Pour apporter de l'uniformité, résistance au transfert de chaleur entrefers fermés situés entre les couches de la structure enveloppante sont appelés résistance thermique Rv.p, m². ºС/W.
Le diagramme du transfert de chaleur à travers l'entrefer est illustré à la Fig. 5.

Figure 5. Échange de chaleur dans la couche d'air.

Le flux de chaleur traversant la couche d'air qv.p, W/m², est constitué des flux transmis par conductivité thermique (2) qt, W/m², convection (1) qк, W/m² et rayonnement (3) ql, W/m².

24. Résistance conditionnelle et réduite au transfert de chaleur. Coefficient d'homogénéité thermotechnique des structures enveloppantes.

25. Normalisation de la résistance au transfert de chaleur en fonction des conditions sanitaires et hygiéniques

, R 0 = *

On normalise Δ t n, alors R 0 tr = * , ceux. pour que Δ t≤ Δ t n Il faut

R 0 ≥ R 0 tr

SNiP étend cette exigence à une résistance réduite. transfert de chaleur

R 0 pr ≥ R 0 tr

t in - température de conception de l'air intérieur, °C ;

accepter selon les normes de conception. bâtiment

t n - - température de l'air extérieur hivernale estimée, °C, égale à la température moyenne des cinq jours les plus froids avec une probabilité de 0,92

A in (alpha) - coefficient de transfert de chaleur surface intérieure structures enveloppantes, adoptées selon SNiP

Δt n - différence de température standard entre la température de l'air intérieur et la température de la surface interne de la structure enveloppante, adoptée selon SNiP

Résistance de transfert de chaleur requise R tr o les portes et portails doivent être d'au moins 0,6 R tr o murs de bâtiments et de structures, déterminés par la formule (1) avec la conception température hivernale air extérieur égale à la température moyenne des cinq jours les plus froids avec une probabilité de 0,92.

Lors de la détermination de la résistance au transfert de chaleur requise des structures d'enceinte internes dans la formule (1), elle doit être prise à la place tn-température de l'air calculée de la pièce la plus froide.

26. Calcul d'ingénierie thermique de l'épaisseur requise du matériau de clôture en fonction des conditions permettant d'atteindre la résistance au transfert de chaleur requise.

27. Humidité du matériau. Raisons de l'amortissement de la structure

Humidité -quantité physiqueégale à la quantité d'eau contenue dans les pores du matériau.

Disponible en masse et en volume

1) Humidité de construction.(lors de la construction d'un immeuble). Cela dépend de la conception et de la méthode de construction. Solide maçonnerie pire que les blocs de céramique. Le plus favorable est le bois (murs préfabriqués). w/w pas toujours. Doit disparaître dans les 2=-3 ans d'exploitation Mesures : sécher les murs.

Humidité du sol. (aspiration capillaire). Atteint un niveau de 2 à 2,5 m de couches d'étanchéité, avec appareil correct n'affecte pas.

2) humidité du sol, pénètre dans la clôture depuis le sol grâce à l'aspiration capillaire

3) Humidité atmosphérique. (pluie oblique, neige). C'est particulièrement important près des toits et des avant-toits... les murs en briques pleines ne nécessitent pas de protection si les joints sont effectués correctement. Les panneaux en béton armé et léger font attention aux joints et. blocs de fenêtre, une couche texturée de matériaux imperméables. Protection=mur de protection sur pente

4) Humidité de fonctionnement. (dans les ateliers bâtiments industriels, principalement en sols et parties basses de murs) solution : sols étanches, dispositif de drainage, bardage de la partie basse carreaux de céramique, enduit imperméable. Protection = doublure de protection avec intérieur côtés

5)humidité hygroscopique. En raison de l'hygroscopique accrue des matériaux (capacité à absorber la vapeur d'eau de l'air humide)

6) Condensation de l'humidité de l'air:a) à la surface de la clôture b) dans l'épaisseur de la clôture.

28. L'influence de l'humidité sur les propriétés des structures

1) Avec l'augmentation de l'humidité, la conductivité thermique de la structure augmente.

2) Déformations dues à l'humidité. L'humidité est bien pire que la dilatation thermique. Écaillage du plâtre dû à l'humidité accumulée en dessous, puis l'humidité gèle, prend du volume et arrache le plâtre. Les matériaux non résistants à l'humidité se déforment lorsqu'ils sont humidifiés. Par exemple, le gypse commence à fluer lorsque l'humidité augmente, le contreplaqué commence à gonfler et à se délaminer.

3) Durabilité réduite - nombre d'années de fonctionnement sans problème de la structure

4) Dommages biologiques (champignons, moisissures) dus à la rosée

5) Perte d’aspect esthétique

Par conséquent, lors du choix des matériaux, leurs conditions d'humidité sont prises en compte et les matériaux ayant l'humidité la plus élevée sont sélectionnés. De plus, une humidité intérieure excessive peut provoquer la propagation de maladies et d’infections.

D'un point de vue technique, cela entraîne des pertes dans la durabilité de la structure et dans ses propriétés de résistance au gel. Quelques matériaux humidité élevée perdre force mécanique, changer de forme. Par exemple, le gypse commence à fluer lorsque l'humidité augmente, le contreplaqué commence à gonfler et à se délaminer. Corrosion du métal. détérioration de l'apparence.

29. La sorption de la vapeur d’eau se développe. matière. Mécanismes de sorption. Hystérésis de sorption.

Absorption- le processus d'absorption de la vapeur d'eau, qui conduit à un état d'humidité d'équilibre du matériau avec l'air. 2 phénomènes. 1. Absorption résultant de la collision d'une molécule paire avec la surface d'un pore et de l'adhésion à cette surface (adsorption)2. Dissolution directe de l'humidité dans le volume corporel (absorption). L'humidité augmente avec l'augmentation de l'élasticité relative et la diminution de la température. « désorption » : si un échantillon humide est placé dans des dessiccateurs (solution d'acide sulfurique), il libère de l'humidité.

Mécanismes de sorption :

1.Adsorption

2.Condensation capillaire

3. Remplissage volumique des micropores

4. Remplissage de l'espace intercalaire

Étape 1. L'adsorption est un phénomène dans lequel la surface des pores est recouverte d'une ou plusieurs couches de molécules d'eau (dans les mésopores et les macropores).

Étape 2. Adsorption polymoléculaire - une couche adsorbée multicouche est formée.

Étape 3. Condensation capillaire.

CAUSE. Pression vapeur saturée au-dessus de la surface concave est inférieur à celui au-dessus surface plane liquides. Dans les capillaires de petit rayon, l'humidité forme des miniskies concaves, ce qui rend possible la condensation capillaire. Si D>2*10 -5 cm, alors il n'y aura pas de condensation capillaire.

Désorption – le processus de séchage naturel du matériau.

Hystérésis (« différence ») de sorption réside dans la différence entre l'isotherme de sorption obtenue lorsque le matériau est humidifié et l'isotherme de désorption obtenue à partir du matériau séché. montre la différence en % entre l'humidité pondérale pendant la sorption et l'humidité pondérale de la désorption (désorption 4,3 %, sorption 2,1 %, hystérésis 2,2 %) lors de l'humidification de l'isotherme de sorption. Lors du séchage, désorption.

30. Mécanismes de transfert d'humidité dans les matériaux de construction. Perméabilité à la vapeur, aspiration capillaire de l'eau.

1.B heure d'hiver en raison des différences de température et de pressions partielles différentes, un flux de vapeur d'eau traverse la clôture (de la surface intérieure vers l'extérieur) - diffusion de vapeur d'eau. En été, c'est l'inverse.

2. Transport convectif de vapeur d'eau(avec flux d'air)

3. Transfert d'eau capillaire(percolation) à travers des matériaux poreux.

4. De l'eau par gravité s'écoule à travers les fissures, trous, macropores.

Perméabilité à la vapeur – la capacité d’un matériau ou d’une structure fabriqué à partir de ceux-ci à laisser passer la vapeur d’eau.

Coefficient de perméabilité des pores- Phys. une valeur numériquement égale à la quantité de vapeur traversant la plaque avec une unité de surface, avec une perte de charge unitaire, avec une unité d'épaisseur de la plaque, avec une unité de temps avec une différence de pression partielle sur les côtés de la plaque e 1 Pa .. Avec une diminution. Les températures, mu diminuent, avec une humidité accrue, mu augmente.

Résistance à la perméation de vapeur : R=épaisseur/mu

Mu - coefficient de perméabilité à la vapeur (déterminé selon l'ingénierie thermique SNIP 2379)

Absorption capillaire de l’eau par les matériaux de construction – assure un transfert constant d'humidité liquide à travers des matériaux poreux d'une zone de forte concentration vers une zone de faible concentration.

Plus les capillaires sont fins, plus la force d’aspiration capillaire est grande, mais globalement le taux de transfert diminue.

Le transfert capillaire peut être réduit ou éliminé en installant une barrière appropriée (petit entrefer ou couche capillaire inactive (non poreuse)).

31. Loi de Fick. Coefficient de perméabilité à la vapeur

P(quantité de vapeur, g) = (ev-en)F*z*(mu/épaisseur),

Mu– coefficient perméabilité à la vapeur (déterminée selon SNIP 2379 technique de chauffage)

Phys. une valeur numériquement égale à la quantité de vapeur traversant la plaque avec une unité de surface, avec une perte de charge unitaire, avec une unité d'épaisseur de la plaque, avec une unité de temps avec une différence de pression partielle sur les côtés de la plaque e 1 Pa . [mg/(m 2 *Pa)]. Le plus petit mu a un matériau de toiture de 0,00018, le plus grand min.coton = 0,065 g/m*h*mm.Hg., verre à vitre et les métaux sont étanches à la vapeur, l'air a la plus grande perméabilité à la vapeur. En diminuant Les températures, mu diminuent, avec une humidité accrue, mu augmente. Cela dépend des propriétés physiques du matériau et reflète sa capacité à conduire la vapeur d’eau qui s’y diffuse. Les matériaux anisotropes ont des mu différents (pour le bois dans le sens du fil = 0,32, en travers = 0,6).

Résistance équivalente à la perméation de vapeur d'une clôture avec une disposition séquentielle de couches. La loi de Fick.

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

32 Calcul de la répartition de la pression partielle de vapeur d'eau sur l'épaisseur de la structure.

* – sans tenir compte de la perméabilité à la vapeur des joints de l'écran

La résistance thermique d'un entrefer fermé est prise selon le tableau 7 SP.

Nous acceptons le coefficient d'hétérogénéité technique thermique de la structure r= 0,85, alors R. demande /r= 3,19/0,85 = 3,75 m 2 ×°C/W et l'épaisseur d'isolation requise

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

Nous prenons l'épaisseur de l'isolant  3 = 0,15 m = 150 mm (multiples de 30 mm) et l'ajoutons au tableau. 4.2.

Conclusions :

En termes de résistance au transfert de chaleur, la conception est conforme aux normes, puisque la résistance au transfert de chaleur réduite R. 0 r au-dessus de la valeur requise R. demande :

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

4.6. Détermination des conditions thermiques et hygrométriques de la lame d'air ventilée

Le calcul est effectué pour des conditions hivernales.

Détermination de la vitesse de déplacement et de la température de l'air dans la couche

Plus la couche est longue (haute), plus la vitesse de déplacement de l'air et sa consommation sont grandes et, par conséquent, l'efficacité de l'élimination de l'humidité. D'un autre côté, plus la couche est longue (haute), plus le risque d'accumulation inacceptable d'humidité dans l'isolant et sur l'écran est grand.

La distance entre les trous de ventilation d'entrée et de sortie (la hauteur de l'intercalaire) est prise égale à N= 12 m.

Température moyenne de l'air dans la couche t 0 est provisoirement accepté comme

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

La vitesse de circulation de l'air dans l'intercalaire lorsque les ouvertures d'alimentation et d'évacuation sont situées d'un côté du bâtiment :

où  est la somme des résistances aérodynamiques locales au flux d'air à l'entrée, aux virages et à la sortie de la couche ; en fonction de la solution de conception du système de façade= 3...7 ; nous acceptons= 6.

Surface de coupe de l'intercalaire avec largeur nominale b= 1 m et épaisseur acceptée (dans le tableau 4.1) = 0,05 m : F=b= 0,05 m2.

Diamètre d’entrefer équivalent :

Le coefficient de transfert de chaleur de la surface de la couche d'air a 0 est préalablement accepté selon la clause 9.1.2 SP : a 0 = 10,8 W/(m 2 ×°C).

(m 2 ×°C)/W,

K entier = 1/ R. 0.int = 1/3,67 = 0,273 W/(m 2 ×°C).

(m 2 ×°C)/W,

K poste = 1/ R. 0, ext = 1/0,14 = 7,470 W/(m 2 ×°C).

Chances

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

0,351 + 7,198 = 7,470 W/(m 2 ×°C).

Où Avec– chaleur spécifique air, Avec= 1000 J/(kg×°C).

La température moyenne de l'air dans la couche diffère de celle précédemment acceptée de plus de 5 %, nous clarifions donc les paramètres de conception.

Vitesse de déplacement de l'air dans l'intercalaire :

Densité de l'air dans la couche

Quantité (débit) d'air traversant la couche :

Nous clarifions le coefficient de transfert thermique de la surface de la couche d'air :

W/(m 2 ×°C).

Résistance au transfert thermique et coefficient de transfert thermique de l’intérieur du mur :

(m 2 ×°C)/W,

K entier = 1/ R. 0.int = 1/3,86 = 0,259 W/(m 2 ×°C).

Résistance au transfert thermique et coefficient de transfert thermique de la partie extérieure du mur :

(m 2 ×°C)/W,

K poste = 1/ R. 0.ext = 1/0,36 = 2,777 W/(m 2 ×°C).

Chances

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

0,259 + 2,777 = 3,036 W/(m 2 ×°C).

Nous clarifions la température moyenne de l'air dans la couche :

Nous clarifions la température moyenne de l'air dans la couche plusieurs fois jusqu'à ce que les valeurs des itérations voisines diffèrent de plus de 5 % (tableau 4.6).

L'article traite de la conception d'un système d'isolation thermique avec une lame d'air fermée entre l'isolation thermique et le mur du bâtiment. Il est proposé d'utiliser des inserts perméables à la vapeur dans l'isolation thermique pour empêcher la condensation d'humidité dans la couche d'air. Une méthode est donnée pour calculer la surface des inserts en fonction des conditions d'utilisation de l'isolation thermique.

Cet article décrit le système d'isolation thermique ayant un espace d'air mort entre l'isolation thermique et le mur extérieur du bâtiment. Des inserts perméables à la vapeur d'eau sont proposés pour être utilisés dans l'isolation thermique afin d'éviter la condensation de l'humidité dans l'espace aérien. La méthode de calcul de la surface des inserts a été proposée en fonction des conditions d'utilisation de l'isolation thermique.

INTRODUCTION

La lame d’air est un élément de nombreuses enveloppes de bâtiments. Les travaux ont étudié les propriétés des structures enveloppantes avec des couches d'air fermées et ventilées. Dans le même temps, les caractéristiques de son application nécessitent dans de nombreux cas de résoudre les problèmes d'ingénierie du chauffage des bâtiments dans des conditions d'utilisation spécifiques.

La conception d'un système d'isolation thermique avec une lame d'air ventilée est connue et largement utilisée dans la construction. Le principal avantage de ce système par rapport aux systèmes d'enduit léger est la possibilité d'effectuer des travaux d'isolation des bâtiments. toute l'année. Le système de fixation de l'isolant est d'abord fixé à l'enveloppe du bâtiment. L'isolation est fixée à ce système. La protection extérieure de l'isolant est installée à une certaine distance de celui-ci, de sorte qu'un entrefer se forme entre l'isolant et la clôture extérieure. La conception du système d’isolation permet la ventilation de la lame d’air afin d’éliminer l’excès d’humidité, ce qui réduit la quantité d’humidité dans l’isolant. Les inconvénients de ce système incluent la complexité et la nécessité, ainsi que l'utilisation matériaux d'isolation utiliser des systèmes de revêtement qui offrent l’espace nécessaire pour le mouvement de l’air.

On connaît un système de ventilation dans lequel la lame d'air est adjacente directement au mur du bâtiment. L'isolation thermique est réalisée sous forme de panneaux à trois couches : la couche intérieure est un matériau d'isolation thermique, les couches extérieures sont en aluminium et en feuille d'aluminium. Cette conception protège l'isolation de la pénétration de l'humidité atmosphérique et de l'humidité des locaux. Par conséquent, ses propriétés ne se détériorent dans aucune condition de fonctionnement, ce qui permet d'économiser jusqu'à 20 % d'isolation par rapport aux systèmes conventionnels. L'inconvénient de ces systèmes est la nécessité de ventiler la couche pour éliminer l'humidité migrant des locaux du bâtiment. Cela entraîne une diminution propriétés d'isolation thermique systèmes. De plus, les pertes de chaleur des étages inférieurs des bâtiments augmentent, car l'air froid entrant dans la couche par les ouvertures situées au bas du système met un certain temps à se réchauffer jusqu'à atteindre une température stable.

SYSTÈME D'ISOLATION À COUCHE D'AIR FERMÉE

Un système d'isolation thermique similaire à celui avec une lame d'air fermée est possible. Il convient de prêter attention au fait que le mouvement de l'air dans la couche intermédiaire n'est nécessaire que pour éliminer l'humidité. Si nous résolvons le problème de l'élimination de l'humidité d'une autre manière, sans ventilation, nous obtiendrons un système d'isolation thermique avec une lame d'air fermée sans les inconvénients mentionnés ci-dessus.

Pour résoudre le problème, le système d'isolation thermique doit avoir la forme illustrée à la Fig. 1. L'isolation thermique du bâtiment doit être réalisée avec des inserts perméables à la vapeur en matériau d'isolation thermique, par exemple, laine minérale. Le système d'isolation thermique doit être disposé de manière à ce que la vapeur soit évacuée de l'intercalaire et que l'humidité à l'intérieur soit inférieure au point de rosée dans l'intercalaire.

1 – mur du bâtiment ; 2 – éléments de fixation ; 3 – panneaux d'isolation thermique ; 4 – inserts d’isolation vapeur et thermique

Riz. 1. Isolation thermique avec inserts perméables à la vapeur

Pour la pression de vapeur saturée dans l’intercalaire, on peut écrire l’expression :

En négligeant la résistance thermique de l'air dans l'intercalaire, on détermine la température moyenne à l'intérieur de l'intercalaire à l'aide de la formule

(2)

Où Étain, Tout– température de l'air à l'intérieur du bâtiment et de l'air extérieur, respectivement, o C ;

R. 1 , R. 2 – résistance au transfert de chaleur du mur et isolation thermique, respectivement, m 2 × o C/W.

Pour la vapeur migrant d’une pièce à travers le mur d’un bâtiment, on peut écrire l’équation :

(3)

Où Épingle, P.– pression partielle de vapeur dans la pièce et l'intercalaire, Pa ;

S 1 – zone mur extérieur bâtiments, m 2;

k pp1 – coefficient de perméabilité à la vapeur du mur, égal à :

Ici R. pp1 = m 1 / je 1 ;

m 1 – coefficient de perméabilité à la vapeur du matériau du mur, mg/(m×h×Pa) ;

je 1 – épaisseur de paroi, m.

Pour la vapeur migrant de la lame d'air à travers les inserts perméables à la vapeur dans l'isolation thermique d'un bâtiment, on peut écrire l'équation :

(5)

Où P dehors– pression partielle de vapeur dans l'air extérieur, Pa ;

S 2 – surface des inserts calorifuges perméables à la vapeur dans l'isolation thermique du bâtiment, m2 ;

k pp2 – coefficient de perméabilité à la vapeur des inserts, égal à :

Ici R. pp2 = m 2 / je 2 ;

m 2 – coefficient de perméabilité à la vapeur du matériau de l'insert perméable à la vapeur, mg/(m×h×Pa) ;

je 2 – épaisseur de la plaquette, m.

En égalisant les membres droits des équations (3) et (5) et en résolvant l'équation résultante pour le bilan de vapeur dans l'intercalaire par rapport à P., on obtient la valeur de la pression de vapeur dans l'intercalaire sous la forme :

(7)

où e = S 2 /S 1 .

Après avoir écrit la condition d'absence de condensation d'humidité dans la couche d'air sous la forme d'une inégalité :

et après l'avoir résolu, nous obtenons la valeur requise du rapport de la surface totale des inserts perméables à la vapeur à la surface du mur :

Le tableau 1 montre les données obtenues pour certaines options de structures de clôture. Les calculs supposent que le coefficient de conductivité thermique de l'insert perméable à la vapeur est égal au coefficient de conductivité thermique de l'isolation thermique principale du système.

Tableau 1. Valeur de ε pour différentes options de mur

Les exemples donnés dans le tableau 1 montrent qu'il est possible de concevoir une isolation thermique avec une lame d'air fermée entre l'isolation thermique et le mur du bâtiment. Pour certaines structures murales, comme dans le premier exemple du tableau 1, vous pouvez vous passer d'inserts perméables à la vapeur. Dans d'autres cas, la superficie des inserts perméables à la vapeur peut être insignifiante par rapport à la superficie du mur isolé.

SYSTÈME D'ISOLATION THERMIQUE À CARACTÉRISTIQUES THERMIQUES CONTRÔLÉES

La conception des systèmes d'isolation thermique a connu un développement important au cours des cinquante dernières années et les concepteurs disposent aujourd'hui grand choix matériaux et structures : de l'utilisation de la paille à l'isolation thermique sous vide. Il est également possible d'utiliser des systèmes d'isolation thermique active dont les caractéristiques permettent de les inclure dans le système d'approvisionnement énergétique des bâtiments. Dans ce cas, les propriétés du système d'isolation thermique peuvent également changer en fonction des conditions environnement, garantissant un niveau constant de déperdition de chaleur du bâtiment, quel que soit le Température extérieure.

Si vous définissez un niveau fixe de perte de chaleur Qà travers l'enveloppe du bâtiment, la valeur requise de la résistance réduite au transfert de chaleur sera déterminée par la formule

(10)

Un système d'isolation thermique avec une couche extérieure transparente ou avec une couche d'air ventilée peut avoir ces propriétés. Dans le premier cas, l'énergie solaire est utilisée et dans le second, l'énergie thermique du sol peut en outre être utilisée avec un échangeur de chaleur géothermique.

Dans un système à isolation thermique transparente, lorsque le soleil est en position basse, ses rayons passent presque sans perte sur le mur, le réchauffent, réduisant ainsi les pertes de chaleur de la pièce. DANS heure d'été, lorsque le soleil est haut au-dessus de l'horizon, les rayons du soleil sont presque entièrement réfléchis par le mur du bâtiment, empêchant ainsi la surchauffe du bâtiment. Afin de réduire le flux de chaleur inverse, la couche d'isolation thermique est réalisée sous la forme d'une structure en nid d'abeille, qui joue le rôle de piège à lumière solaire. L'inconvénient d'un tel système est l'impossibilité de redistribuer l'énergie le long des façades du bâtiment et l'absence d'effet cumulatif. De plus, l’efficacité de ce système dépend directement du niveau d’activité solaire.

Selon les auteurs, un système d'isolation thermique idéal devrait, dans une certaine mesure, ressembler à un organisme vivant et faire varier ses propriétés dans une large gamme en fonction des conditions environnementales. Lorsque la température extérieure diminue, le système d'isolation thermique doit réduire les pertes de chaleur du bâtiment ; lorsque la température de l'air extérieur augmente, sa résistance thermique peut diminuer. Entrée en été énergie solaire le bâtiment doit également dépendre des conditions extérieures.

Le système d'isolation thermique proposé présente à bien des égards les propriétés formulées ci-dessus. En figue. 2a montre un schéma d'un mur avec le système d'isolation thermique proposé, sur la Fig. 2b – graphique de température dans la couche d'isolation thermique sans et avec présence d'entrefer.

La couche d'isolation thermique est constituée d'une couche d'air ventilée. Lorsque l'air le traverse avec une température supérieure au point correspondant du graphique, l'ampleur du gradient de température dans la couche d'isolation thermique du mur à l'intercalaire diminue par rapport à l'isolation thermique sans intercalaire, ce qui réduit les pertes de chaleur du construire à travers le mur. Il convient de garder à l'esprit que la réduction des déperditions thermiques du bâtiment sera compensée par la chaleur dégagée par le flux d'air dans l'intercalaire. C'est-à-dire que la température de l'air à la sortie de l'intercalaire sera inférieure à celle à l'entrée.

Riz. 2. Schéma du système d'isolation thermique (a) et graphique de température (b)

Le modèle physique du problème du calcul des pertes de chaleur à travers un mur avec un entrefer est présenté sur la Fig. 3. L’équation du bilan thermique pour ce modèle est la suivante :

Riz. 3. Schéma de calcul des déperditions thermiques à travers l'enveloppe du bâtiment

Lors du calcul des flux de chaleur, les mécanismes de transfert de chaleur conducteurs, convectifs et rayonnants sont pris en compte :

Où Q 1 – flux de chaleur de la pièce vers la surface intérieure de la structure enveloppante, W/m2 ;

Q 2 – flux de chaleur à travers le mur principal, W/m2 ;

Q 3 – flux de chaleur à travers l'entrefer, W/m2 ;

Q 4 – flux de chaleur à travers la couche d'isolation thermique derrière l'intercalaire, W/m2 ;

Q 5 – flux de chaleur de la surface extérieure de la structure enveloppante vers l'atmosphère, W/m2 ;

T 1 , T 2, – température à la surface du mur, o C ;

T 3 , T 4 – température à la surface de l'intercalaire, o C ;

Tk, T une– température de l'air ambiant et extérieur, respectivement, o C ;

s – constante de Stefan-Boltzmann ;

l 1, l 2 – coefficient de conductivité thermique du mur principal et de l'isolation thermique, respectivement, W/(m× o C) ;

e 1 , e 2 , e 12 – le degré d'émissivité de la surface intérieure du mur, la surface extérieure de la couche d'isolation thermique et le degré d'émissivité réduit des surfaces de l'entrefer, respectivement ;

a in, a n, a 0 – coefficient de transfert de chaleur sur la surface intérieure du mur, sur la surface extérieure de l'isolation thermique et sur les surfaces limitant l'entrefer, respectivement, W/(m 2 × o C).

La formule (14) est écrite pour le cas où l'air dans la couche est immobile. Dans le cas où l'air se déplace dans l'intercalaire à une vitesse u avec une température T toi, à la place Q 3, deux flux sont considérés : de l'air soufflé vers la paroi :

et de l'air soufflé vers l'écran :

Ensuite, le système d'équations se divise en deux systèmes :

Le coefficient de transfert thermique s'exprime par le nombre de Nusselt :

Où L– taille caractéristique.

Des formules de calcul du nombre de Nusselt ont été prises en fonction de la situation. Lors du calcul du coefficient de transfert de chaleur sur les surfaces internes et externes des structures enveloppantes, les formules de :

où Ra= Pr×Gr – critère de Rayleigh ;

Gr = g×b ×D T× L 3 /n 2 – Numéro Grashof.

Lors de la détermination du nombre de Grashof, la différence entre la température du mur et la température de l'air ambiant a été choisie comme différence de température caractéristique. Les dimensions caractéristiques ont été retenues comme étant : la hauteur du mur et l'épaisseur de la couche.

Lors du calcul du coefficient de transfert thermique a 0 à l'intérieur d'un entrefer fermé, la formule de :

(22)

Si l'air à l'intérieur de la couche bougeait, une formule plus simple était utilisée pour calculer le nombre de Nusselt :

(23)

où Re = v×d/n – nombre de Reynolds ;

d – épaisseur de l’entrefer.

Les valeurs du nombre de Prandtl Pr, de la viscosité cinématique n et du coefficient de conductivité thermique de l'air l in en fonction de la température ont été calculées par interpolation linéaire des valeurs tabulées de. Les systèmes d'équations (11) ou (19) ont été résolus numériquement par raffinement itératif par rapport aux températures T 1 , T 2 , T 3 , T 4 . Pour la modélisation numérique, un système d'isolation thermique basé sur une isolation thermique similaire à la mousse de polystyrène avec un coefficient de conductivité thermique de 0,04 W/(m 2 × o C) a été choisi. La température de l'air à l'entrée de l'intercalaire a été supposée être de 8°C, l'épaisseur totale de la couche d'isolation thermique était de 20 cm, l'épaisseur de l'intercalaire d– 1 cm.

En figue. La figure 4 montre des graphiques de la dépendance de la perte de chaleur spécifique à travers la couche isolante d'un isolant thermique conventionnel en présence d'une couche d'isolation thermique fermée et avec une couche d'air ventilée. Un entrefer fermé n’améliore presque pas les propriétés d’isolation thermique. Pour le cas considéré, la présence d'une couche d'isolation thermique avec un flux d'air en mouvement réduit de plus de la moitié la perte de chaleur à travers le mur à une température de l'air extérieur de moins 20 ° C. La valeur équivalente de la résistance au transfert de chaleur d'une telle isolation thermique pour cette température est de 10,5 m 2 × o C/W, ce qui correspond à une couche de polystyrène expansé d'une épaisseur supérieure à 40,0 cm.

D d= 4 cm à air calme ; rangée 3 – vitesse de l'air 0,5 m/s

Riz. 4. Graphiques de perte de chaleur spécifique

L'efficacité du système d'isolation augmente à mesure que la température extérieure diminue. À une température de l’air extérieur de 4 o C, l’efficacité des deux systèmes est la même. Une nouvelle augmentation de la température rend l'utilisation du système peu pratique, car elle entraîne une augmentation du niveau de perte de chaleur du bâtiment.

En figue. La figure 5 montre la dépendance de la température de la surface extérieure du mur sur la température de l'air extérieur. D'après la fig. 5, la présence d'une lame d'air augmente la température de la surface extérieure du mur à des températures de l'air extérieur négatives par rapport à une isolation thermique conventionnelle. Cela s'explique par le fait que l'air en mouvement dégage sa chaleur à la fois vers les couches intérieures et extérieures de l'isolation thermique. À des températures de l'air extérieur élevées, un tel système d'isolation thermique joue le rôle de couche de refroidissement (voir Fig. 5).

Rangée 1 – isolation thermique conventionnelle, D= 20 cm ; rangée 2 – il y a une lame d'air de 1 cm de large dans l'isolation thermique, d= 4 cm, vitesse de l'air 0,5 m/s

Riz. 5. Dépendance à la température de la surface extérieure du mursur la température extérieure

En figue. La figure 6 montre la dépendance de la température en sortie de l'intercalaire sur la température de l'air extérieur. L'air de la couche, en se refroidissant, cède son énergie aux surfaces environnantes.

Riz. 6. Dépendance à la température à la sortie de l'intercalairesur la température extérieure

En figue. La figure 7 montre la dépendance de la perte de chaleur sur l'épaisseur de la couche externe d'isolation thermique à une température extérieure minimale. D'après la fig. 7, une perte de chaleur minimale est observée à d= 4 cm.

Riz. 7. Dépendance de la perte de chaleur sur l'épaisseur de la couche externe d'isolation thermique à température extérieure minimale

En figue. La figure 8 montre la dépendance de la perte de chaleur pour une température extérieure de moins 20 o C sur la vitesse de l'air dans une couche de différentes épaisseurs. L'augmentation de la vitesse de l'air au-dessus de 0,5 m/s n'affecte pas de manière significative les propriétés de l'isolation thermique.

Rangée 1 – d= 16 cm ; rangée 2 – d= 18 cm ; rangée 3 – d= 20 cm

Riz. 8. Dépendance de la perte de chaleur sur la vitesse de l'airavec différentes épaisseurs d'entrefer

Il convient de prêter attention au fait qu'une couche d'air ventilée vous permet de contrôler efficacement le niveau de perte de chaleur à travers la surface du mur en modifiant la vitesse de l'air dans la plage de 0 à 0,5 m/s, ce qui est impossible avec une isolation thermique conventionnelle. En figue. La figure 9 montre la dépendance de la vitesse de l'air sur la température extérieure pour un niveau fixe de perte de chaleur à travers le mur. Cette approche de la protection thermique des bâtiments permet de réduire l'intensité énergétique système de ventilationà mesure que la température extérieure augmente.

Riz. 9. Dépendance de la vitesse de l'air à la température extérieure pour un niveau de perte de chaleur fixe

Lors de la création du système d’isolation thermique considéré dans l’article, le principal problème est la source d’énergie nécessaire pour augmenter la température de l’air pompé. En tant que telle source, il est proposé de récupérer la chaleur du sol situé sous le bâtiment en utilisant un échangeur de chaleur au sol. Pour une utilisation plus efficace de l'énergie du sol, il est supposé que le système de ventilation dans la lame d'air doit être fermé, sans aspiration d'air atmosphérique. Étant donné que la température de l'air entrant dans le système en hiver est inférieure à la température du sol, le problème de condensation de l'humidité n'existe pas ici.

Les auteurs voient l’utilisation la plus efficace d’un tel système dans la combinaison de deux sources d’énergie : le soleil et la chaleur du sol. Si l'on se tourne vers les systèmes mentionnés précédemment avec une couche d'isolation thermique transparente, il devient évident la volonté des auteurs de ces systèmes de mettre en œuvre d'une manière ou d'une autre l'idée d'une diode thermique, c'est-à-dire de résoudre le problème de transmission dirigée de l'énergie solaire au mur d'un bâtiment, tout en prenant des mesures pour empêcher le mouvement du flux d'énergie thermique dans la direction opposée.

La couche extérieure absorbante peut être peinte couleur sombre plaque de métal. Et la deuxième couche absorbante peut être une lame d'air dans l'isolation thermique du bâtiment. L'air se déplaçant dans la couche, se fermant à travers l'échangeur de chaleur géothermique, dans temps ensoleillé chauffe le sol, accumulant l’énergie solaire et la redistribuant le long des façades du bâtiment. La chaleur de la couche externe à la couche interne peut être transférée à l'aide de diodes thermiques réalisées sur des caloducs avec transitions de phase.

Ainsi, le système d'isolation thermique proposé à caractéristiques thermophysiques contrôlées est basé sur une conception avec une couche d'isolation thermique qui présente trois caractéristiques :

– une lame d'air ventilée parallèle à l'enveloppe du bâtiment ;

– source d'énergie pour l'air à l'intérieur de la couche ;

– un système de contrôle des paramètres de débit d'air dans l'intercalaire en fonction des conditions météorologiques extérieures et de la température de l'air intérieur.

Un des options possibles conceptions - l'utilisation d'un système d'isolation thermique transparent. Dans ce cas, le système d'isolation thermique doit être complété par une autre lame d'air adjacente au mur du bâtiment et communiquant avec tous les murs du bâtiment, comme le montre la Fig. dix.

Le système d'isolation thermique illustré à la Fig. 10, possède deux couches d'air. L'un d'eux est situé entre l'isolation thermique et la clôture transparente et sert à éviter la surchauffe du bâtiment. A cet effet il y a vannes d'air reliant la couche à l'air extérieur en haut et en bas du panneau isolant. En été et en période de forte activité solaire, lorsqu'il existe un risque de surchauffe du bâtiment, les registres s'ouvrent, assurant ainsi la ventilation avec l'air extérieur.

Riz. dix. Système d'isolation thermique transparent avec lame d'air ventilée

La deuxième lame d'air est adjacente au mur du bâtiment et sert à transporter l'énergie solaire à l'intérieur de l'enveloppe du bâtiment. Cette conception permettra à toute la surface du bâtiment d'utiliser l'énergie solaire pendant la journée, assurant en outre une accumulation efficace de l'énergie solaire, puisque tout le volume des murs du bâtiment agit comme une batterie.

Il est également possible d'utiliser une isolation thermique traditionnelle dans le système. Dans ce cas, un échangeur de chaleur géothermique peut servir de source d’énergie thermique, comme le montre la Fig. onze.

Riz. onze. Système d'isolation thermique avec échangeur de chaleur au sol

Une autre option consiste à créer des émissions de ventilation à cet effet. Dans ce cas, pour éviter la condensation d'humidité dans l'intercalaire, il est nécessaire de faire passer l'air évacué à travers un échangeur de chaleur, et d'introduire dans l'intercalaire de l'air extérieur chauffé dans l'échangeur de chaleur. Depuis l'intercalaire, l'air peut circuler dans la pièce pour la ventilation. L'air se réchauffe lorsqu'il traverse un échangeur de chaleur géothermique et cède son énergie à la structure qui l'entoure.

Un élément nécessaire du système d'isolation thermique doit être système automatique contrôler ses propriétés. En figue. La figure 12 montre un schéma fonctionnel du système de contrôle. Le contrôle s'effectue sur la base de l'analyse des informations provenant des capteurs de température et d'humidité en modifiant le mode de fonctionnement ou en éteignant le ventilateur et en ouvrant et en fermant les volets d'air.

Riz. 12. Schéma fonctionnel du système de contrôle

Un schéma fonctionnel de l'algorithme de fonctionnement d'un système de ventilation aux propriétés contrôlées est présenté sur la Fig. 13.

Sur stade initial fonctionnement du système de contrôle (voir Fig. 12) sur la base des valeurs mesurées de la température de l'air extérieur et dans les pièces, l'unité de contrôle calcule la température dans l'entrefer pour l'état de l'air calme. Cette valeur est comparée à la température de l'air dans la couche de la façade sud lors de la construction d'un système d'isolation thermique, comme sur la Fig. 10, ou dans un échangeur de chaleur géothermique - lors de la conception d'un système d'isolation thermique, comme sur la Fig. 11. Si la valeur de température calculée est supérieure ou égale à celle mesurée, le ventilateur reste éteint et les registres d'air de l'espace sont fermés.

Riz. 13. Schéma fonctionnel de l'algorithme de fonctionnement du système de ventilation avec des propriétés gérées

Si la valeur de température calculée est inférieure à celle mesurée, allumez le ventilateur de circulation et ouvrez les registres. Dans ce cas, l'énergie de l'air chauffé est transférée aux structures murales du bâtiment, réduisant ainsi le besoin d'énergie thermique pour le chauffage. En même temps, la valeur de l'humidité de l'air dans l'intercalaire est mesurée. Si l'humidité s'approche du point de condensation, un registre s'ouvre, reliant la lame d'air à l'air extérieur, ce qui empêche l'humidité de se condenser à la surface des parois de la lame.

Ainsi, le système d'isolation thermique proposé permet de contrôler réellement les propriétés thermiques.

TEST D'UN MODÈLE DE SYSTÈME D'ISOLATION THERMIQUE À ISOLATION THERMIQUE CONTRÔLÉE EN UTILISANT LES ÉMISSIONS DE VENTILATION DU BÂTIMENT

Le schéma expérimental est présenté sur la Fig. 14. Une maquette du système d'isolation thermique est montée sur le mur de briques de la pièce située dans la partie supérieure de la cage d'ascenseur. Le modèle est constitué d'une isolation thermique, représentant des plaques d'isolation thermique étanches à la vapeur (une surface est en aluminium de 1,5 mm d'épaisseur ; la seconde est une feuille d'aluminium), remplies de mousse de polyuréthane de 3,0 cm d'épaisseur avec un coefficient de conductivité thermique de 0,03 W/(m 2 × oC). Résistance au transfert de chaleur de la plaque – 1,0 m 2 × o C/W, mur de briques– 0,6 m 2 × o C/O. Entre les plaques d'isolation thermique et la surface de l'enveloppe du bâtiment se trouve un espace d'air de 5 cm d'épaisseur. Afin de déterminer. conditions de température et le mouvement du flux de chaleur à travers la structure enveloppante, des capteurs de température et de flux de chaleur y ont été installés.

Riz. 14. Schéma d'un système expérimental à isolation thermique contrôlée

Une photographie du système d'isolation thermique installé avec alimentation électrique à partir du système de récupération de chaleur d'évacuation de la ventilation est présentée sur la Fig. 15.

De l'énergie supplémentaire est fournie à l'intérieur de l'intercalaire avec l'air extrait du système de récupération de chaleur d'échappement des émissions de ventilation du bâtiment. Les émissions de ventilation ont été prélevées à la sortie de la gaine de ventilation du bâtiment de l'entreprise d'État « Institut NIPTIS du nom ». Atayev S.S. », ont été introduits dans la première entrée du récupérateur (voir Fig. 15a). L'air était fourni à la deuxième entrée du récupérateur depuis la couche de ventilation et depuis la deuxième sortie du récupérateur - à nouveau vers la couche de ventilation. L'air évacué de ventilation ne peut pas être amené directement dans la lame d'air en raison du risque de condensation d'humidité à l'intérieur de celle-ci. Ainsi, les émissions de ventilation du bâtiment passaient d'abord par un échangeur-récupérateur de chaleur dont la deuxième entrée recevait l'air de l'intercalaire. Dans le récupérateur, il était chauffé et, à l'aide d'un ventilateur, amené à la lame d'air du système de ventilation à travers une bride montée au bas du panneau isolant. Grâce à la deuxième bride située dans la partie supérieure de l'isolation thermique, l'air a été évacué du panneau et a fermé le cycle de son mouvement au niveau de la deuxième entrée de l'échangeur de chaleur. Pendant les travaux, des informations ont été enregistrées à partir de capteurs de température et de flux thermique installés selon le schéma de la Fig. 14.

Une unité spéciale de contrôle et de traitement des données a été utilisée pour contrôler les modes de fonctionnement des ventilateurs et pour capturer et enregistrer les paramètres de l'expérience.

En figue. 16 montre des graphiques de changements de température : air extérieur, air intérieur et air intérieur diverses pièces intercalaires. De 7h00 à 13h00, le système entre en mode de fonctionnement stationnaire. La différence entre la température à l'entrée de l'air dans la couche (capteur 6) et la température à la sortie de celle-ci (capteur 5) s'est avérée être d'environ 3 ° C, ce qui indique la consommation d'énergie de l'air qui passe.

Riz. 16. Graphiques de température : a – air extérieur et air intérieur ;b – air dans différentes parties de la couche

En figue. La figure 17 montre des graphiques de la dépendance temporelle de la température des surfaces des murs et de l'isolation thermique, ainsi que de la température et du flux de chaleur à travers la surface entourant le bâtiment. En figue. 17b montre clairement une diminution du flux de chaleur de la pièce après avoir fourni de l'air chauffé à la couche de ventilation.

Riz. 17. Graphiques en fonction du temps : a – température des surfaces des murs et isolation thermique ;b – température et flux de chaleur à travers la surface entourant le bâtiment

Les résultats expérimentaux obtenus par les auteurs confirment la possibilité de contrôler les propriétés de l'isolation thermique avec une couche ventilée.

CONCLUSION

1 Un élément important des bâtiments économes en énergie est leur enveloppe. Les principales orientations de développement de la réduction des pertes thermiques des bâtiments à travers l'enveloppe du bâtiment sont liées à l'isolation thermique active, lorsque l'enveloppe du bâtiment joue un rôle important dans la formation des paramètres de l'environnement interne des locaux. L’exemple le plus évident est celui d’une enveloppe de bâtiment comportant une lame d’air.

2 Les auteurs ont proposé une conception d'isolation thermique avec une lame d'air fermée entre l'isolation thermique et le mur du bâtiment. Afin d'éviter la condensation d'humidité dans la couche d'air sans réduire les propriétés d'isolation thermique, la possibilité d'utiliser des inserts perméables à la vapeur dans l'isolation thermique a été envisagée. Une méthode a été développée pour calculer la surface des inserts en fonction des conditions d'utilisation de l'isolation thermique. Pour certaines structures murales, comme dans le premier exemple du tableau 1, vous pouvez vous passer d'inserts perméables à la vapeur. Dans d'autres cas, la superficie des inserts perméables à la vapeur peut être insignifiante par rapport à la superficie du mur isolé.

3 Une méthodologie de calcul des caractéristiques thermiques et de conception d'un système d'isolation thermique aux propriétés thermiques contrôlées a été développée. La conception est réalisée sous la forme d'un système avec une lame d'air ventilée entre deux couches d'isolation thermique. Lorsque l'air se déplace dans une couche avec une température plus élevée qu'au point correspondant d'un mur avec un système d'isolation thermique conventionnel, l'ampleur du gradient de température dans la couche d'isolation thermique du mur à la couche diminue par rapport à l'isolation thermique sans couche. , ce qui réduit les pertes de chaleur du bâtiment à travers le mur. Il est possible d'utiliser la chaleur du sol sous le bâtiment comme énergie pour augmenter la température de l'air pompé, à l'aide d'un échangeur de chaleur au sol, ou de l'énergie solaire. Des méthodes de calcul des caractéristiques d'un tel système ont été développées. Confirmation expérimentale de la réalité de l'utilisation d'un système d'isolation thermique à contrôle caractéristiques thermiques pour les bâtiments.

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Transfert de chaleur et d'humidité à travers les clôtures extérieures

Bases du transfert de chaleur dans un bâtiment

La chaleur passe toujours d’un environnement plus chaud à un environnement plus froid. Le processus de transfert de chaleur d’un point de l’espace à un autre en raison d’une différence de température est appelé transfert de chaleur et est collectif, car il comprend trois types élémentaires d'échange thermique : conductivité thermique (conduction), convection et rayonnement. Ainsi, potentiel le transfert de chaleur est différence de température.

Conductivité thermique

Conductivité thermique- un type de transfert de chaleur entre particules stationnaires d'une substance solide, liquide ou gazeuse. Ainsi, la conductivité thermique est l'échange thermique entre des particules ou des éléments structurels de l'environnement matériel qui sont en contact direct les uns avec les autres. Lors de l'étude de la conductivité thermique, une substance est considérée comme une masse solide, sa structure moléculaire est ignorée. Dans sa forme pure, la conductivité thermique n'existe que dans les solides, car dans les milieux liquides et gazeux, il est presque impossible d'assurer l'immobilité d'une substance.

La plupart des matériaux de construction sont corps poreux. Les pores contiennent de l'air qui a la capacité de se déplacer, c'est-à-dire de transférer de la chaleur par convection. On pense que la composante convective de la conductivité thermique des matériaux de construction peut être négligée en raison de sa petite taille. À l'intérieur du pore, un échange de chaleur radiante se produit entre les surfaces de ses parois. Le transfert de chaleur par rayonnement dans les pores des matériaux est principalement déterminé par la taille des pores, car plus le pore est grand, plus la différence de température à travers ses parois est grande. Lorsqu’on considère la conductivité thermique, les caractéristiques de ce processus sont liées à la masse totale de la substance : le squelette et les pores ensemble.

L'enveloppe du bâtiment est généralement murs plan-parallèles, dans lequel le transfert de chaleur se produit dans une direction. De plus, généralement lorsque calculs thermotechniques structures enveloppantes externes, on suppose que le transfert de chaleur se produit lorsque conditions thermiques stationnaires, c'est-à-dire à temps constant de toutes les caractéristiques du processus : flux de chaleur, température en chaque point, caractéristiques thermophysiques des matériaux de construction. Il est donc important de considérer processus de conductivité thermique stationnaire unidimensionnelle dans un matériau homogène, qui est décrit par l'équation de Fourier :

Où qT - densité de flux thermique superficiel passant par un plan perpendiculaire à flux de chaleur, W/m2 ;

λ - conductivité thermique du matériau, W/m. oC ;

t- température variant le long de l'axe x, °C ;

La relation s'appelle gradient de température, d'environ S/m, et est désigné diplômé t. Le gradient de température est dirigé vers une augmentation de la température, qui est associée à une absorption de chaleur et à une diminution du flux de chaleur. Le signe moins à droite de l’équation (2.1) montre que l’augmentation du flux thermique ne coïncide pas avec une augmentation de la température.

La conductivité thermique λ est l'une des principales caractéristiques thermiques d'un matériau. Comme il ressort de l'équation (2.1), la conductivité thermique d'un matériau est une mesure de la conductivité thermique par un matériau, numériquement égale au flux de chaleur traversant 1 m 2 de surface perpendiculaire à la direction d'écoulement, avec un gradient de température le long du débit égal à 1 o C/m (Fig. 1). Comment plus de valeurλ, plus le processus de conductivité thermique dans un tel matériau est intense, plus le flux de chaleur est important. Par conséquent, les matériaux d’isolation thermique sont généralement considérés comme des matériaux ayant une conductivité thermique inférieure à 0,3 W/m. à propos de S.

Isothermes ; -------- conduites de flux de chaleur.

Modifications de la conductivité thermique des matériaux de construction avec modifications de leur densité se produit en raison du fait que presque tous materiel de construction comprend squelette- les principaux matériaux de construction et l'air. K.F. Fokin donne à titre d'exemple les données suivantes : la conductivité thermique d'une substance absolument dense (sans pores), selon sa nature, a une conductivité thermique de 0,1 W/m o C (pour le plastique) à 14 W/m o C (pour le cristallin substances avec un flux de chaleur le long de la surface cristalline), tandis que l'air a une conductivité thermique d'environ 0,026 W/m o C. Plus la densité du matériau est élevée (moins de porosité), plus la valeur de sa conductivité thermique est élevée. Il est clair que les matériaux d'isolation thermique légers ont une densité relativement faible.

Les différences de porosité et de conductivité thermique du squelette entraînent des différences de conductivité thermique des matériaux, même à densité égale. Par exemple, les matériaux suivants (tableau 1) à la même densité, ρ 0 =1800 kg/m 3, ont différentes valeurs de conductivité thermique :

Tableau 1.

La conductivité thermique des matériaux de même densité est de 1800 kg/m 3.

À mesure que la densité du matériau diminue, sa conductivité thermique l diminue, puisque l'influence de la composante conductrice de la conductivité thermique du squelette du matériau diminue, mais, cependant, l'influence de la composante rayonnante augmente. Par conséquent, une diminution de la densité en dessous d'une certaine valeur entraîne une augmentation de la conductivité thermique. Autrement dit, il existe une certaine valeur de densité à laquelle la conductivité thermique a valeur minimum. On estime qu'à 20 o C dans des pores d'un diamètre de 1 mm, la conductivité thermique par rayonnement est de 0,0007 W/ (m°C), avec un diamètre de 2 mm - 0,0014 W/ (m°C), etc. Ainsi, la conductivité thermique par rayonnement devient significative à matériaux d'isolation thermique avec une faible densité et de grandes tailles de pores.

La conductivité thermique d'un matériau augmente avec l'augmentation de la température à laquelle se produit le transfert de chaleur. L'augmentation de la conductivité thermique des matériaux s'explique par une augmentation de l'énergie cinétique des molécules squelettiques de la substance. La conductivité thermique de l'air dans les pores du matériau augmente également, ainsi que l'intensité du transfert de chaleur vers ceux-ci par rayonnement. Dans la pratique de la construction, la dépendance de la conductivité thermique à la température d'une grande importance Il n'est pas nécessaire de recalculer les valeurs de conductivité thermique des matériaux obtenus à des températures allant jusqu'à 100°C à leurs valeurs à 0°C, en utilisant la formule empirique O.E. Vlasova :

λ o = λ t / (1+β . t), (2.2)

où λ o est la conductivité thermique du matériau à 0 o C ;

λ t - conductivité thermique du matériau à t o C ;

β - coéfficent de température changements de conductivité thermique, 1/o C, pour divers matériaux, égaux à environ 0,0025 1/o C ;

t est la température du matériau à laquelle son coefficient de conductivité thermique est égal à λ t.

Pour une paroi plane homogène d'épaisseur δ (Fig. 2), le flux de chaleur transféré par conductivité thermique à travers une paroi homogène peut être exprimé par l'équation :

Où τ 1 ,τ 2- valeurs de température sur les surfaces murales, o C.

De l'expression (2.3), il s'ensuit que la répartition de la température sur l'épaisseur de la paroi est linéaire. La quantité δ/λ est nommée résistance thermique de la couche de matériau et marqué R.T., m 2. o C/E :

Fig.2. Répartition de la température dans une paroi plane et homogène

Donc le flux de chaleur qT, W/m 2, à travers une paroi plane-parallèle uniforme d'épaisseur δ , m, à partir d'un matériau de conductivité thermique λ, W/m. o C, peut s'écrire sous la forme

La résistance thermique d'une couche est la résistance à la conductivité thermique, égale à la différence de température sur les surfaces opposées de la couche lorsqu'un flux de chaleur d'une densité surfacique de 1 W/m 2 la traverse.

Le transfert de chaleur par conductivité thermique s'effectue dans les couches de matériaux de l'enveloppe du bâtiment.

Convection

Convection- transfert de chaleur par déplacement de particules de matière. La convection se produit uniquement dans les substances liquides et gazeuses, ainsi qu'entre un milieu liquide ou gazeux et une surface. solide. Dans ce cas, le transfert de chaleur se fait par conductivité thermique. L’effet combiné de la convection et de la conduction thermique dans la région limite proche de la surface est appelé transfert de chaleur par convection.

La convection a lieu sur les surfaces extérieures et intérieures des enceintes des bâtiments. La convection joue un rôle important dans l'échange thermique des surfaces internes d'une pièce. À différentes significations Température de la surface et de l'air adjacent, la chaleur se transfère vers une température plus basse. Le flux de chaleur transmis par convection dépend du mode de déplacement du liquide ou du gaz lavant la surface, de la température, de la densité et de la viscosité du milieu en mouvement, de la rugosité de la surface, de la différence entre les températures de la surface et le milieu environnant.

Le processus d'échange thermique entre la surface et le gaz (ou le liquide) se déroule différemment selon la nature du mouvement du gaz. Distinguer convection naturelle et forcée. Dans le premier cas, le mouvement du gaz se produit en raison de la différence de température entre la surface et le gaz, dans le second - en raison de forces extérieures à ce processus (fonctionnement des ventilateurs, vent).

Convection forcée dans cas général peut s'accompagner d'un processus de convection naturelle, mais comme l'intensité de la convection forcée dépasse sensiblement l'intensité de la convection naturelle, la convection naturelle est souvent négligée lorsqu'on considère la convection forcée.

À l'avenir, seuls les processus stationnaires de transfert de chaleur par convection seront pris en compte, qui supposent une vitesse et une température constantes dans le temps en tout point de l'air. Mais comme la température des éléments de la pièce évolue assez lentement, les dépendances obtenues pour des conditions stationnaires peuvent être étendues au processus. conditions thermiques non stationnaires de la pièce, dans lequel à chaque instant considéré le processus d'échange thermique convectif sur les surfaces internes des clôtures est considéré comme stationnaire. Les dépendances obtenues pour des conditions stationnaires peuvent également être étendues au cas d'un changement brutal de la nature de la convection de naturelle à forcée, par exemple lors de la mise en marche d'un appareil de chauffage d'ambiance à recirculation (ventilo-convecteur ou système split en mode pompe à chaleur). dans la pièce. Premièrement, le nouveau mode de mouvement de l'air est établi rapidement et, deuxièmement, la précision requise de l'évaluation technique du processus de transfert de chaleur est inférieure aux imprécisions possibles dues au manque de correction du flux de chaleur pendant l'état de transition.

Pour la pratique technique des calculs de chauffage et de ventilation, l'échange thermique par convection entre la surface de la structure ou du tuyau enveloppant et l'air (ou le liquide) est important. Dans les calculs pratiques, les équations de Newton sont utilisées pour estimer le flux de chaleur convectif (Fig. 3) :

, (2.6)

Où q à- le flux de chaleur, W, transmis par convection d'un milieu en mouvement à la surface ou vice versa ;

t un- température de l'air lavant la surface du mur, o C ;

τ - température de la surface du mur, o C ;

α à- coefficient de transfert de chaleur par convection à la surface du mur, W/m 2. o C.

Fig.3 Échange thermique par convection entre le mur et l'air

Coefficient de transfert thermique par convection, un à- une grandeur physique numériquement égale à la quantité de chaleur transférée de l'air à la surface d'un corps solide par échange thermique par convection avec une différence entre la température de l'air et la température de la surface du corps égale à 1 o C.

Avec cette approche, toute la complexité processus physique le transfert de chaleur par convection est contenu dans le coefficient de transfert de chaleur, un à. Naturellement, la valeur de ce coefficient dépend de nombreux arguments. Pour une utilisation pratique, des valeurs très approximatives sont acceptées un à.

L’équation (2.5) peut être commodément réécrite comme suit :

Où R à - résistance au transfert de chaleur par convectionà la surface de la structure enveloppante, m 2. o C/W, égal à la différence de température à la surface de la clôture et de la température de l'air lors du passage d'un flux de chaleur avec une densité surfacique de 1 W/m 2 de la surface à l'air ou vice versa. Résistance R à est l'inverse du coefficient de transfert de chaleur par convection un à:

Radiation

Le rayonnement (transfert de chaleur radiante) est le transfert de chaleur d'une surface à l'autre à travers un milieu transparent au rayonnement par des ondes électromagnétiques se transformant en chaleur (Fig. 4).

Figure 4. Échange de chaleur radiante entre deux surfaces

N'importe lequel corps physique, ayant une température différente du zéro absolu, rayonne de l'énergie dans l'espace environnant sous forme d'ondes électromagnétiques. Propriétés un rayonnement électromagnétique caractérisé par la longueur d’onde. Le rayonnement perçu comme thermique et dont les longueurs d'onde sont comprises entre 0,76 et 50 microns est appelé infrarouge.

Par exemple, un échange de chaleur radiante se produit entre les surfaces faisant face à la pièce, entre les surfaces extérieures divers bâtiments, surfaces de la terre et du ciel. L'échange de chaleur rayonnante entre les surfaces internes des enceintes de pièce et la surface est important appareil de chauffage. Dans tous ces cas, le milieu radiant qui transmet les ondes de chaleur est l’air.

Dans la pratique du calcul du flux de chaleur lors du transfert de chaleur radiante, une formule simplifiée est utilisée. L'intensité du transfert de chaleur par rayonnement q l, W/m 2, est déterminée par la différence de température des surfaces participant au transfert de chaleur radiante :

, (2.9)

où τ 1 et τ 2 sont les valeurs de température des surfaces échangeant de la chaleur rayonnante, o C ;

α l - coefficient de transfert de chaleur rayonnante sur la surface du mur, W/m 2. o C.

Coefficient de transfert de chaleur par rayonnement, Al- une grandeur physique numériquement égale à la quantité de chaleur transférée d'une surface à une autre par rayonnement lorsque la différence entre les températures de surface est de 1 o C.

Présentons le concept résistance au transfert de chaleur radianteR là la surface de la structure enveloppante, m 2. o C/W, égal à la différence de température sur les surfaces des clôtures échangeant de la chaleur rayonnante lorsqu'un flux de chaleur d'une densité surfacique de 1 W/m 2 passe d'une surface à l'autre.

Alors l’équation (2.8) peut être réécrite comme suit :

Résistance R.l. est l'inverse du coefficient de transfert de chaleur radiatif Al:

Résistance thermique de la couche d'air

Pour apporter de l'uniformité, résistance au transfert de chaleur entrefers fermés situés entre les couches de la structure enveloppante sont appelés résistance thermique R dans. p, m 2. o C/W.

Le diagramme du transfert de chaleur à travers l'entrefer est illustré à la Fig. 5.

Figure 5. Échange thermique dans l’entrefer

Flux de chaleur traversant l'entrefer q dans. P., W/m2, est constitué des flux transmis par conductivité thermique (2) qt, W/m 2 , convection (1) q à, W/m 2 , et rayonnement (3) q l, W/m 2 .

q dans. n = q t + q k + q l . (2.12)

Dans ce cas, la part du flux transmis par le rayonnement est la plus importante. Considérons une couche d'air verticale fermée, sur les surfaces de laquelle la différence de température est de 5 o C. Avec une augmentation de l'épaisseur de la couche de 10 mm à 200 mm, la part du flux de chaleur due au rayonnement augmente de 60 % à 80%. Dans ce cas, la part de chaleur transférée par conductivité thermique chute de 38 % à 2 %, et la part du flux de chaleur convectif augmente de 2 % à 20 %.

Le calcul direct de ces composants est assez fastidieux. Donc dans documents réglementaires fournit des données sur la résistance thermique des couches d'air fermées, compilées par K.F. Fokin sur la base des résultats des expériences de M.A. Mikheeva. S'il y a une feuille d'aluminium réfléchissant la chaleur sur une ou les deux surfaces de l'entrefer, ce qui empêche le transfert de chaleur rayonnante entre les surfaces encadrant l'entrefer, la résistance thermique doit être doublée. Pour augmenter la résistance thermique des couches d'air fermées, il est recommandé de garder à l'esprit les conclusions suivantes de la recherche :

1) les couches de faible épaisseur sont efficaces en termes d'ingénierie thermique ;

2) il est plus rationnel de faire plusieurs couches minces dans la clôture qu'une seule grande ;

3) il est conseillé de placer les lames d'air plus près de la surface extérieure de la clôture, car cela réduit le flux de chaleur par rayonnement en hiver ;

4) les couches verticales des murs extérieurs doivent être cloisonnées avec des diaphragmes horizontaux au niveau des plafonds inter-étages ;

5) pour réduire le flux thermique transmis par rayonnement, une des surfaces de l'intercalaire peut être enduite feuille d'aluminium, ayant une émissivité d'environ ε = 0,05. Recouvrir les deux surfaces de l'entrefer avec une feuille ne réduit pratiquement pas le transfert de chaleur par rapport au recouvrement d'une seule surface.

Questions pour la maîtrise de soi

1. Quel est le potentiel de transfert de chaleur ?

2. Énumérez les types élémentaires de transfert de chaleur.

3. Qu’est-ce que le transfert de chaleur ?

4. Qu'est-ce que la conductivité thermique ?

5. Quelle est la conductivité thermique d’un matériau ?

6. Écrivez la formule du flux de chaleur transmis par conductivité thermique dans un mur multicouche à des températures connues des surfaces internes t et externes tn.

7. Qu’est-ce que la résistance thermique ?

8. Qu’est-ce que la convection ?

9. Écrivez la formule du flux de chaleur transféré par convection de l’air à la surface.

10. Signification physique du coefficient de transfert de chaleur par convection.

11. Qu'est-ce que le rayonnement ?

12. Écrivez la formule du flux de chaleur transféré par rayonnement d'une surface à une autre.

13. Signification physique du coefficient de transfert de chaleur radiatif.

14. Comment appelle-t-on la résistance au transfert de chaleur d’une lame d’air fermée dans l’enveloppe d’un bâtiment ?

15. De quel type de flux de chaleur se compose le flux de chaleur total à travers la couche d'air ?

16. Quelle nature du flux de chaleur prévaut dans le flux de chaleur à travers la couche d'air ?

17. Comment l'épaisseur de l'entrefer affecte-t-elle la répartition des flux dans celui-ci.

18. Comment réduire le flux de chaleur à travers l’entrefer ?

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1.3 Le bâtiment comme système énergétique unique.
2. Transfert de chaleur et d’humidité à travers les clôtures extérieures.
2.1 Notions de base du transfert de chaleur dans un bâtiment.
2.1.1 Conductivité thermique.
2.1.2 Convection.
2.1.3 Rayonnement.
2.1.4 Résistance thermique de la couche d'air.
2.1.5 Coefficients de transfert thermique sur les surfaces internes et externes.
2.1.6 Transfert de chaleur à travers un mur multicouche.
2.1.7 Résistance réduite au transfert de chaleur.
2.1.8 Répartition de la température sur toute la section de clôture.
2.2 Conditions d'humidité structures enveloppantes.
2.2.1 Raisons de l'apparition d'humidité dans les clôtures.
2.2.2 Conséquences négatives du mouillage des clôtures extérieures.
2.2.3 Relation entre l'humidité et les matériaux de construction.
2.2.4 Air humide.
2.2.5 Teneur en humidité du matériau.
2.2.6 Sorption et désorption.
2.2.7 Perméabilité à la vapeur des clôtures.
2.3 Perméabilité à l'air des clôtures extérieures.
2.3.1 Dispositions de base.
2.3.2 Différence de pression sur les surfaces extérieures et intérieures des clôtures.
2.3.3 Perméabilité à l'air des matériaux de construction.

2.1.4 Résistance thermique de la couche d'air.

Pour apporter de l'uniformité, résistance au transfert de chaleur entrefers fermés situés entre les couches de la structure enveloppante sont appelés résistance thermique R v.p, m². ºС/W.
Le diagramme du transfert de chaleur à travers l'entrefer est illustré à la Fig. 5.

Figure 5. Échange de chaleur dans la couche d'air.