За равномерност, устойчивост на топлопреминаване затворени въздушни междиниразположени между слоевете на сградната обвивка, т.нар термична устойчивост Rv.p, м². ºС/W.
Схемата за пренос на топлина през въздушната междина е показана на фиг.5.

Фиг.5. Пренос на топлина във въздушната междина.

Топлинният поток, преминаващ през въздушната междина qv.p, W/m², се състои от потоци, предавани чрез топлопроводимост (2) qt, W/m², конвекция (1) qc, 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 съпротивлението на топлопреминаване въз основа на санитарно-хигиенните условия

, R0 = *

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

R 0 ≥ R 0 tr

SNiP разширява това изискване до намаленото съпротивление. пренос на топлина.

R 0 pr ≥ R 0 tr

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

приемам. според стандартите за проектиране. сграда

t n - - изчислена зимна температура на външния въздух, ° С, равна на средната температура на най-студения петдневен период със сигурност 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, взета съгласно SNiP

Необходима устойчивост на топлопредаване R tr околовратите и портите трябва да бъдат най-малко 0,6 R tr околостени на сгради и конструкции, определени по формулата (1) при изчислен зимна температуравъншен въздух, равна на средната температура на най-студения петдневен период със сигурност 0,92.

При определяне на необходимата устойчивост на топлопредаване на вътрешни ограждащи конструкции във формула (1) трябва да се вземе вместо t n- изчислената температура на въздуха на по-хладното помещение.

26. Топлотехническо изчисление на необходимата дебелина на оградния материал въз основа на условията за постигане на необходимата устойчивост на топлопредаване.

27. Влажност на материала. Причини за намокряне на конструкцията

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

Това се случва по тегло и обем

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

почвена влага. (капилярно изсмукване). Достига ниво от 2-2,5 м. Водоустойчивите слоеве, с правилното устройство не засягат.

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

3) Атмосферна влага. (кос дъжд, сняг). Особено важно е за покриви и корнизи .. масивните тухлени стени не изискват защита, ако фугирането е направено правилно. прозоречни блокове, текстуриран слой от водоустойчиви материали. Защита = защитна стена на склона

4) Работна влага. (в работилници промишлени сгради, главно в подовете и долните части на стените) решение: водоустойчиви подове, дренажна система, керамични облицовки на долната част, водоустойчива мазилка. Защита=защитна обшивка с вътр. страни

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

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

28. Влияние 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 мазилката поради натрупаната влага под нея, след което влагата замръзва, разширява се в обем и откъсва мазилката. Неустойчивите на влага материали се деформират при намокряне. Например, гипсът става пълзящ с увеличаване на влажността, подуване на шперплата, разслояване.

3) Намаляване на дълготрайността - брой години безотказна работа на конструкцията

4) Биологично увреждане (гъбички, мухъл) поради оросяване

5) Загуба на естетически вид

Ето защо при избора на материали се взема предвид техният режим на влага и се избират материали с най-ниско съдържание на влага. Също така, прекомерната влажност в помещението може да причини разпространение на болести и инфекции.

От техническа гледна точка води до загуба на издръжливост и структура и мразоустойчивост. Някои материали за висока влажностгубя механична сила, промяна на формата. Например, гипсът става пълзящ с увеличаване на влажността, подуване на шперплата, разслояване. Корозия на метала. влошаване на външния вид.

29. Сорбцията на водни пари изгражда. матер. Сорбционни механизми. Хистерезис на сорбция.

Сорбция- процесът 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 молекула на пара с повърхността на порите и залепване 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), тогава тя отделя влага.

Сорбционни механизми:

1.Адсорбция

2. Капилярна кондензация

3. Обемно запълване на микропори

4. Запълване на междинното пространство

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

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

3 етап. капилярна кондензация.

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

Десорбция -естествен процес на сушене.

Хистерезис ("разлика") на сорбциясе състои в разликата между изотермата на сорбция, получена, когато материалът е навлажнен, и изотермата на десорбция, получена от изсушения материал. показва % разлика между тегловната влага на сорбция и влагата на теглото на десорбция (десорбция 4,3%, сорбция 2,1%, хистерезис 2,2%), когато изотермата на сорбция е овлажнена. Когато се изсуши, десорбция.

30. Механизми на влагопренос в материалите на строителните конструкции. Паропропускливост, капилярна абсорбция на вода.

1.Б зимно времепоради температурната разлика 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(изтичане) през порести материали.

4. Гравитационно изтичане на вода през пукнатини, дупки, макропори.

Паропропускливост -свойството на материал или структура, изработена от тях, да пропуска водни пари през себе си.

Коефициент на пропускливост- Физически. стойността е числено равна на броя на парата, преминала през плочата при единица площ, при единица спад на налягането, при единица дебелина на плочата, за единица време при частичен спад на налягането отстрани на плочата e 1 Pa. Температурите mu намаляват, с увеличаване на влажността mu се увеличава.

Пароустойчивост: 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 област с висока концентрация към област с ниска концентрация.

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

Капилярният транспорт може да бъде намален или елиминиран чрез осигуряване на подходяща бариера (малка въздушна междина или капилярен неактивен слой (непорест)).

31. Закон на Фик. Коефициент на паропропускливост

P (количество пара, g) \u003d (ev-en) F * z * (mu / дебелина),

Му- коеф. паропропускливост (определена съгласно SNIP 2379 топлотехника)

Физически стойността е числено равна на количеството пара, преминало през плочата при единица площ, при единица спад на налягането, при единица дебелина на плочата, за единица време при частичен спад на налягането отстрани на плочата e 1 Pa. [mg / (m 2 * Pa)]. Най-малкият mu има покривен материал 0,00018, най-големият мин. памук = 0,065 g / m * h * mm Hg, прозоречно стъклои металите са паронепроницаеми, въздухът е с най-голяма паропропускливост. При намаляване Температурите mu намаляват, с увеличаване на влажността mu се увеличава. Зависи от физичните свойства на материала и отразява способността му да провежда водна пара, дифундираща през него. Анизотропните материали имат различни мю (за дърво, по протежение на влакната = 0,32, напречно = 0,6).

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

Q \u003d (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 шевовете на екрана

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

Приемаме коефициента на топлинна нехомогенност на конструкцията r= 0,85, тогава Р изискване /r\u003d 3,19 / 0,85 \u003d 3,75 m 2 × ° С / W и необходимата дебелина на изолацията

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

Приемаме дебелината на изолацията  3 \u003d 0,15 m \u003d 150 mm (кратно на 30 mm) и 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\u003d 3,19 m 2 × ° C / W.

4.6. Определяне на топлинните и влажностните условия на вентилираната въздушна междина

Изчислението се извършва за условията на зимния период.

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 слоя) се приема равно на з= 12 м.

Средната температура на въздуха в слоя T 0 по-рано приет като

T 0 = 0,8Tвътр \u003d 0,8 (-9,75) \u003d -7,8 ° С.

Скоростта на движение на въздуха в слоя, когато входните и изпускателните отвори са разположени от една и съща страна на сградата:

където  е сумата от местните аеродинамични съпротивления на въздушния поток на входа, на завоите и на изхода на междинния слой; в зависимост от проектното решение на фасадната система= 3…7; приемам = 6.

Площ на напречното сечение на междинния слой с условна ширина b= 1 m и приета (в таблица 4.1) дебелина  = 0,05 m: Е=b \u003d 0,05 m 2.

Еквивалентен диаметър на въздушната междина:

Коефициентът на топлопреминаване на повърхността на въздушната междина a 0 се взема предварително съгласно параграф 9.1.2 от съвместното предприятие: a 0 = 10,8 W / (m 2 × ° С).

(m 2 × ° C) / W,

К int = 1/ Р 0.int \u003d 1 / 3,67 \u003d 0,273 W / (m 2 × ° C).

(m 2 × ° C) / W,

Квътр=1/ Р 0, ext \u003d 1 / 0,14 \u003d 7,470 W / (m 2 × ° C).

Коефициенти

0,35120 + 7,198 (-8,9) \u003d -64,72 W / m 2,

0,351 + 7,198 \u003d 7,470 W / (m 2 × ° C).

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

Средната температура на въздуха в междинния слой се различава от предварително приетата с повече от 5%, така че уточняваме изчислените параметри.

Скоростта на движение на въздуха в слоя:

Плътност на въздуха в междинния слой

Количеството (дебит) въздух, преминаващ през междинния слой:

Посочваме коефициента на топлопреминаване на повърхността на въздушната междина:

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 \u003d 1 / 3,86 \u003d 0,259 W / (m 2 × ° C).

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

(m 2 × ° C) / W,

Квътр=1/ Р 0.ext \u003d 1 / 0,36 \u003d 2,777 W / (m 2 × ° C).

Коефициенти

0,25920 + 2,777 (-9,75) \u003d -21,89 W / m 2,

0,259 + 2,777 \u003d 3,036 W / (m 2 × ° C).

Посочваме средната температура на въздуха в слоя:

Ние прецизираме средната температура на въздуха в междинния слой 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. Методът за изчисляване на предлаганата площ на вложките е в зависимост от условията на използване на топлоизолацията.

ВЪВЕДЕНИЕ

Въздушната междина е елемент на много сградни обвивки. В тази статия са изследвани свойствата на ограждащи конструкции със затворени и вентилирани въздушни междини. В същото време характеристиките на неговото приложение в много случаи изискват решаване на проблемите на изграждането на топлотехника при специфични условия на употреба.

Известно и широко използвано в строителството е проектирането на топлоизолационна система с вентилирана въздушна междина. Основното предимство на тази система пред системите с лека мазилка е възможността за извършване на работа по изолация на сгради. през цялата година. Системата за закрепване на изолацията първо се закрепва към ограждащата конструкция. Нагревателят е прикрепен към тази система. Външната защита на изолацията е монтирана от нея на известно разстояние, 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 в непосредствена близост 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 спестява 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 на долните етажи на сградите се увеличават, тъй като студеният въздух, навлизащ в междинния слой през отворите в долната част на системата, отнема известно време, за да се нагрее до постоянна температура.

ИЗОЛАЦИОННА СИСТЕМА СЪС ЗАТВОРЕНА ВЪЗДУШНА МЕЖДА

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 различен начин, без вентилация, получаваме топлоизолационна система със затворена въздушна междина без горните 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 вътре в него влажността 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. един. Топлоизолация с паропропускливи вложки

За налягането на наситените пари в междинния слой може да се напише следният израз:

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

(2)

където Т в, Tout- температура на въздуха в сградата и съответно на външния въздух около С;

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

За пара, мигрираща от стаята през стената на сградата, можете да напишете уравнението:

(3)

където ПИН, П– парциално налягане на парите в помещението и междинния слой, Pa;

С 1 - площта на външната стена на сградата, m 2;

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, може да се напише следното уравнение:

(5)

където P вън– парциално налягане на парите във външния въздух, Pa;

С 2 - площта на паропропускливите топлоизолационни вложки в топлоизолацията на сградата, m 2;

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

тук Р pp2 \u003d m 2 / л 2 ;

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

л 2 – дебелина на вложката, m.

Приравняване на десните части на уравнения (3) и (5) и решаване на полученото уравнение за баланса на парите 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 въздушната междина под формата на неравенство:

и решавайки го, 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, могат да се откажат от паропропускливи вложки. В други случаи площта на паропропускливите вложки може да бъде незначителна в сравнение с площта на изолираната стена.

ТОПЛОИЗОЛАЦИОННА СИСТЕМА С КОНТРОЛИРАНИ ТОПЛОТЕХНИЧЕСКИ 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. околен свят, 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)

Такива свойства могат да бъдат притежавани от топлоизолационна система с прозрачен външен слой или с вентилирана въздушна междина. В първия случай се използва слънчева енергия, а във втория може допълнително да се използва топлинната енергия на земята заедно със земния топлообменник.

В система с прозрачна топлоизолация при ниско положение на слънцето, неговите лъчи преминават към стената почти без загуба, загряват я, като по този начин намаляват загубите на топлина от помещението. AT лятно време, при високо положение на слънцето над хоризонта, слънчевите лъчи се отразяват почти напълно от стената на сградата, като по този начин се предпазва сградата от прегряване. За да се намали обратният топлинен поток, топлоизолационният слой е направен под формата на структура от пчелна пита, която играе ролята на капан за 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 променя свойствата си в широк диапазон 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 външната температура топлинното й съпротивление може да намалее. През лятото слънчева енергияв сградата също трябва да зависи от външните условия.

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

Топлоизолационният слой е направен с вентилирана въздушна междина. Когато в него се движи въздух с температура, по-висока от съответната точка на графиката, стойността 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. В същото време 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. Схема на топлоизолационната система (а) и температурна графика (б)

Физическият модел на задачата за изчисляване на топлинните загуби през стена с въздушна междина е показан на фиг. 3. Уравнението на топлинния баланс за този модел има следната форма:

Ориз. 3. Схема за изчисляване на топлинните загуби през обвивката на сградата

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

където Q 1 - топлинен поток от помещението към вътрешната повърхност на обвивката на сградата, W / m 2;

Q 2 - топлинен поток през основната стена, W / m 2;

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

Q 4 – топлинен поток през топлоизолационния слой зад междинния слой, W/m 2 ;

Q 5 - топлинен поток от външната повърхност на ограждащата конструкция в атмосферата, W / m 2;

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

T 3 , T 4 – температура на повърхността на междинния слой, о С;

Tк, Т а- температура в помещението и съответно на външния въздух около С;

s е константата на Стефан-Болцман;

l 1, l 2 - топлопроводимост на основната стена и съответно топлоизолация, W / (m × o C);

e 1, e 2, e 12 - емисионната способност на вътрешната повърхност на стената, външната повърхност на топлоизолационния слой и съответно намалената емисионна способност на повърхностите на въздушната междина;

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

Формула (14) е написана за случая, когато въздухът в междинния слой е неподвижен. В случай, че въздух с температура T u вместо 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 са използвани следните формули:

където Ra= Pr×Gr – критерий на Rayleigh;

Gr= ж×b ×D T× Л 3 /n 2 е числото на Грасхоф.

При определяне на числото на Грасхоф разликата между температурата на стената и температурата на околния въздух беше избрана като характерен температурен спад. 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 е използвана следната формула за изчисляване на числото на Нуселт:

(22)

Ако въздухът вътре в междинния слой се движеше, беше използвана по-проста формула за изчисляване на числото на Нуселт от:

(23)

където Re = v×d /n е числото на Рейнолдс;

d е дебелината 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 , Tчетири . За числена симулация беше избрана топлоизолационна система, базирана на топлоизолация, подобна на експандиран полистирен с коефициент на топлопроводимост 0,04 W/(m 2 × o C). Температурата на въздуха на входа на междинния слой се приема за 8 ° C, общата дебелина на топлоизолационния слой е 20 cm, дебелината на междинния слой д- 1 см.

На фиг. 4 показва графики на специфични 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 свойствата на топлоизолацията. За разглеждания случай наличието на топлоизолационен слой с движещ се въздушен поток повече от удвоява загубата на топлина през стената при външна температура от минус 20 ° C. Еквивалентната стойност на съпротивлението на топлопреминаване на такава топлоизолация за тази температура е 10,5 m 2 × ° C / W, което съответства на слоя експандиран полистирол с дебелина повече от 40,0 cm.

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

Ориз. четири. Графики на зависимостта на специфичните топлинни загуби

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

На фиг. 5 показва зависимостта на температурата на външната повърхност на стената от температурата на външния въздух. Съгласно фиг. 5, наличието на въздушна междина повишава температурата на външната повърхност на стената при отрицателна външна температура в сравнение с конвенционалната топлоизолация. Това е така, защото 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 - обикновена 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. Зависимостта на температурата на външната повърхност на стенатаот температурата на външния въздух

На фиг. 6 е показана зависимостта на температурата на изхода на междинния слой от температурата на външния въздух. Въздухът в междинния слой, охлаждайки се, предава енергията си на ограждащите повърхности.

Ориз. 6. Зависимост на температурата на изхода от междинния слойот температурата на външния въздух

На фиг. 7 е показана зависимостта на топлинните загуби от дебелината на външния слой топлоизолация при минимална външна температура. Съгласно фиг. 7, минималните топлинни загуби се наблюдават при д= 4 см.

Ориз. 7. Зависимостта на топлинните загуби от дебелината на външния слой на топлоизолацията при минимална външна температура

На фиг. 8 показва зависимостта на топлинните загуби за външна температура от минус 20 ° C от скоростта на въздуха в междинен слой с различна дебелина. Повишаването на скоростта на въздуха над 0,5 m/s не оказва съществено влияние върху свойствата на топлоизолацията.

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

Ориз. осем. Зависимост на топлинните загуби от скоростта на въздухас различна дебелина на въздушния слой

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 да се намали потреблението на енергия. 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 предполага, че се отвежда топлината на 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 използването на два източника на енергия: слънчева и земна топлина. Ако се обърнем към гореспоменатите системи с прозрачен топлоизолационен слой, става очевидно, че авторите на тези системи се стремят да реализират идеята за термичен диод по един или друг начин, тоест да решат проблема с насочен трансфер на слънчева енергия към стената на сградата, като същевременно се вземат мерки за предотвратяване на движението на потока на 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 междинния слой, затваряйки се през земния топлообменник, в слънчево времезагрява земята, 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 структура с топлоизолационен слой, имащ три характеристики:

- вентилиран въздушен слой, успореден на обвивката на сградата;

е източникът на енергия за въздуха вътре в междинния слой;

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

Един от настроикиконструкция - използване на прозрачна топлоизолационна система. В този случай топлоизолационната система трябва да бъде допълнена с друга въздушна междина, прилежаща към стената на сградата и комуникираща с всички стени на сградата, както е показано на фиг. десет.

Топлоизолационната система, показана на фиг. 10 има две въздушни пространства. Едната от тях е разположена между топлоизолацията и прозрачната ограда и служи за предпазване на сградата от прегряване. За тази цел в горната и долната част на топлоизолационния панел има въздушни клапи, свързващи междинния слой 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. десет. Прозрачна топлоизолационна система с вентилирана въздушна междина

Втората въздушна междина е в непосредствена близост до стената на сградата и служи за транспортиране на слънчева енергия в обвивката на сградата. Такъв дизайн ще позволи използването на слънчева енергия от цялата повърхност на сградата през светлата част на деня, осигурявайки освен това ефективно натрупване на слънчева енергия, тъй като целият обем на стените на сградата действа като акумулатор.

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

Като друга възможност за тази цел могат да бъдат предложени емисии от вентилацията на сградата. В този случай, за да се предотврати кондензация на влага в междинния слой, е необходимо да се прекара отстраненият въздух през топлообменника и да се остави външният въздух, загрят в топлообменника, в междинния слой. От междинния слой въздухът може да влезе в помещението за вентилация. Въздухът се нагрява, преминавайки през земния топлообменник, и предава енергията си на обвивката на сградата.

Необходим елемент от топлоизолационната система трябва да бъде автоматична системауправление на неговите имоти. На фиг. 12 е блокова схема на системата за управление. Управлението се основава 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

Блоковата схема на алгоритъма на работа на вентилационната 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 външната и вътрешната температура, управляващият блок изчислява температурата във въздушната междина за неподвижно състояние на въздуха. Тази стойност се съпоставя с температурата на въздуха в слоя на южната фасада при проектирането на топлоизолационната система, както на фиг. 10, или в земен топлообменник - при проектиране на топлоизолационна система, както на фиг. 11. Ако изчислената температура е по-голяма или равна на измерената температура, вентилаторът остава изключен и въздушните клапи в междинния слой са затворени.

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

Ако изчислената температура е по-ниска от измерената, включете циркулационния вентилатор и отворете клапите. В този случай енергията на нагрятия въздух се отдава на 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 оросяване, се отваря клапа, свързваща въздушната междина с външния въздух, което гарантира, че влагата не кондензира по повърхността на стените на междината.

По този начин предложената система за топлоизолация ви позволява наистина да контролирате топлинните свойства.

ТЕСТВАНЕ НА СХЕМАТА НА ТОПЛОИЗОЛАЦИОННАТА СИСТЕМА С КОНТРОЛИРАНА ТОПЛОИЗОЛАЦИЯ ЧРЕЗ ИЗПОЛЗВАНЕ НА ЕМИСИИТЕ ОТ ВЕНТИЛАЦИЯТА НА СГРАДАТА

Схемата на експеримента е показана на фиг. 14. Разположението на топлоизолационната система е монтирано върху тухлената стена на помещението в горната част на асансьорната шахта. Оформлението се състои от топлоизолация, представляваща паронепроницаеми топлоизолационни плочи (едната повърхност е алуминий с дебелина 1,5 mm; втората е алуминиево фолио), запълнена с полиуретанова пяна с дебелина 3,0 cm с коефициент на топлопроводимост 0,03 W / (m 2 × o ° С). 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 движение на топлинния поток през ограждащата конструкция, в нея са монтирани сензори за температура и топлинен поток.

Ориз. четиринадесет. Схема на експериментална система с контролирана топлоизолация

Снимка на инсталираната топлоизолационна система с енергоснабдяване от вентилационната система за оползотворяване на топлината е показана на фиг. петнадесет.

Допълнителна енергия вътре в слоя се доставя с въздух, взет на изхода на системата за възстановяване на топлината от вентилационните емисии на сградата. Вентилационните емисии са взети от изхода на вентилационната шахта на сградата на Държавно предприятие „Институт НИПТИС на името на A.I. Ataeva S.S., се подават към първия вход на рекуператора (виж фиг. 15а). Въздухът се подава от вентилационния слой към втория вход на рекуператора и отново към вентилационния слой от втория изход на рекуператора. Отработеният вентилационен въздух не може да се подава директно във въздушната междина поради опасност от кондензация на влага вътре в нея. Следователно вентилационните емисии на сградата първо преминават през топлообменника-рекуператор, чийто втори вход получава въздух от междинния слой. В топлообменника той се нагрява и с помощта на вентилатор се подава към въздушната междина на вентилационната система през фланец, монтиран в долната част на топлоизолационния панел. През втория фланец в горната част на топлоизолацията въздухът се отвеждаше от панела и затваряше цикъла на движението си на втория вход на топлообменника. В процеса на работа се записва информацията, получена от сензорите за температура и топлинен поток, монтирани по схемата на фиг.1. четиринадесет.

За управление на режимите на работа на вентилаторите и записване 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 междинния слой (сензор 6) и температурата на изхода му (сензор 5) се оказа около 3°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 междинния слой

На фиг. 17 са показани графики на зависимостта от времето на температурата на повърхностите на стените и топлоизолацията, както и на температурата и топлинния поток през ограждащата повърхност на сградата. На фиг. 17b, ясно се записва намаляване на топлинния поток от помещението след подаването на нагрят въздух към вентилационния слой.

Ориз. 17. Графики спрямо времето: a - температура на повърхностите на стената и топлоизолацията;b - температура 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 тяхната обвивка. Основните насоки за 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, се разглежда 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, могат да се откажат от паропропускливи вложки. В други случаи площта на паропропускливите вложки може да бъде незначителна спрямо площта на изолираната стена.

3 Разработен е метод за изчисляване на топлинни 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. При движение във въздушен слой с температура по-висока от тази в съответната точка на стената 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. Като енергия за повишаване на температурата на изпомпвания въздух е възможно да се използва топлината на почвата под сградата, като се използва почвен топлообменник или слънчева енергия. Разработени са методи за изчисляване на характеристиките на такава система. Експериментално потвърждение за реалността на използването на топлоизолационна система с контролиран термични характеристикиза сгради.

БИБЛИОГРАФИЯ

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

2. Топлоизолационни системи за сгради: ТКП.

4. Проектиране и монтаж на изолационна система с вентилирана въздушна междина на база трислойни фасадни панели: Р 1.04.032.07. - Минск, 2007. - 117 с.

5. Danilevsky, LN 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 bis 21 февруари 1999 г. Брегенц. -Р. 177–182.

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

9. Пасивна къща като адаптивна система за поддържане на живота: резюмета на Междунар. научно-технически конф. „От топлинна санация 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: Сб. тр. / SE "NIPTIS институт 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. О. Г. Мартиненко, Свободен конвективен пренос на топлина. 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. Външно вентилирано ограждане на сградата: Пат. 010822 Евраз. Патентно ведомство, IPC (2006.01) Е04В 2/28, Е04В 1/70 / Л. Н. Данилевски; заявител Държавно предприятие „Институт НИПТИС им Атаева С.С. - No 20060978; дек. 05.10.2006 г.; публ. 30 декември 2008 г. // Бюл. Евразийско патентно ведомство. - 2008. - № 6.

15. Външно вентилирано ограждане на сградата: Пат. 11343 Представител Беларус, IPC (2006) E04B1 / 70, E04B2 / 28 / Л. Н. Данилевски; заявител Държавно предприятие „Институт НИПТИС им Атаева С.С. - No 20060978; дек. 05.10.2006 г.; публ. 30.12.2008 г. // Afitsyyny bul. / Национален център интелектуален. Уласностци. – 2008 г.

Пренос на топлина и влага чрез външни огради

Основи на топлообмена в сграда

Движението на топлина винаги става от по-топла среда към по-студена. Процесът на пренос на топлина от една точка в пространството в друга поради температурна разлика се нарича пренос на топлинаи е колективен, тъй като включва три елементарни вида пренос на топлина: 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 елементи от структурата на материалната среда, които са в пряк контакт един с друг. При изследване на топлопроводимостта веществото се разглежда като непрекъсната маса, като се пренебрегва неговата молекулна структура. В чистата си форма топлопроводимостта се среща само в твърди вещества, тъй като в течни и газообразни среди е практически 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. Лъчистият топлообмен се осъществява вътре в пората 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 на 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, пренос на топлина, при който 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 постоянството във времето на всички характеристики на процеса: топлинен поток, температура във всяка точка, топлофизични характеристики на строителните материали. Ето защо е важно да се вземе предвид процесът 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 / m 2;

λ - топлопроводимост на материала, W/m. около С;

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

Отношение, се нарича температурен градиент, около S/m, и се обозначава град т. Температурният градиент е насочен към повишаване на температурата, което е свързано с абсорбцията на топлина и намаляването на топлинния поток. Знакът минус от дясната страна на уравнение (2.1) показва, че увеличаването на топлинния поток не съвпада с повишаването 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 провеждането на топлина от материал, числено равна на топлинния поток, преминаващ през 1 m 2 от 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; - ------ - топлинни токови линии.

Промяна в топлопроводимостта на строителните материали с промяна в тяхната плътностсе дължи на факта, че почти всеки строителни материаливключва скелет- основен строителен материал и въздух. К.Ф. Например, Фокин цитира следните данни: топлопроводимостта на абсолютно плътно вещество (без пори), в зависимост от природата, има топлопроводимост от 0,1 W / m o C (за пластмаса) до 14 W / m o C (за кристални вещества с топлинен поток по протежение на 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 \u003d 1800 kg / m 3, имат различни стойности на топлопроводимост:

Маса 1.

Топлопроводимостта на материали с еднаква плътност е 1800 kg/m 3 .

С намаляване на плътността на материала, неговата топлопроводимост l намалява, тъй като влиянието на проводимия компонент на топлопроводимостта на материалния скелет 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 плътността, при която топлопроводимостта има минимална стойност. Има оценки, че при 20 ° C в пори с диаметър 1 mm топлопроводимостта на 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 топлообмен. Увеличаването на топлопроводимостта на материалите се обяснява с увеличаване на кинетичната енергия на молекулите на скелета на веществото. Топлопроводимостта на въздуха в порите на материала също се увеличава и интензивността на топлообмен в тях чрез излъчване. В строителната практика зависимостта на топлопроводимостта от температурата от голямо значениене трябва да преизчислява стойностите на топлопроводимостта на материалите, получени при температури до 100 ° C, до техните стойности при 0 ° C, емпиричната формула O.E. Власов:

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 около 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 неговата топлопроводимост е равна 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. Стойността δ/λ е наименувана топлинна устойчивост на слоя материали маркиран Р Т, m 2. около C / W:

Фиг.2. Разпределение на температурата в плоска хомогенна стена

Следователно топлинният поток р Т, W / m 2, през хомогенна плоскопаралелна стена с дебелина δ , m, от материал с топлопроводимост λ, W/m. за 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. Конвекцията се осъществява само в течни и газообразни вещества, както и между течна или газообразна среда и повърхността на твърдо тяло. В този случай има пренос на топлина и топлопроводимост. Комбинираният ефект на конвекция и топлопроводимост в граничната област близо до повърхността се нарича конвективен топлопренос.

Конвекцията се осъществява по външните и вътрешните повърхности на оградите на сградата. Конвекцията играе важна роля в топлообмена на вътрешните повърхности на помещението. При различни стойноститемпература на повърхността и въздуха в близост до нея, има преход на 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. среден.

Процесът на топлообмен между повърхността и газа (или течността) протича по различен начин в зависимост от естеството на възникване на движението на газа. Разграничете естествена и принудителна конвекция.В първия случай движението на газ възниква поради температурната разлика между повърхността и газа, във втория - поради външни за този процес сили (работа на вентилатора, 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, когато се разглежда принудителната конвекция, естествената конвекция често се пренебрегва.

В бъдеще ще се разглеждат само стационарни процеси на конвективен топлопренос, като се приеме, че скоростта и температурата са постоянни във времето във всяка точка на въздуха. Но тъй като температурата на елементите на помещението 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 по вътрешните повърхности на оградите се счита за неподвижен. Зависимостите, получени за стационарни условия, могат да бъдат разширени и в случай на внезапна промяна в характера на конвекцията от естествена към принудителна, например, когато рециркулационно устройство за отопление на стая (вентилаторна конвекция или сплит система в режим на термопомпа) включен в стая. 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, конвективният топлопренос между повърхността на сградната обвивка или тръбата и въздуха (или течността) е важен. При практически изчисления, за да се оцени конвективният топлинен поток (фиг. 3), се използват уравненията на Нютон:

, (2.6)

където q до- топлинен поток, W, пренесен чрез конвекция от движещата се среда към повърхността или обратно;

та- температура на въздуха, измиващ повърхността на стената, o C;

τ - температура на повърхността на стената, o C;

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

Фиг.3 Конвективен топлообмен на стената с въздуха

Коефициент на топлопреминаване на конвекция, a към- физическа величина, числено равна на количеството топлина, пренесено от въздуха към повърхността на твърдо тяло чрез конвективен топлопренос при разлика между температурата на въздуха и температурата на повърхността на тялото, равна на 1 o C.

С този подход, сложността 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 топлопреносвърху повърхността на ограждащата конструкция, m 2. o C / W, равна на температурната разлика на повърхността на оградата и температурата на въздуха по време на преминаването на топлинен поток с повърхностна плътност 1 W / m 2 от повърхност към въздуха или обратно. Съпротива R дое реципрочната стойност на коефициента на конвективен топлопренос a към:

Радиация

Излъчването (лъчист пренос на топлина) е преносът на топлина от повърхността към повърхността през лъчиста среда чрез електромагнитни вълни, които се трансформират в топлина (фиг. 4).

Фиг.4. Лъчист пренос на топлина 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 дължината 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, земни и небесни повърхности. Важен лъчист топлообмен между вътрешните повърхности на загражденията на помещението и повърхността нагревател. Във всички тези случаи лъчистата среда, която предава термичните вълни, е въздухът.

В практиката за изчисляване на топлинния поток при лъчист топлопренос се използва опростена формула. Интензитетът на пренос на топлина чрез излъчване q l, W / m 2, се определя от температурната разлика на повърхностите, участващи в лъчистия топлопренос:

, (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 топлопреминаване чрез радиация, a l- физическа величина, числено равна на количеството топлина, пренесено от една повърхност към друга чрез излъчване при разлика между повърхностните температури, равна на 1 o C.

Представяме ви понятието устойчивост на лъчист топлопренос R lвърху повърхността на обвивката на сградата, m 2. o C / W, равна на температурната разлика на повърхностите на оградите, обменящи лъчиста топлина, при преминаване от повърхността към повърхността на топлинен поток с повърхностна плътност 1 W / m 2.

Тогава уравнение (2.8) може да бъде пренаписано като:

Съпротива R lе реципрочната стойност на коефициента на лъчиста топлопреминаване a l:

Термично съпротивление на въздушната междина

За равномерност, устойчивост на топлопреминаване затворени въздушни междиниразположени между слоевете на сградната обвивка, т.нар термична устойчивост R в. p, m 2. около C / W.

Схемата за пренос на топлина през въздушната междина е показана на фиг.5.

Фиг.5. Пренос на топлина във въздушната междина

Топлинният поток преминава през въздушната междина q c. П, W / m 2, 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 c. p \u003d 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 ° 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 документидадени са данни за топлинното съпротивление на затворени въздушни пространства, които през 50-те години на ХХ век са съставени от K.F. Фокин въз основа на резултатите от експериментите на М.А. Михеев. 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 топлинното съпротивление чрез затворени въздушни пространства, се препоръчва да се имат предвид следните изводи от проучванията:

1) термично ефективни са междинните слоеве с малка дебелина;

2) по-рационално е да се направят няколко слоя с малка дебелина в оградата, отколкото един голям;

3) желателно е да поставите въздушни междини по-близо до външната повърхност на оградата, тъй като в този случай топлинният поток от радиация намалява през зимата;

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

5) за намаляване на топлинния поток, предаван от радиация, е възможно да се покрие една от повърхностите на междинния слой алуминиево фолио, имащ коефициент на излъчване около ε=0,05. Покриването на двете повърхности на въздушната междина с фолио не намалява значително 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, пренесен 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 топлопренос.

11. Какво е радиация?

12. Напишете формулата за топлинния поток, предаван чрез лъчение от една повърхност на друга.

13. Физическо значение на коефициента на лъчист топлопреминаване.

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

15. От какво естество общият топлинен поток през въздушната междина се състои от топлинни потоци?

16. Какъв характер на топлинния поток преобладава в топлинен потокпрез въздушната 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 въздушната междина.
2.1.5 Коефициенти на топлопреминаване на вътрешната и външната повърхност.
2.1.6 Предаване на топлина през многослойна стена.
2.1.7 Намалена устойчивост на пренос на топлина.
2.1.8 Разпределение на температурата по участъка на оградата.
2.2 Режим на влага на ограждащи конструкции.
2.2.1 Причини за влага в оградите.
2.2.2 Отрицателни ефекти от овлажняване на външни огради.
2.2.3 Комуникация на влага със 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 прегради.
2.3.1 Основи.
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 въздушната междина.

За равномерност, устойчивост на топлопреминаване затворени въздушни междиниразположени между слоевете на сградната обвивка, т.нар термична устойчивост R vp, m². ºС/W.
Схемата за пренос на топлина през въздушната междина е показана на фиг.5.

Фиг.5. Пренос на топлина във въздушната междина.