажността вътре в нея да е под точката на оросяване в междинния слой.

1 – стена на сградата; 2 – крепежни елементи; 3 – топлоизолационни панели; 4 – паро- и топлоизолационни вложки

Ориз. 1. Топлоизолация с паропропускливи вложки

За налягането на наситените пари в междинния слой можем да напишем израза:

Пренебрегвайки термичното съпротивление на въздуха в междинния слой, ние определяме средната температура вътре в междинния слой, използвайки формулата

(2)

Където Калай, Т навън– температура на въздуха в сградата и съответно на външния въздух, o C;

Р 1 , Р 2 – съпротивление на топлопреминаване съответно на стената и топлоизолацията, m 2 × o C/W.

За пара, мигрираща от стая през стената на сграда, можем да напишем уравнението:

(3)

Където P в, П– парциално налягане на парата в помещението и междинния слой, Pa;

С 1 - площ на външната стена на сградата, m2;

к pp1 – коефициент на паропропускливост на стената, равен на:

Тук Р pp1 = m 1 / л 1 ;

m 1 – коефициент на паропропускливост на материала на стената, mg/(m×h×Pa);

л 1 – дебелина на стената, m.

За пара, мигрираща от въздушната междина през паропропускливи вложки в топлоизолацията на сграда, можем да напишем уравнението:

(5)

Където P вън– парциално налягане на парата във външния въздух, Pa;

С 2 - площ на паропропускливите топлоизолационни вложки в топлоизолацията на сградата, m2;

к pp2 – коефициент на паропропускливост на вложките, равен на:

Тук Р pp2 = m 2 / л 2 ;

m 2 – коефициент на паропропускливост на материала на паропропускливата вложка, mg/(m×h×Pa);

л 2 – дебелина на вложката, m.

Чрез приравняване на десните части на уравнения (3) и (5) и решаване на полученото уравнение за баланса на парата в междинния слой по отношение на П, получаваме стойността на налягането на парите в междинния слой във формата:

(7)

където e = С 2 /С 1 .

След като напишете условието за липса на кондензация на влага във въздушния слой под формата на неравенство:

и след като го решим, получаваме необходимата стойност на съотношението на общата площ на паропропускливите вложки към площта на стената:

Таблица 1 показва получените данни за някои опции за ограждащи конструкции. При изчисленията се приема, че коефициентът на топлопроводимост на паропропускливата вложка е равен на коефициента на топлопроводимост на основната топлоизолация в системата.

Таблица 1. Стойност на ε за различни варианти на стени

Примерите, дадени в таблица 1, показват, че е възможно да се проектира топлоизолация със затворена въздушна междина между топлоизолацията и стената на сградата. За някои стенни конструкции, както в първия пример от таблица 1, можете да правите без паропропускливи вложки. В други случаи площта на паропропускливите вложки може да бъде незначителна в сравнение с площта на изолираната стена.

ТОПЛОИЗОЛАЦИОННА СИСТЕМА С КОНТРОЛИРАНИ ТОПЛИННИ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Проектирането на топлоизолационни системи претърпя значително развитие през последните петдесет години и днес дизайнерите имат на разположение голям изборматериали и конструкции: от използването на слама до вакуумна топлоизолация. Възможно е и използването на активни топлоизолационни системи, чиито характеристики позволяват включването им в системата за енергоснабдяване на сградите. В този случай свойствата на топлоизолационната система също могат да се променят в зависимост от условията заобикаляща среда, осигурявайки постоянно ниво на топлинни загуби от сградата независимо от външна температура.

Ако зададете фиксирано ниво на загуба на топлина Qпрез обвивката на сградата, необходимата стойност на намаленото съпротивление на топлопреминаване ще се определи по формулата

(10)

Топлоизолационна система с прозрачен външен слой или с вентилиран въздушен слой може да има тези свойства. В първия случай се използва слънчева енергия, а във втория може допълнително да се използва топлинната енергия на почвата заедно със земен топлообменник.

В система с прозрачна топлоизолация, когато слънцето е в ниско положение, неговите лъчи преминават почти без загуба до стената, загряват я, като по този начин намаляват загубите на топлина от помещението. IN лятно време, когато слънцето е високо над хоризонта, слънчевите лъчи се отразяват почти напълно от стената на сградата, като по този начин се предотвратява прегряването на сградата. За да се намали обратният топлинен поток, топлоизолационният слой е направен под формата на структура от пчелна пита, която играе ролята на уловител на слънчевата светлина. Недостатъкът на такава система е невъзможността за преразпределение на енергията по фасадите на сградата и липсата на акумулиращ ефект. В допълнение, ефективността на тази система зависи пряко от нивото на слънчевата активност.

Според авторите идеалната топлоизолационна система трябва до известна степен да прилича на жив организъм и да варира в широки граници свойствата си в зависимост от условията на околната среда. При понижаване на външната температура топлоизолационната система трябва да намали загубите на топлина от сградата, а при повишаване на температурата на външния въздух топлинното му съпротивление може да намалее. Прием през лятото слънчева енергиясградата трябва да зависи и от външни условия.

Предложената топлоизолационна система в много отношения има свойствата, формулирани по-горе. На фиг. 2а е показана схема на стена с предложената топлоизолационна система, на фиг. 2б – температурна графика в топлоизолационния слой без и с наличие на въздушна междина.

Топлоизолационният слой е изпълнен с вентилиран въздушен слой. Когато въздухът се движи през него с температура, по-висока от тази в съответната точка на графиката, големината на температурния градиент в топлоизолационния слой от стената към междинния слой намалява в сравнение с топлоизолацията без междинен слой, което намалява загубата на топлина от сграда през стената. Трябва да се има предвид, че намаляването на топлинните загуби от сградата ще бъде компенсирано от топлината, отделена от въздушния поток в междинния слой. Тоест температурата на въздуха на изхода на междинния слой ще бъде по-ниска, отколкото на входа.

Ориз. 2. Диаграма на топлоизолационната система (а) и температурна графика (б)

Физическият модел на задачата за изчисляване на топлинните загуби през стена с въздушна междина е представен на фиг. 3. Уравнението на топлинния баланс за този модел е както следва:

Ориз. 3. Изчислителна схема на топлинните загуби през обвивката на сградата

При изчисляване на топлинните потоци се вземат предвид проводимите, конвективните и радиационните механизми на топлообмен:

Където Q 1 – топлинен поток от помещението към вътрешната повърхност на ограждащата конструкция, W/m2;

Q 2 – топлинен поток през основната стена, W/m2;

Q 3 – топлинен поток през въздушната междина, W/m2;

Q 4 – топлинен поток през топлоизолационния слой зад междинния слой, W/m2;

Q 5 – топлинен поток от външната повърхност на ограждащата конструкция в атмосферата, W/m2;

T 1 , T 2, – температура на повърхността на стената, o C;

T 3 , T 4 – температура на повърхността на междинния слой, o C;

Tк, Т а– температура съответно в помещението и външния въздух, o C;

s – константа на Стефан-Болцман;

l 1, l 2 – коефициент на топлопроводимост съответно на основната стена и топлоизолацията, W/(m× o C);

e 1 , e 2 , e 12 – съответно степента на излъчване на вътрешната повърхност на стената, външната повърхност на топлоизолационния слой и намалената степен на излъчване на повърхностите на въздушната междина;

a in, a n, a 0 – коефициент на топлопреминаване съответно на вътрешната повърхност на стената, на външната повърхност на топлоизолацията и на повърхностите, ограничаващи въздушната междина, W/(m 2 × o C).

Формула (14) е написана за случая, когато въздухът в слоя е неподвижен. В случай, че въздухът се движи в междинния слой със скорост u с температура T u, вместо това Q 3 се разглеждат два потока: от издухания въздух към стената:

и от издухания въздух към екрана:

Тогава системата от уравнения се разделя на две системи:

Коефициентът на топлопреминаване се изразява чрез числото на Нуселт:

Където Л– характерен размер.

Формулите за изчисляване на числото на Нуселт бяха взети в зависимост от ситуацията. При изчисляване на коефициента на топлопреминаване върху вътрешните и външните повърхности на ограждащите конструкции се използват формули от:

където Ra= Pr×Gr – критерий на Rayleigh;

Gr = ж×b ×D T× Л 3 /n 2 – номер на Грасхоф.

При определяне на числото на Грасхоф разликата между температурата на стената и температурата на околния въздух беше избрана като характерна температурна разлика. За характерни размери са взети: височината на стената и дебелината на слоя.

При изчисляване на коефициента на топлопреминаване a 0 вътре в затворена въздушна междина, формулата от:

(22)

Ако въздухът вътре в слоя се премести, се използва по-проста формула за изчисляване на числото на Нуселт:

(23)

където Re = v×d/n – число на Рейнолдс;

d – дебелина на въздушната междина.

Стойностите на числото на Прандтл Pr, кинематичния вискозитет n и коефициента на топлопроводимост на въздуха l в зависимост от температурата бяха изчислени чрез линейна интерполация на таблични стойности от . Системи от уравнения (11) или (19) бяха решени числено чрез итеративно прецизиране по отношение на температурите T 1 , T 2 , T 3 , T 4 . За числено моделиране беше избрана топлоизолационна система, базирана на топлоизолация, подобна на пенополистирол с коефициент на топлопроводимост 0,04 W/(m 2 × o C). Температурата на въздуха на входа на междинния слой се приема за 8 o C, общата дебелина на топлоизолационния слой е 20 cm, дебелината на междинния слой д– 1 см.

На фиг. Фигура 4 показва графики на специфичните топлинни загуби през изолационния слой на конвенционален топлоизолатор при наличие на затворен топлоизолационен слой и с вентилиран въздушен слой. Затворената въздушна междина почти не подобрява топлоизолационните свойства. За разглеждания случай наличието на топлоизолационен слой с движещ се въздушен поток намалява повече от половината топлинни загуби през стената при температура на външния въздух минус 20 o C. Еквивалентната стойност на съпротивлението на топлопреминаване на такава топлоизолация за тази температура е 10,5 m 2 × o C/W, което съответства на слой експандиран полистирол с дебелина над 40,0 cm.

д д= 4 см при неподвижен въздух; ред 3 – скорост на въздуха 0,5 m/s

Ориз. 4. Графики на специфични топлинни загуби

Ефективността на изолационната система се увеличава с намаляване на външната температура. При температура на външния въздух 4 o C ефективността на двете системи е еднаква. По-нататъшното повишаване на температурата прави използването на системата непрактично, тъй като води до увеличаване на нивото на топлинни загуби от сградата.

На фиг. Фигура 5 показва зависимостта на температурата на външната повърхност на стената от температурата на външния въздух. Според фиг. 5, наличието на въздушна междина повишава температурата на външната повърхност на стената при отрицателни външни температури в сравнение с конвенционалната топлоизолация. Това се обяснява с факта, че движещият се въздух отдава топлината си както на вътрешния, така и на външния слой на топлоизолацията. При високи температури на външния въздух такава топлоизолационна система играе ролята на охлаждащ слой (виж фиг. 5).

Ред 1 – конвенционална топлоизолация, д= 20 см; ред 2 – в топлоизолацията има въздушна междина с ширина 1 см, д= 4 cm, скорост на въздуха 0,5 m/s

Ориз. 5. Температурна зависимост на външната повърхност на стенатана външната температура

На фиг. Фигура 6 показва зависимостта на температурата на изхода от междинния слой от температурата на външния въздух. Въздухът в слоя, охлаждайки се, отдава енергията си на ограждащите повърхности.

Ориз. 6. Температурна зависимост на изхода на междинния слойна външната температура

На фиг. Фигура 7 показва зависимостта на топлинните загуби от дебелината на външния слой топлоизолация при минимална външна температура. Според фиг. 7 се наблюдават минимални топлинни загуби при д= 4 см.

Ориз. 7. Зависимост на топлинните загуби от дебелината на външния слой топлоизолация при минимална външна температура

На фиг. Фигура 8 показва зависимостта на топлинните загуби при външна температура от минус 20 o C от скоростта на въздуха в слой с различна дебелина. Повишаването на скоростта на въздуха над 0,5 m/s не влияе значително на свойствата на топлоизолацията.

Ред 1 – д= 16 см; ред 2 – д= 18 см; ред 3 – д= 20 см

Ориз. 8. Зависимост на топлинните загуби от скоростта на въздухас различни дебелини на въздушната междина

Трябва да се обърне внимание на факта, че вентилираният въздушен слой ви позволява ефективно да контролирате нивото на топлинни загуби през повърхността на стената чрез промяна на скоростта на въздуха в диапазона от 0 до 0,5 m / s, което е невъзможно за конвенционалната топлоизолация. На фиг. Фигура 9 показва зависимостта на скоростта на въздуха от външната температура при фиксирано ниво на топлинни загуби през стената. Този подход към термичната защита на сградите позволява намаляване на енергоемкостта вентилационна систематъй като външната температура се повишава.

Ориз. 9. Зависимост на скоростта на въздуха от външната температура за фиксирано ниво на топлинни загуби

При създаването на топлоизолационната система, разгледана в статията, основният въпрос е източникът на енергия за повишаване на температурата на изпомпвания въздух. Като такъв източник се предлага топлината да се отнема от почвата под сградата чрез използване на почвен топлообменник. За по-ефективно използване на почвената енергия се предполага, че вентилационната система във въздушната междина трябва да бъде затворена, без засмукване на атмосферен въздух. Тъй като температурата на въздуха, влизащ в системата през зимата, е по-ниска от температурата на земята, проблемът с кондензацията на влага тук не съществува.

Авторите виждат най-ефективното използване на такава система в комбинацията от два източника на енергия: слънчева и земна топлина. Ако се обърнем към споменатите по-горе системи с прозрачен топлоизолационен слой, става очевидно желанието на авторите на тези системи да реализират по един или друг начин идеята за термодиод, тоест да решат проблема с насочен трансфер на слънчева енергия към стената на сграда, като същевременно се вземат мерки за предотвратяване движението на потока топлинна енергия в обратна посока.

Външният абсорбиращ слой може да бъде боядисан тъмен цвятметална чиния. А вторият абсорбиращ слой може да бъде въздушна междина в топлоизолацията на сградата. Въздухът, който се движи в слоя, затваряйки се през земния топлообменник, в слънчево времезагрява почвата, акумулира слънчева енергия и я преразпределя по фасадите на сградата. Топлината от външния слой към вътрешния слой може да бъде прехвърлена с помощта на термични диоди, направени на топлинни тръби с фазови преходи.

Така предложената топлоизолационна система с контролирани топлофизични характеристики се основава на дизайн с топлоизолационен слой, който има три характеристики:

– вентилирана въздушна междина, успоредна на обвивката на сградата;

– източник на енергия за въздуха вътре в слоя;

– система за управление на параметрите на въздушния поток в междинния слой в зависимост от външните атмосферни условия и температурата на въздуха в помещенията.

Един от възможни вариантипроекти - използването на прозрачна топлоизолационна система. В този случай топлоизолационната система трябва да бъде допълнена с друг въздушен слой, прилежащ към стената на сградата и комуникиращ с всички стени на сградата, както е показано на фиг. 10.

Топлоизолационната система, показана на фиг. 10, има два въздушни слоя. Единият от тях е разположен между топлоизолацията и прозрачната ограда и служи за предотвратяване на прегряване на сградата. За тази цел в горната и долната част на изолационния панел има въздушни клапи, свързващи слоя с външния въздух. През лятото и при висока слънчева активност, когато има опасност от прегряване на сградата, клапите се отварят, осигурявайки вентилация с външен въздух.

Ориз. 10. Прозрачна топлоизолационна система с вентилиран въздушен слой

Втората въздушна междина е в непосредствена близост до стената на сградата и служи за транспортиране на слънчева енергия в рамките на обвивката на сградата. Този дизайн ще позволи на цялата повърхност на сградата да използва слънчева енергия през дневните часове, осигурявайки в допълнение ефективно акумулиране на слънчева енергия, тъй като целият обем на стените на сградата действа като батерия.

Също така е възможно да се използва традиционна топлоизолация в системата. В този случай земен топлообменник може да служи като източник на топлинна енергия, както е показано на фиг. единадесет.

Ориз. единадесет. Топлоизолационна система със земен топлообменник

Друг вариант е да се използват емисиите от вентилацията на сградата за тази цел. В този случай, за да се предотврати кондензация на влага в междинния слой, е необходимо отстраненият въздух да премине през топлообменник и да се въведе външен въздух, загрят в топлообменника, в междинния слой. От междинния слой въздухът може да потече в помещението за вентилация. Въздухът се нагрява, когато преминава през земен топлообменник и отдава енергията си на ограждащата конструкция.

Необходим елемент от топлоизолационната система трябва да бъде автоматична системаконтролира свойствата му. На фиг. Фигура 12 показва блокова схема на системата за управление. Управлението се извършва въз основа на анализ на информация от сензори за температура и влажност чрез промяна на режима на работа или изключване на вентилатора и отваряне и затваряне на въздушните клапи.

Ориз. 12. Блокова схема на системата за управление

Блокова схема на алгоритъма на работа на вентилационна система с контролирани свойства е показана на фиг. 13.

На начална фазаработа на системата за управление (виж фиг. 12) въз основа на измерените стойности на температурата на външния въздух и в помещенията, управляващият блок изчислява температурата във въздушната междина за състоянието на неподвижен въздух. Тази стойност се сравнява с температурата на въздуха в слоя на южната фасада при изграждане на топлоизолационна система, както на фиг. 10, или в земен топлообменник - при проектиране на топлоизолационна система, както на фиг. 11. Ако изчислената стойност на температурата е по-голяма или равна на измерената, вентилаторът остава изключен и въздушните клапи в помещението се затварят.

Ориз. 13. Блокова схема на алгоритъма за работа на вентилационната система с управлявани имоти

Ако изчислената стойност на температурата е по-малка от измерената, включете циркулационния вентилатор и отворете клапите. В този случай енергията на нагрятия въздух се пренася към стенните конструкции на сградата, намалявайки нуждата от топлинна енергия за отопление. В същото време се измерва стойността на влажността на въздуха в междинния слой. Ако влажността достигне точката на кондензация, се отваря клапа, свързваща въздушната междина с външния въздух, което предотвратява кондензирането на влага върху повърхността на стените на междината.

По този начин предложената топлоизолационна система позволява реално контролиране на топлинните свойства.

ИЗПИТВАНЕ НА МОДЕЛ НА ТОПЛОИЗОЛАЦИОННА СИСТЕМА С КОНТРОЛИРАНА ТОПЛОИЗОЛАЦИЯ ЧРЕЗ ИЗПОЛЗВАНЕ НА ЕМИСИИ ОТ ВЕНТИЛАЦИЯТА НА СГРАДАТА

Експерименталната схема е показана на фиг. 14. На тухлената стена на помещението в горната част на асансьорната шахта е монтиран макет на топлоизолационната система. Моделът се състои от топлоизолация, представляваща паронепропускливи топлоизолационни плочи (едната повърхност е алуминиева с дебелина 1,5 mm, втората е алуминиево фолио), изпълнена с пенополиуретан с дебелина 3,0 cm с коефициент на топлопроводимост 0,03 W/(m 2 × o C). Съпротивление на топлопреминаване на плочата – 1,0 m 2 × o C/W, тухлена стена– 0,6 m 2 × o C/W. Между топлоизолационните плочи и повърхността на ограждащите елементи на сградата има въздушна междина с дебелина 5 см. За да се определи температурни условияи движението на топлинния поток през ограждащата конструкция, в нея са монтирани сензори за температура и топлинен поток.

Ориз. 14. Схема на експериментална система с контролирана топлоизолация

Снимка на инсталираната топлоизолационна система със захранване от вентилационната система за оползотворяване на топлината е показана на фиг. 15.

Допълнителна енергия се доставя вътре в междинния слой с въздух, взет от системата за оползотворяване на отработената топлина от вентилационните емисии на сградата. Вентилационните емисии са взети от изхода на вентилационната шахта на сградата на ДП „Институт НИПТИС им. Atayev S.S.”, се подават към първия вход на рекуператора (виж фиг. 15а). Към втория вход на рекуператора се подаваше въздух от вентилационния слой, а от втория изход на рекуператора - отново към вентилационния слой. Отработеният вентилационен въздух не може да се подава директно във въздушната междина поради риск от кондензация на влага вътре в нея. Следователно вентилационните емисии на сградата първо преминават през топлообменник-рекуператор, чийто втори вход получава въздух от междинния слой. В рекуператора се нагрява и с помощта на вентилатор се подава към въздушната междина на вентилационната система през фланец, монтиран в долната част на изолационния панел. През втория фланец в горната част на топлоизолацията въздухът се отстраняваше от панела и затваряше цикъла на движението си на втория вход на топлообменника. По време на работата беше записана информация от сензори за температура и топлинен поток, инсталирани съгласно диаграмата на фиг. 14.

За управление на режимите на работа на вентилаторите и за улавяне и запис на параметрите на експеримента е използван специален блок за управление и обработка на данни.

На фиг. 16 показва графики на температурните промени: външен въздух, вътрешен въздух и вътрешен въздух различни частимеждинни слоеве. От 7.00 до 13.00 часа системата преминава в стационарен режим на работа. Разликата между температурата на входа на въздуха в слоя (сензор 6) и температурата на изход от него (сензор 5) се оказа около 3 o C, което показва разход на енергия от преминаващия въздух.

Ориз. 16. Температурни диаграми: а – външен въздух и вътрешен въздух;b – въздух в различни части на слоя

На фиг. Фигура 17 показва графики на зависимостта от времето на температурата на стенните повърхности и топлоизолацията, както и температурата и топлинния поток през ограждащата повърхност на сградата. На фиг. 17b ясно показва намаляване на топлинния поток от помещението след подаване на нагрят въздух към вентилационния слой.

Ориз. 17. Графики спрямо времето: а – температура на стенните повърхности и топлоизолацията;b – температурен и топлинен поток през ограждащата повърхност на сградата

Получените от авторите експериментални резултати потвърждават възможността за контролиране на свойствата на топлоизолацията с вентилиран слой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Важен елемент на енергийно ефективните сгради е нейната обвивка. Основните насоки на развитие на намаляването на топлинните загуби на сградите чрез сградни обвивки са свързани с активната топлоизолация, когато сградната обвивка играе важна роля при формирането на параметрите на вътрешната среда на помещенията. Най-очевидният пример е обвивка на сграда с въздушна междина.

2 Авторите предлагат топлоизолационен дизайн със затворена въздушна междина между топлоизолацията и стената на сградата. За да се предотврати кондензацията на влага във въздушния слой, без да се намаляват топлоизолационните свойства, беше разгледана възможността за използване на паропропускливи вложки в топлоизолацията. Разработен е метод за изчисляване на площта на вложките в зависимост от условията на използване на топлоизолацията. За някои стенни конструкции, както в първия пример от таблица 1, можете да правите без паропропускливи вложки. В други случаи площта на паропропускливите вложки може да бъде незначителна спрямо площта на изолираната стена.

3 Разработена е методика за изчисляване на топлинните характеристики и проектиране на топлоизолационна система с контролирани топлинни свойства. Дизайнът е направен под формата на система с вентилирана въздушна междина между два слоя топлоизолация. Когато въздухът се движи в слой с температура, по-висока от тази в съответната точка на стена с конвенционална топлоизолационна система, величината на температурния градиент в топлоизолационния слой от стената към слоя намалява в сравнение с топлоизолацията без слой. , което намалява загубата на топлина от сградата през стената. Възможно е да се използва топлината на почвата под сградата като енергия за повишаване на температурата на изпомпвания въздух, като се използва почвен топлообменник или слънчева енергия. Разработени са методи за изчисляване на характеристиките на такава система. Експериментално потвърждение на реалността на използването на топлоизолационна система с контролиран термични характеристикиза сгради.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Богословски, В. Н. Строителна топлинна физика / В. Н. Богословски. – SPb.: AVOK-СЕВЕРО-ЗАПАД, 2006. – 400 с.

2. Топлоизолационни системи за сгради: ТКП.

4. Проектиране и монтаж на изолационна система с вентилируем въздушен слой на база трислойни фасадни панели: Р 1.04.032.07. – Минск, 2007. – 117 с.

5. Данилевски, Л. Н. По въпроса за намаляване на нивото на топлинни загуби в сграда. Опитът на беларуско-германското сътрудничество в строителството / Л. Н. Данилевски. – Минск: Стринко, 2000. – С. 76, 77.

6. Алфред Кершбергер „Solares Bauen mit transparenter Warmedammung.“ Systeme, Wirtschaftlichkeit, Perspektiven, BAUVERLAG GMBH, WEISBADEN UND BERLIN.

7. Die ESA-Solardassade – Dammen mit Licht / ESA-Energiesysteme, 3. Passivhaustagung 19 до 21 февруари 1999 г. Брегенц. -Р. 177–182.

8. Peter O. Braun, Innovative Gebaudehullen, Warmetechnik, 9, 1997. – R. 510–514.

9. Пасивна къща като адаптивна система за поддържане на живота: резюмета на доклади Междунар. научно-технически конф. „От термично саниране на сгради – до пасивна къща. Проблеми и решения” / Л. Н. Данилевски. – Минск, 1996. – С. 32–34.

10. Топлоизолация с контролирани свойства за сгради с ниски топлинни загуби: сборник. тр. / Държавно предприятие „Институт НИПТИС им. Атаева С.С.”; Л. Н. Данилевски. – Минск, 1998. – С. 13–27.

11. Данилевски, Л. Топлоизолационна система с контролирани свойства за пасивна къща / Л. Данилевски // Архитектура и строителство. – 1998. – № 3. – С. 30, 31.

12. Мартиненко, О. Г. Свободен конвективен топлопренос. Справочник / О. Г. Мартиненко, Ю. А. Соковишин. – Минск: Наука и техника, 1982. – 400 с.

13. Михеев, М. А. Основи на топлообмена / М. А. Михеев, И. М. Михеева. – М.: Енергия, 1977. – 321 с.

14. Външна вентилирана ограда на сградата: Пат. 010822 Евраз. Патентно ведомство, IPC (2006.01) E04B 2/28, E04B 1/70 / Л. Н. Данилевски; заявител Държавно предприятие „НИПТИС институт им. Атаева С.С.” – No 20060978; изявление 05.10.2006 г.; публ. 30.12.2008 // Бюлетин. Евразийско патентно ведомство. – 2008. – №6.

15. Външна вентилирана ограда на сградата: Пат. 11343 Представител Беларус, MPK (2006) E04B1/70, E04B2/28 / Л. Н. Данилевски; заявител Държавно предприятие „НИПТИС институт им. Атаева С.С.” – No 20060978; приложение 05.10.2006 г.; публ. 30.12.2008 // Бюлетин Afitsyiny. / Национален център интелектуален. Уласностци. – 2008 г.

Пренос на топлина и влага чрез външни огради

Основи на топлообмена в сграда

Топлината винаги се движи от по-топла среда към по-студена. Процесът на пренасяне на топлина от една точка на пространството в друга поради температурна разлика се нарича пренос на топлинаи е колективен, тъй като включва три елементарни вида топлообмен: топлопроводимост (проводимост), конвекция и излъчване. По този начин, потенциалпренос на топлина е температурна разлика.

Топлопроводимост

Топлопроводимост- вид пренос на топлина между неподвижни частици на твърдо, течно или газообразно вещество. По този начин топлопроводимостта е топлообменът между частици или структурни елементи на материалната среда, които са в пряк контакт един с друг. Когато се изучава топлопроводимостта, веществото се разглежда като твърда маса, неговата молекулна структура се игнорира. В чистата си форма топлопроводимостта се среща само в твърди вещества, тъй като в течни и газообразни среди е почти невъзможно да се осигури неподвижност на дадено вещество.

Повечето строителни материали са порести тела. Порите съдържат въздух, който има способността да се движи, тоест да пренася топлина чрез конвекция. Смята се, че конвективният компонент на топлопроводимостта на строителните материали може да бъде пренебрегнат поради неговата малка площ. Вътре в порите се осъществява лъчист топлообмен между повърхностите на нейните стени. Предаването на топлина чрез излъчване в порите на материалите се определя главно от размера на порите, тъй като колкото по-голяма е пората, толкова по-голяма е температурната разлика през нейните стени. Когато се разглежда топлопроводимостта, характеристиките на този процес са свързани с общата маса на веществото: скелета и порите заедно.

Обвивката на сградата обикновено е плоскопаралелни стени, при които преносът на топлина се извършва в една посока. Освен това обикновено когато топлотехнически изчислениявъншни ограждащи конструкции, се приема, че преносът на топлина става, когато стационарни топлинни условия, тоест с постоянно време на всички характеристики на процеса: топлинен поток, температура във всяка точка, топлофизични характеристики на строителните материали. Затова е важно да се вземе предвид процес на едномерна стационарна топлопроводимост в хомогенен материал, което се описва от уравнението на Фурие:

Където р Т - повърхностна плътност на топлинния потокминаваща през равнина, перпендикулярна на топлинен поток, W/m2;

λ - топлопроводимост на материала, W/m. o C;

T- изменение на температурата по оста x, °C;

Отношението се нарича температурен градиент, около S/m, и е обозначен град т. Температурният градиент е насочен към повишаване на температурата, което е свързано с поглъщане на топлина и намаляване на топлинния поток. Знакът минус от дясната страна на уравнение (2.1) показва, че увеличаването на топлинния поток не съвпада с повишаване на температурата.

Топлопроводимостта λ е една от основните топлинни характеристики на материала. Както следва от уравнение (2.1), топлопроводимостта на даден материал е мярка за проводимостта на топлина от материал, числено равна на топлинния поток, преминаващ през 1 m 2 площ, перпендикулярна на посоката на потока, с температурен градиент по протежение на потока, равен на 1 o C/m (фиг. 1). как повече стойностλ, колкото по-интензивен е процесът на топлопроводимост в такъв материал, толкова по-голям е топлинният поток. Следователно за топлоизолационни материали се считат материали с топлопроводимост под 0,3 W/m. относно С.

Изотерми; - ------ - линии за топлинен поток.

Промени в топлопроводимостта на строителните материали с промени в тяхната плътноствъзниква поради факта, че почти всеки строителни материаливключва скелет- основен строителен материал и въздух. К.Ф. Фокин дава за пример следните данни: топлопроводимостта на абсолютно плътно вещество (без пори), в зависимост от природата му, има топлопроводимост от 0,1 W/m o C (за пластмаса) до 14 W/m o C (за кристална вещества с топлинен поток по кристалната повърхност), докато въздухът има топлопроводимост от около 0,026 W/m o C. Колкото по-висока е плътността на материала (по-малка порьозност), толкова по-голяма е стойността на неговата топлопроводимост. Ясно е, че леките топлоизолационни материали имат относително ниска плътност.

Разликите в порьозността и топлопроводимостта на скелета водят до разлики в топлопроводимостта на материалите, дори при еднаква плътност. Например, следните материали (Таблица 1) при същата плътност, ρ 0 =1800 kg/m 3, имат различни стойности на топлопроводимост:

Маса 1.

Топлопроводимостта на материали със същата плътност е 1800 kg/m 3.

Тъй като плътността на материала намалява, неговата топлопроводимост l намалява, тъй като влиянието на проводимия компонент на топлопроводимостта на скелета на материала намалява, но влиянието на радиационния компонент се увеличава. Следователно намаляването на плътността под определена стойност води до увеличаване на топлопроводимостта. Тоест има определена стойност на плътност, при която топлопроводимостта има минимална стойност. Има оценки, че при 20 o C в пори с диаметър 1 mm топлопроводимостта по радиация е 0,0007 W/ (m°C), с диаметър 2 mm - 0,0014 W/ (m°C) и др. По този начин топлопроводимостта чрез излъчване става значителна при топлоизолационни материалис ниска плътност и големи размери на порите.

Топлинната проводимост на даден материал се увеличава с повишаване на температурата, при която се извършва пренос на топлина. Увеличаването на топлопроводимостта на материалите се обяснява с увеличаване на кинетичната енергия на скелетните молекули на веществото. Топлопроводимостта на въздуха в порите на материала също се увеличава и интензивността на преноса на топлина в тях чрез излъчване. В строителната практика зависимостта на топлопроводимостта от температурата от голямо значениеНе е необходимо да се преизчисляват стойностите на топлопроводимостта на материалите, получени при температури до 100 o C, към техните стойности при 0 o C, като се използва емпиричната формула O.E. Власова:

λ o = λ t / (1+β . t), (2.2)

където λ o е топлопроводимостта на материала при 0 o C;

λ t - топлопроводимост на материала при t o C;

β - температурен коефициентпромени в топлопроводимостта, 1/ o C, за различни материали, равни на около 0,0025 1/ o C;

t е температурата на материала, при която коефициентът му на топлопроводимост е равен на λ t.

За плоска хомогенна стена с дебелина δ (фиг. 2) топлинният поток, пренесен чрез топлопроводимост през хомогенна стена, може да се изрази с уравнението:

Където τ 1 , τ 2- температурни стойности на стенните повърхности, o C.

От израз (2.3) следва, че разпределението на температурата по дебелината на стената е линейно. Наименува се величината δ/λ топлинна устойчивост на слоя материали маркиран Р Т, m 2. o C/W:

Фиг.2. Разпределение на температурата в плоска хомогенна стена

Следователно топлинният поток р Т, W/m 2, през равномерна плоскопаралелна стена с дебелина δ , m, от материал с топлопроводимост λ, W/m. o C, може да се запише във формата

Термичното съпротивление на слоя е съпротивлението на топлопроводимост, равно на температурната разлика на противоположните повърхности на слоя при преминаване през него на топлинен поток с повърхностна плътност 1 W/m 2 .

Преносът на топлина чрез топлопроводимост се осъществява в материалните слоеве на обвивката на сградата.

Конвекция

Конвекция- пренос на топлина чрез движещи се частици материя. Конвекция възниква само в течни и газообразни вещества, както и между течна или газообразна среда и повърхността на твърдо тяло. В този случай преносът на топлина се осъществява чрез топлопроводимост. Комбинираният ефект на конвекция и топлопроводимост в граничната област близо до повърхността се нарича конвективен топлопренос.

Конвекцията се осъществява върху външните и вътрешните повърхности на загражденията на сградите. Конвекцията играе важна роля в топлообмена на вътрешните повърхности на помещението. При различни значениятемпературата на повърхността и въздуха в близост до нея, пренася топлина към по-ниска температура. Топлинният поток, предаван чрез конвекция, зависи от начина на движение на течността или газа, измиващи повърхността, от температурата, плътността и вискозитета на движещата се среда, от грапавостта на повърхността, от разликата между температурите на повърхността и околната среда.

Процесът на топлообмен между повърхността и газа (или течността) протича по различен начин в зависимост от характера на движението на газа. Разграничете естествена и принудителна конвекция.В първия случай движението на газ възниква поради разликата в температурата между повърхността и газа, във втория - поради външни за този процес сили (работа на вентилатори, вятър).

Принудителна конвекция в общ случайможе да бъде придружено от процеса на естествена конвекция, но тъй като интензивността на принудителната конвекция значително надвишава интензивността на естествената конвекция, естествената конвекция често се пренебрегва, когато се разглежда принудителната конвекция.

В бъдеще ще се разглеждат само стационарни процеси на конвективен топлопренос, които предполагат постоянна скорост и температура във времето във всяка точка на въздуха. Но тъй като температурата на стайните елементи се променя доста бавно, получените зависимости за стационарни условия могат да бъдат разширени до процеса нестационарни топлинни условия на помещението, при което във всеки разглеждан момент процесът на конвективен топлообмен върху вътрешните повърхности на оградите се счита за стационарен. Зависимостите, получени за стационарни условия, могат да бъдат разширени и в случай на внезапна промяна в естеството на конвекцията от естествена към принудителна, например, когато е включено отоплително устройство с рециркулация на помещението (вентилаторна конвекция или сплит система в режим на термопомпа). в стаята. Първо, новият режим на движение на въздуха се установява бързо и, второ, необходимата точност на инженерната оценка на процеса на топлообмен е по-ниска от възможните неточности от липсата на корекция на топлинния поток по време на преходното състояние.

За инженерната практика на изчисленията за отопление и вентилация е важен конвективният топлообмен между повърхността на ограждащата конструкция или тръбата и въздуха (или течността). В практическите изчисления уравненията на Нютон се използват за оценка на конвективния топлинен поток (фиг. 3):

, (2.6)

Където q до- топлинен поток, W, предаван чрез конвекция от движеща се среда към повърхността или обратно;

т а- температура на въздуха, измиващ повърхността на стената, o C;

τ - температура на повърхността на стената, o C;

α към- коефициент на конвективен топлопренос на повърхността на стената, W/m 2. o C.

Фиг.3 Конвективен топлообмен между стена и въздух

Коефициент на топлопреминаване чрез конвекция, a към- физична величина, числено равна на количеството топлина, предадена от въздуха към повърхността на твърдо тяло чрез конвективен топлообмен с разлика между температурата на въздуха и температурата на повърхността на тялото, равна на 1 o C.

С този подход цялата сложност физически процесконвективният топлопренос се съдържа в коефициента на топлопреминаване, a към. Естествено стойността на този коефициент е функция на много аргументи. За практическа употреба се приемат много приблизителни стойности a към.

Уравнение (2.5) може удобно да се пренапише като:

Където R до - устойчивост на конвективен топлопреносна повърхността на ограждащата конструкция, m 2. o C/W, равна на разликата в температурата на повърхността на оградата и температурата на въздуха по време на преминаването на топлинен поток с повърхностна плътност 1 W/m 2 от повърхността към въздуха или обратно. Съпротива R дое реципрочната стойност на коефициента на конвективен топлопренос a към:

Радиация

Радиация (лъчисто пренасяне на топлина) е пренос на топлина от повърхност към повърхност през радиационно прозрачна среда чрез електромагнитни вълни, трансформиращи се в топлина (фиг. 4).

Фиг.4. Лъчист топлообмен между две повърхности

Всяко физическо тяло, което има температура, различна от абсолютната нула, излъчва енергия в околното пространство под формата на електромагнитни вълни. Свойствата на електромагнитното излъчване се характеризират с дължина на вълната. Лъчението, което се възприема като топлинно и има дължина на вълната в диапазона 0,76 - 50 микрона, се нарича инфрачервено.

Например лъчистият топлообмен се осъществява между повърхности, обърнати към помещението, между външни повърхности различни сгради, повърхности на земята и небето. Лъчистият топлообмен между вътрешните повърхности на загражденията на помещението и повърхността е важен отоплителен уред. Във всички тези случаи лъчистата среда, която предава топлинните вълни, е въздухът.

В практиката за изчисляване на топлинния поток по време на лъчист топлопренос се използва опростена формула. Интензитетът на топлообмен чрез излъчване q l, W/m 2, се определя от разликата в температурата на повърхностите, участващи в лъчистия топлообмен:

, (2.9)

където τ 1 и τ 2 са температурните стойности на повърхностите, обменящи лъчиста топлина, o C;

α l - коефициент на лъчист топлопреминаване върху повърхността на стената, W/m 2. o C.

Коефициент на радиационен топлопреминаване, a l- физическа величина, числено равна на количеството топлина, пренесено от една повърхност на друга чрез излъчване, когато разликата между температурите на повърхността е 1 o C.

Нека представим концепцията устойчивост на лъчист топлообмен R lвърху повърхността на ограждащата конструкция, m 2. o C/W, равна на температурната разлика на повърхностите на оградите, обменящи лъчиста топлина, когато топлинен поток с повърхностна плътност 1 W/m 2 преминава от повърхност на повърхност.

Тогава уравнение (2.8) може да бъде пренаписано като:

Съпротива R lе реципрочната стойност на коефициента на радиационен топлопренос a l:

Термично съпротивление на въздушния слой

За осигуряване на равномерност, устойчивост на топлопредаване затворени въздушни междиниразположени между слоевете на ограждащата конструкция се наричат термична устойчивост R в. p, m 2. o C/W.

Диаграмата на топлообмена през въздушната междина е показана на фиг. 5.

Фиг.5. Топлообмен във въздушната междина

Топлинният поток преминава през въздушната междина q в. П, W/m2, се състои от потоци, предавани чрез топлопроводимост (2) q t, W/m 2 , конвекция (1) q до, W/m 2 и радиация (3) q l, W/m 2 .

q в. n =q t +q k +q l . (2.12)

В този случай делът на потока, предаван от радиация, е най-голям. Нека разгледаме затворен вертикален въздушен слой, на чиято повърхност температурната разлика е 5 o C. С увеличаване на дебелината на слоя от 10 mm до 200 mm делът на топлинния поток, дължащ се на радиация, се увеличава от 60% до 80%. В този случай делът на пренесената топлина чрез топлопроводимост пада от 38% на 2%, а делът на конвективния топлинен поток се увеличава от 2% на 20%.

Директното изчисляване на тези компоненти е доста тромаво. Следователно в нормативни документипредоставя данни за термичното съпротивление на затворени въздушни слоеве, които са събрани от K.F. през 50-те години на ХХ век. Фокин въз основа на резултатите от експериментите на М.А. Михеева. Ако върху едната или двете повърхности на въздушната междина има топлоотразяващо алуминиево фолио, което възпрепятства лъчистия топлообмен между повърхностите, оформящи въздушната междина, термичното съпротивление трябва да се удвои. За да се увеличи термичното съпротивление на затворените въздушни слоеве, се препоръчва да се имат предвид следните изводи от изследванията:

1) слоевете с малка дебелина са ефективни от гледна точка на топлотехниката;

2) по-рационално е да направите няколко тънки слоя в оградата, отколкото един голям;

3) препоръчително е да поставите въздушните междини по-близо до външната повърхност на оградата, тъй като това намалява топлинния поток чрез излъчване през зимата;

4) вертикалните слоеве във външните стени трябва да бъдат преградени с хоризонтални диафрагми на нивото на междуетажните тавани;

5) за намаляване на топлинния поток, предаван от радиация, една от повърхностите на междинния слой може да бъде покрита алуминиево фолио, имащ коефициент на излъчване около ε=0,05. Покриването на двете повърхности на въздушната междина с фолио практически не намалява преноса на топлина в сравнение с покриването на една повърхност.

Въпроси за самоконтрол

1. Какъв е потенциалът за пренос на топлина?

2. Избройте елементарните видове топлообмен.

3. Какво е пренос на топлина?

4. Какво е топлопроводимост?

5. Каква е топлопроводимостта на материала?

6. Напишете формулата за топлинния поток, предаван чрез топлопроводимост в многослойна стена при известни температури на вътрешната t in и външната t n повърхности.

7. Какво е термично съпротивление?

8. Какво е конвекция?

9. Напишете формулата за топлинния поток, пренесен чрез конвекция от въздуха към повърхността.

10. Физическо значение на коефициента на конвективен топлопреминаване.

11. Какво е радиация?

12. Напишете формулата за топлинния поток, пренесен чрез излъчване от една повърхност на друга.

13. Физическо значение на коефициента на радиационен топлопреминаване.

14. Как се нарича съпротивлението на топлопреминаване на затворена въздушна междина в обвивката на сградата?

15. От какъв вид топлинен поток се състои общият топлинен поток през въздушния слой?

16. Какъв характер на топлинния поток преобладава в топлинен потокпрез въздушна междина?

17. Как дебелината на въздушната междина влияе върху разпределението на потоците в нея.

18. Как да намалим топлинния поток през въздушната междина?

.
1.3 Сградата като единна енергийна система.
2. Пренос на топлина и влага през външни огради.
2.1 Основи на топлообмена в сграда.
2.1.1 Топлопроводимост.
2.1.2 Конвекция.
2.1.3 Радиация.
2.1.4 Термично съпротивление на въздушния слой.
2.1.5 Коефициенти на топлопреминаване на вътрешни и външни повърхности.
2.1.6 Предаване на топлина през многослойна стена.
2.1.7 Намалена устойчивост на пренос на топлина.
2.1.8 Разпределение на температурата в секцията на оградата.
2.2 Условия на влажност на ограждащи конструкции.
2.2.1 Причини за появата на влага в оградите.
2.2.2 Отрицателни последици от намокряне на външни огради.
2.2.3 Връзка между влага и строителни материали.
2.2.4 Влажен въздух.
2.2.5 Съдържание на влага в материала.
2.2.6 Сорбция и десорбция.
2.2.7 Паропропускливост на огради.
2.3 Въздушна пропускливост на външни огради.
2.3.1 Основни положения.
2.3.2 Разлика в налягането върху външната и вътрешната повърхност на оградите.
2.3.3 Въздушна пропускливост на строителните материали.

2.1.4 Термично съпротивление на въздушния слой.

За осигуряване на равномерност, устойчивост на топлопредаване затворени въздушни междиниразположени между слоевете на ограждащата конструкция се наричат термична устойчивост R v.p, m². ºС/W.
Диаграмата на топлообмена през въздушната междина е показана на фиг. 5.

Фиг.5. Топлообмен във въздушния слой.