Za ujednačenost, otpor prijenosa topline zatvoreni zračni raspori koji se nalazi između slojeva ovojnice zgrade, tzv toplinski otpor Rv.p, m². ºS/W.
Shema prijenosa topline kroz zračni raspor prikazana je na sl.5.

sl.5. Prijenos topline u zračnom rasporu.

Toplinski tok koji prolazi kroz zračni raspor qv.p, W/m², sastoji se od protoka prenesenih toplinskom vodljivošću (2) qt, W/m², konvekcijom (1) qc, W/m² i zračenjem (3) ql, W/m².

24. Uvjetni i smanjeni otpor prijenosu topline. Koeficijent termotehničke homogenosti ogradnih konstrukcija.

25. Racioniranje otpornosti na prijenos topline na temelju sanitarno-higijenskih uvjeta

, R0 = *

Onda normaliziramo Δ t n R 0 tr = * , oni. kako bi Δ t≤ Δ t n Potrebno

R 0 ≥ R 0 tr

SNiP proširuje ovaj zahtjev na smanjeni otpor. prijenos topline.

R 0 pr ≥ R 0 tr

t in - projektirana temperatura unutarnjeg zraka, ° S;

prihvatiti. prema standardima dizajna. zgrada

t n - - izračunata zimska temperatura vanjskog zraka, ° C, jednaka prosječnoj temperaturi najhladnijeg petodnevnog razdoblja sa sigurnošću od 0,92

A in (alfa) - koeficijent prolaza topline unutarnja površina zatvorene strukture, prihvaćene prema SNiP-u

Δt n - standardna temperaturna razlika između temperature unutarnjeg zraka i temperature unutarnje površine ograde, uzeta prema SNiP-u

Potrebna otpornost na prijenos topline R tr oko vrata i kapije moraju biti najmanje 0,6 R tr oko zidovi zgrada i građevina, određeni formulom (1) na izračunati zimska temperatura vanjskog zraka, jednaka prosječnoj temperaturi najhladnijeg petodnevnog razdoblja uz sigurnost od 0,92.

Pri određivanju potrebnog otpora prijenosu topline unutarnjih ogradnih konstrukcija u formuli (1) treba uzeti umjesto t n- izračunata temperatura zraka hladnijeg prostora.

26. Termotehnički proračun potrebne debljine materijala ograde temeljen na uvjetima za postizanje potrebnog otpora prolasku topline.

27. Vlažnost materijala. Razlozi vlaženja strukture

Vlažnost - fizička količina jednaka količini vode sadržane u porama materijala.

To se događa po težini i volumenu

1) Građevinska vlaga.(tijekom izgradnje objekta). Ovisi o dizajnu i načinu gradnje. čvrsta zidanje opekom gori od keramičkih blokova. Najpovoljnije drvo (montažni zidovi). w / w ne uvijek. Trebalo bi nestati za 2 = -3 godine rada Mjere: sušenje zidova

vlaga tla. (kapilarno usisavanje). Doseže razinu od 2-2,5 m. Vodonepropusni slojevi, s pravim uređajem ne utječu.

2) vlažnost tla, prodire u ogradu iz zemlje zbog kapilarnog usisavanja

3) Atmosferska vlaga. (kosa kiša, snijeg). Posebno je važno za krovove i vijence .. zidovi od pune opeke ne zahtijevaju zaštitu ako je fuga pravilno izvedena. prozorski blokovi, teksturirani sloj vodootpornih materijala. Zaštita = zaštitni zid na padini

4) Radna vlaga. (na radionicama industrijske zgrade, uglavnom u podovima i donjim dijelovima zidova) rješenje: vodonepropusni podovi, sustav odvodnje, keramičke pločice donjeg dijela, vodonepropusna žbuka. Zaštita=zaštitna obloga s vanj. strane

5) Higroskopna vlaga. Zbog povećane higroskopnosti materijala (svojstvo upijanja vodene pare iz vlažnog zraka)

6) Kondenzacija vlage iz zraka: a) na površini ograde b) u debljini ograde

28. Utjecaj vlage na svojstva konstrukcija

1) S povećanjem vlažnosti povećava se toplinska vodljivost strukture.

2) Deformacije vlage. Vlažnost je mnogo gora od toplinskog širenja. Ljuštenje žbuke zbog nakupljene vlage ispod nje, zatim se vlaga smrzava, širi volumen i otkida žbuku. Materijali koji nisu otporni na vlagu deformiraju se kada su mokri. Na primjer, gips postaje puzav s povećanjem vlage, bubrenjem šperploče, raslojavanjem.

3) Smanjenje trajnosti - broj godina besprekornog rada konstrukcije

4) Biološka oštećenja (gljivice, plijesan) uslijed rose

5) Gubitak estetskog izgleda

Stoga se pri izboru materijala vodi računa o njihovom vlažnom režimu i odabiru materijali s najmanjim sadržajem vlage. Također, pretjerana vlaga u prostoriji može uzrokovati širenje bolesti i infekcija.

S tehničkog gledišta, to dovodi do gubitka trajnosti i strukture te njegovih svojstava otpornosti na mraz. Neki materijali za visoka vlažnost zraka izgubiti mehanička čvrstoća, promijeniti oblik. Na primjer, gips postaje puzav s povećanjem vlage, bubrenjem šperploče, raslojavanjem. Korozija metala. pogoršanje izgleda.

29. Sorpcija vodene pare gradi. mater. Mehanizmi sorpcije. Histereza sorpcije.

sorpcija- proces apsorpcije vodene pare, koji dovodi do ravnoteže vlažnosti materijala sa zrakom. 2 fenomena. 1. Apsorpcija kao rezultat sudara molekule pare s površinom pora i lijepljenjem na tu površinu (adsorpcija)2. Izravno otapanje vlage u volumenu tijela (apsorpcija). Vlažnost raste s povećanjem relativne elastičnosti i snižavanjem temperature. "desorpcija" ako se vlažni uzorak stavi u eksikatore (otopina sumporne kiseline), tada on odaje vlagu.

Mehanizmi sorpcije:

1.Adsorpcija

2. Kapilarna kondenzacija

3. Volumetrijsko punjenje mikropora

4. Ispunjavanje međuslojnog prostora

1 faza. Adsorpcija je pojava u kojoj je površina pora prekrivena jednim ili više slojeva molekula vode (u mezoporama i makroporama).

2 faza. Polimolekularna adsorpcija – nastaje višeslojni adsorbirani sloj.

3 faza. kapilarna kondenzacija.

UZROK. Tlak zasićene pare iznad konkavne površine manji je od onog iznad ravna površina tekućine. U kapilarama malog radijusa vlaga stvara konkavne miniske, pa je moguća kapilarna kondenzacija. Ako je D>2*10 -5 cm, tada neće biti kapilarne kondenzacije.

Desorpcija - prirodan proces sušenja.

Histereza ("razlika") sorpcije sastoji se u razlici između izoterme sorpcije dobivene kada je materijal navlažen i izoterme desorpcije dobivene iz osušenog materijala. pokazuje % razlike između sorpcijske težine vlage i desorpcijske težine vlage (desorpcija 4,3%, sorpcija 2,1%, histereza 2,2%) kada je izoterma sorpcije ovlažena. Kada se osuši, desorpcija.

30. Mehanizmi prijenosa vlage u materijalima građevinskih konstrukcija. Paropropusnost, kapilarna apsorpcija vode.

1.B zimsko vrijeme zbog temperaturne razlike i pri različitim parcijalnim tlakovima kroz ogradu prolazi struja vodene pare (od unutarnje površine prema vanjskoj) - difuzija vodene pare. Ljeti je obrnuto.

2. Konvekcijski transport vodene pare(s protokom zraka)

3. Kapilarni prijenos vode(propuštanje) kroz porozne materijale.

4. Gravitacijsko curenje vode kroz pukotine, rupe, makropore.

Paropropusnost - svojstvo materijala ili konstrukcije od njih da propušta vodenu paru kroz sebe.

Koeficijent propusnosti- Tjelesni. vrijednost je brojčano jednaka broju pare koja je prošla kroz ploču na jedinici površine, na jediničnom padu tlaka, na jediničnoj debljini ploče, u jedinici vremena na parcijalnom padu tlaka na stranama ploče. e 1 Pa. Temperature, mu opadaju, s povećanjem vlažnosti, mu raste.

Otpornost na paru: R=debljina/mu

Mu - koeficijent propusnosti pare (određen prema SNIP 2379 toplinska tehnika)

Kapilarna apsorpcija vode građevinskim materijalima - osigurava stalni prijenos tekuće vlage kroz porozne materijale iz područja visoke koncentracije u područje niske koncentracije.

Što su kapilare tanje, veća je sila kapilarnog usisavanja, ali općenito se smanjuje brzina prijenosa.

Kapilarni transport može se smanjiti ili eliminirati postavljanjem odgovarajuće barijere (mali zračni raspor ili kapilarno neaktivan sloj (neporozan)).

31. Fickov zakon. Koeficijent paropropusnosti

P (količina pare, g) \u003d (ev-en) F * z * (mu / debljina),

Mu- koeficijent. propusnost pare (određena prema SNIP 2379 toplinska tehnika)

Fizički vrijednost je brojčano jednaka količini pare koja je prošla kroz ploču na jedinici površine, pri jediničnom padu tlaka, pri jediničnoj debljini ploče, u jedinici vremena pri parcijalnom padu tlaka na stranama ploče e 1 Pa. [mg / (m 2 * Pa)]. Najmanji mu ima krovni materijal 0,00018, najveći min. pamuk = 0,065 g / m * h * mm Hg, prozorsko staklo a metali su paronepropusni, zrak je najveća paropropusnost. Prilikom smanjenja Temperature, mu opadaju, s povećanjem vlažnosti, mu raste. Ovisi o fizičkim svojstvima materijala i odražava njegovu sposobnost provođenja vodene pare koja difundira kroz njega. Anizotropni materijali imaju različite mu (za drvo uzduž vlakana = 0,32, poprijeko = 0,6).

Ekvivalentna otpornost na paropropusnost ograde sa sekvencijalnim rasporedom slojeva. Fickov zakon.

Q \u003d (e 1 -e 2) / R n qR n1n =(e n1n-1 -e 2)

32 Proračun raspodjele parcijalnog tlaka vodene pare po debljini konstrukcije.

* - bez uzimanja u obzir paropropusnosti šavova zaslona

Toplinski otpor zatvorenog zračnog raspora uzima se prema tablici 7 zajedničkog pothvata.

Prihvaćamo koeficijent toplinske nehomogenosti konstrukcije r= 0,85, dakle R zahtijevati /r\u003d 3,19 / 0,85 \u003d 3,75 m 2 × ° S / W i potrebna debljina izolacije

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

Prihvaćamo debljinu izolacije  3 \u003d 0,15 m \u003d 150 mm (višekratnik od 30 mm) i dodajemo u tablicu. 4.2.

Zaključci:

Što se tiče otpora prijenosa topline, dizajn zadovoljava standarde, budući da je otpor prijenosa topline smanjen R 0 r iznad tražene vrijednosti R zahtijevati :

R 0 r=3,760,85 = 3,19> R zahtijevati\u003d 3,19 m 2 × ° C / W.

4.6. Određivanje uvjeta topline i vlažnosti ventiliranog zračnog raspora

Izračun se provodi za uvjete zimskog razdoblja.

Određivanje brzine kretanja i temperature zraka u sloju

Što je duži (viši) sloj, veća je brzina kretanja zraka i njegova potrošnja, a posljedično i učinkovitost uklanjanja vlage. S druge strane, što je sloj duži (viši), to je veća vjerojatnost neprihvatljivog nakupljanja vlage u izolaciji i na ekranu.

Razmak između ulaznih i izlaznih ventilacijskih otvora (visina sloja) uzima se jednak H= 12 m.

Prosječna temperatura zraka u sloju t 0 prethodno prihvaćen kao

t 0 = 0,8t ext \u003d 0,8 (-9,75) \u003d -7,8 ° S.

Brzina kretanja zraka u sloju kada se dovodni i odvodni otvori nalaze na istoj strani zgrade:

gdje je  zbroj lokalnih aerodinamičkih otpora strujanju zraka na ulazu, na zavojima i na izlazu iz međusloja; ovisno o projektnom rješenju fasadnog sustava= 3…7; prihvatiti = 6.

Površina poprečnog presjeka međusloja s uvjetnom širinom b= 1 m i prihvaćena (u tablici 4.1) debljina = 0,05 m: F=b \u003d 0,05 m 2.

Ekvivalentni promjer zračnog raspora:

Koeficijent prijenosa topline površine zračnog raspora a 0 preliminarno se uzima prema stavku 9.1.2 zajedničkog pothvata: a 0 = 10,8 W / (m 2 × ° S).

(m 2 × ° C) / W,

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

(m 2 × ° C) / W,

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

Izgledi

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

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

Gdje S– određena toplina zrak, S= 1000 J/(kg×°C).

Prosječna temperatura zraka u međusloju razlikuje se od prethodno prihvaćene za više od 5%, tako da specificiramo izračunate parametre.

Brzina kretanja zraka u sloju:

Gustoća zraka u međusloju

Količina (brzina protoka) zraka koji prolazi kroz međusloj:

Određujemo koeficijent prijenosa topline površine zračnog raspora:

W/(m 2 × °C).

Otpor prolaza topline i koeficijent prolaza topline unutrašnjosti zida:

(m 2 × ° C) / W,

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

Otpor prolaza topline i koeficijent prolaza topline vanjskog dijela zida:

(m 2 × ° C) / W,

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

Izgledi

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

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

Određujemo prosječnu temperaturu zraka u sloju:

Pročišćavamo prosječnu temperaturu zraka u međusloju još nekoliko puta dok se vrijednosti u susjednim iteracijama ne razlikuju za više od 5% (tablica 4.6).

U članku se govori o projektiranju sustava toplinske izolacije sa zatvorenim zračnim rasporom između toplinske izolacije i zida zgrade. Predlaže se korištenje paropropusnih umetaka u toplinskoj izolaciji kako bi se spriječila kondenzacija vlage u zračnom sloju. Dana je metoda za izračunavanje površine umetaka ovisno o uvjetima uporabe toplinske izolacije.

Ovaj rad opisuje sustav toplinske izolacije koji ima mrtvi zračni prostor između toplinske izolacije i vanjskog zida zgrade. U toplinskoj izolaciji predlažu se paropropusni umetci kako bi se spriječila kondenzacija vlage u zračnom prostoru. Metoda izračuna ponuđene površine umetaka ovisi o uvjetima primjene toplinske izolacije.

UVOD

Zračni raspor je element mnogih ovojnica zgrada. U ovom radu istražuju se svojstva ogradnih konstrukcija sa zatvorenim i ventiliranim zračnim rasporima. Istodobno, značajke njegove primjene u mnogim slučajevima zahtijevaju rješavanje problema građenja toplinske tehnike u specifičnim uvjetima uporabe.

Poznato i naširoko korišteno u građevinarstvu je izvedba sustava toplinske izolacije s ventiliranim zračnim rasporom. Glavna prednost ovog sustava u odnosu na lake sustave žbuke je mogućnost izvođenja radova na izolaciji objekata. tijekom cijele godine. Sustav za pričvršćivanje izolacije najprije se pričvršćuje na ogradnu konstrukciju. Grijač je priključen na ovaj sustav. Vanjska zaštita izolacije postavlja se od njega na određenoj udaljenosti, tako da se formira zračni raspor između izolacije i vanjske ograde. Dizajn izolacijskog sustava omogućuje ventilaciju zračnog raspora u svrhu uklanjanja viška vlage čime se smanjuje količina vlage u izolaciji. Nedostaci ovog sustava uključuju složenost i nužnost, uz upotrebu izolacijskih materijala, korištenja sporednih kolosijeka koji osiguravaju potreban prostor za kretanje zraka.

Poznati sustav ventilacije u kojem je zračni raspor neposredno uz zid zgrade. Toplinska izolacija je izvedena u obliku troslojnih ploča: unutarnji sloj je termoizolacijski materijal, vanjski slojevi su aluminij i aluminijska folija. Ovaj dizajn štiti izolaciju od prodora atmosferske vlage i vlage iz prostorija. Stoga se njegova svojstva ne pogoršavaju ni u kakvim radnim uvjetima, čime se štedi do 20% izolacije u usporedbi s konvencionalnim sustavima. Nedostatak ovih sustava je potreba za ventilacijom sloja kako bi se uklonila vlaga koja migrira iz prostorija zgrade. To dovodi do smanjenja svojstva toplinske izolacije sustava. Osim toga, toplinski gubici nižih katova zgrada se povećavaju, budući da je hladnom zraku koji ulazi u međusloj kroz rupe na dnu sustava potrebno neko vrijeme da se zagrije do stalne temperature.

IZOLACIONI SUSTAV SA ZATVORENIM ZRAČNIM RAZOROM

Moguć je sustav toplinske izolacije sličan onom sa zatvorenim zračnim rasporom. Treba obratiti pozornost na činjenicu da je kretanje zraka u međusloju potrebno samo za uklanjanje vlage. Ako problem odvođenja vlage riješimo na drugačiji način, bez ventilacije, dobivamo sustav toplinske izolacije sa zatvorenim zračnim rasporom bez navedenih nedostataka.

Da bi se problem riješio, sustav toplinske izolacije trebao bi imati oblik prikazan na sl. 1. Toplinsku izolaciju građevine treba izvesti paropropusnim umetcima od termoizolacijskog materijala, npr. mineralna vuna. Sustav toplinske izolacije mora biti postavljen tako da se para odvodi iz međusloja, a unutar njega je vlažnost ispod točke rosišta u međusloju.

1 - zid zgrade; 2 - pričvršćivači; 3 - toplinsko-izolacijske ploče; 4 - parni i toplinski izolacijski umetci

Riža. 1. Toplinska izolacija s paropropusnim umetcima

Za tlak zasićene pare u međusloju može se napisati sljedeći izraz:

Zanemarujući toplinski otpor zraka u međusloju, srednju temperaturu unutar međusloja određujemo formulom

(2)

Gdje T in, Tout- temperatura zraka unutar zgrade i vanjskog zraka, odnosno oko C;

R 1 , R 2 - otpornost na prijenos topline zida i toplinske izolacije, odnosno, m 2 × o C / W.

Za paru koja migrira iz prostorije kroz zid zgrade, možete napisati jednadžbu:

(3)

Gdje Pin, P– parcijalni tlak pare u prostoriji i međusloju, Pa;

S 1 - površina vanjskog zida zgrade, m 2;

k pp1 - koeficijent paropropusnosti zida, jednak:

Ovdje R pp1 = m 1 / l 1 ;

m 1 - koeficijent propusnosti pare zidnog materijala, mg / (m × h × Pa);

l 1 - debljina stijenke, m.

Za paru koja migrira iz zračnog raspora kroz paropropusne umetke u toplinskoj izolaciji zgrade može se napisati sljedeća jednadžba:

(5)

Gdje P van– parcijalni tlak pare u vanjskom zraku, Pa;

S 2 - površina paropropusnih toplinsko-izolacijskih umetaka u toplinskoj izolaciji zgrade, m 2;

k pp2 - koeficijent paropropusnosti umetaka, jednak:

Ovdje R pp2 \u003d m 2 / l 2 ;

m 2 - koeficijent paropropusnosti materijala paropropusnog umetka, mg / (m × h × Pa);

l 2 – debljina umetka, m.

Izjednačavanje desnih dijelova jednadžbi (3) i (5) i rješavanje dobivene jednadžbe za ravnotežu pare u međusloju s obzirom na P, dobivamo vrijednost tlaka pare u međusloju u obliku:

(7)

gdje je e = S 2 /S 1 .

Napisavši uvjet odsutnosti kondenzacije vlage u zračnom rasporu u obliku nejednakosti:

i rješavajući ga, dobivamo traženu vrijednost omjera ukupne površine paropropusnih umetaka prema površini zida:

Tablica 1 prikazuje podatke dobivene za neke opcije za ograđivanje struktura. U proračunu je pretpostavljeno da je koeficijent toplinske vodljivosti paropropusnog umetka jednak koeficijentu toplinske vodljivosti glavne toplinske izolacije u sustavu.

Tablica 1. Vrijednost ε za različite opcije zidova

Primjeri navedeni u tablici 1. pokazuju da je moguće izvesti toplinsku izolaciju sa zatvorenim zračnim rasporom između toplinske izolacije i zida zgrade. Kod nekih zidnih konstrukcija, kao u prvom primjeru iz tablice 1, paropropusni umeci se mogu izostaviti. U drugim slučajevima, područje paropropusnih umetaka može biti beznačajno u usporedbi s područjem izoliranog zida.

TOPLINSKO-IZOLACIJSKI SUSTAV S KONTROLIRANIM TOPLINSKO-TEHNIČKIM KARAKTERISTIKAMA

Projektiranje toplinsko-izolacijskih sustava doživjelo je značajan razvoj u proteklih pedesetak godina, a danas projektanti imaju na raspolaganju veliki izbor materijali i konstrukcije: od uporabe slame do vakuumske toplinske izolacije. Moguća je i uporaba aktivnih toplinsko-izolacijskih sustava čija svojstva omogućuju uključivanje u sustav energetske opskrbe zgrada. U tom se slučaju svojstva toplinsko-izolacijskog sustava također mogu mijenjati ovisno o uvjetima. okoliš, osiguravajući stalnu razinu gubitka topline iz zgrade, bez obzira na vanjska temperatura.

Ako postavite fiksnu razinu gubitka topline Q kroz ovojnicu zgrade potrebna vrijednost reduciranog otpora prolasku topline odredit će se formulom

(10)

Takva svojstva mogu imati sustav toplinske izolacije s prozirnim vanjskim slojem ili s ventiliranim zračnim rasporom. U prvom slučaju koristi se sunčeva energija, au drugom se može dodatno koristiti toplinska energija tla zajedno s izmjenjivačem topline zemlje.

U sustavu s prozirnom toplinskom izolacijom na niskom položaju sunca, njegove zrake prolaze do zida gotovo bez gubitaka, zagrijavaju ga, čime se smanjuje gubitak topline iz prostorije. U Ljetno vrijeme, pri visokom položaju sunca iznad horizonta, sunčeve zrake se gotovo u potpunosti odbijaju od zida zgrade, čime se sprječava pregrijavanje zgrade. Kako bi se smanjio obrnuti tok topline, toplinski izolacijski sloj izrađen je u obliku saćaste strukture, koja igra ulogu zamke za sunčevu svjetlost. Nedostatak ovakvog sustava je nemogućnost redistribucije energije duž pročelja zgrade i nepostojanje akumulativnog učinka. Osim toga, učinkovitost ovog sustava izravno ovisi o razini solarne aktivnosti.

Prema autorima, idealan sustav toplinske izolacije trebao bi donekle nalikovati živom organizmu i mijenjati svoja svojstva u širokom rasponu ovisno o uvjetima okoline. Pri padu vanjske temperature sustav toplinske izolacije trebao bi smanjiti gubitak topline iz zgrade, a pri porastu vanjske temperature može se smanjiti njegov toplinski otpor. Tijekom ljeta solarna energija u zgradu treba ovisiti i o vanjskim uvjetima.

Predloženi sustav toplinske izolacije u mnogočemu ima gore navedena svojstva. Na sl. 2a prikazuje dijagram zida s predloženim sustavom toplinske izolacije, na sl. 2b - temperaturni grafikon u toplinski izolacijskom sloju bez i s prisutnošću zračnog raspora.

Toplinski izolacijski sloj izrađen je s ventiliranim zračnim rasporom. Kada se u njemu kreće zrak s temperaturom višom od one u odgovarajućoj točki na grafikonu, vrijednost temperaturnog gradijenta u sloju toplinske izolacije od zida do međusloja opada u odnosu na toplinsku izolaciju bez međusloja, čime se smanjuju gubici topline iz zida. zgrada kroz zid. Istodobno, treba imati na umu da će smanjenje gubitka topline iz zgrade biti kompenzirano toplinom koju daje strujanje zraka u međusloju. To jest, temperatura zraka na izlazu međusloja bit će manja nego na ulazu.

Riža. 2. Shema sustava toplinske izolacije (a) i temperaturni grafikon (b)

Fizikalni model problema proračuna gubitaka topline kroz zid sa zračnim rasporom prikazan je na sl. 3. Jednadžba toplinske bilance za ovaj model ima sljedeći oblik:

Riža. 3. Shema proračuna gubitaka topline kroz ovojnicu zgrade

Pri proračunu toplinskih tokova uzimaju se u obzir konduktivni, konvektivni i radijacijski mehanizmi prijenosa topline:

Gdje Q 1 - protok topline iz prostorije na unutarnju površinu ovojnice zgrade, W / m 2;

Q 2 - protok topline kroz glavni zid, W / m 2;

Q 3 - protok topline kroz zračni raspor, W/m2;

Q 4 – toplinski tok kroz toplinski izolacijski sloj iza međusloja, W/m 2 ;

Q 5 - protok topline s vanjske površine zatvorene konstrukcije u atmosferu, W / m 2;

T 1 , T 2, - temperatura na površini zida, o C;

T 3 , T 4 – temperatura na površini međusloja, o S;

Tk, T a- temperatura u prostoriji i vanjskom zraku, odnosno oko C;

s je Stefan-Boltzmannova konstanta;

l 1, l 2 - toplinska vodljivost glavnog zida i toplinske izolacije, W / (m × o C);

e 1 , e 2 , e 12 - emisivnost unutarnje površine zida, vanjske površine toplinsko-izolacijskog sloja odnosno smanjena emisivnost površina zračnog raspora;

a in, a n, a 0 - koeficijent prijenosa topline na unutarnjoj površini zida, na vanjskoj površini toplinske izolacije i na površinama koje ograničavaju zračni raspor, W / (m 2 × o C).

Formula (14) je napisana za slučaj kada zrak u međusloju miruje. U slučaju kada zrak s temperaturom T u umjesto Q 3, razmatraju se dva toka: od upuhanog zraka do zida:

i od upuhanog zraka na ekran:

Tada se sustav jednadžbi dijeli na dva sustava:

Koeficijent prolaza topline izražava se Nusseltovim brojem:

Gdje L- karakteristična veličina.

Formule za izračunavanje Nusseltova broja uzimane su ovisno o situaciji. Pri izračunavanju koeficijenta prijenosa topline na unutarnjoj i vanjskoj površini ogradnih konstrukcija korištene su sljedeće formule:

gdje je Ra= Pr×Gr – Rayleighov kriterij;

Gr= g×b ×D T× L 3 /n 2 je Grashofov broj.

Pri određivanju Grashofovog broja kao karakteristična temperaturna razlika odabrana je razlika između temperature stijenke i temperature okolnog zraka. Za karakteristične dimenzije uzete su: visina zida i debljina sloja.

Pri izračunavanju koeficijenta prolaza topline a 0 unutar zatvorenog zračnog raspora korištena je sljedeća formula za izračunavanje Nusseltova broja:

(22)

Ako se zrak unutar međusloja kretao, korištena je jednostavnija formula za izračunavanje Nusseltova broja iz:

(23)

gdje je Re = v×d /n je Reynoldsov broj;

d je debljina zračnog raspora.

Vrijednosti Prandtl broja Pr, kinematičke viskoznosti n i koeficijenta toplinske vodljivosti zraka l u ovisnosti o temperaturi izračunate su linearnom interpolacijom tabličnih vrijednosti iz . Sustavi jednadžbi (11) ili (19) riješeni su numerički iterativnim usklađivanjem s obzirom na temperature T 1 , T 2 , T 3 , T 4 . Za numeričku simulaciju odabran je sustav toplinske izolacije koji se temelji na toplinskoj izolaciji sličnoj ekspandiranom polistirenu s koeficijentom toplinske vodljivosti od 0,04 W/(m 2 × o C). Pretpostavlja se da je temperatura zraka na ulazu međusloja 8 ° C, ukupna debljina toplinsko izolacijskog sloja bila je 20 cm, debljina međusloja d- 1 cm.

Na sl. Slika 4 prikazuje grafikone specifičnog gubitka topline kroz izolacijski sloj konvencionalnog toplinskog izolatora u prisutnosti zatvorenog toplinsko-izolacijskog sloja i s ventiliranim zračnim slojem. Zatvoreni zračni raspor gotovo ne poboljšava svojstva toplinske izolacije. Za razmatrani slučaj, prisutnost toplinsko izolacijskog sloja s pokretnim protokom zraka više nego udvostručuje gubitak topline kroz zid pri vanjskoj temperaturi od minus 20 ° C. Ekvivalentna vrijednost otpora prijenosu topline takve toplinske izolacije za ova temperatura je 10,5 m 2 × ° C / W, što odgovara sloju ekspandiranog polistirena debljine veće od 40,0 cm.

D d= 4 cm s mirnim zrakom; red 3 - brzina zraka 0,5 m/s

Riža. 4. Grafovi ovisnosti specifičnih toplinskih gubitaka

Učinkovitost sustava toplinske izolacije povećava se snižavanjem vanjske temperature. Pri vanjskoj temperaturi zraka od 4 ° C, učinkovitost oba sustava je ista. Daljnje povećanje temperature čini korištenje sustava neprikladnim, jer dovodi do povećanja razine gubitka topline iz zgrade.

Na sl. Slika 5 prikazuje ovisnost temperature vanjske površine zida o temperaturi vanjskog zraka. Prema sl. 5, prisutnost zračnog raspora povećava temperaturu vanjske površine zida pri negativnoj vanjskoj temperaturi u usporedbi s konvencionalnom toplinskom izolacijom. To je zato što zrak koji se kreće predaje svoju toplinu i unutarnjim i vanjskim slojevima toplinske izolacije. Pri visokim vanjskim temperaturama zraka takav sustav toplinske izolacije ima ulogu rashladnog sloja (vidi sl. 5).

Red 1 - obična toplinska izolacija, D= 20 cm; red 2 - u toplinskoj izolaciji postoji zračni raspor širine 1 cm, d= 4 cm, brzina zraka 0,5 m/s

Riža. 5. Ovisnost temperature vanjske površine zidaod temperature vanjskog zraka

Na sl. Slika 6 prikazuje ovisnost temperature na izlazu iz međusloja o temperaturi vanjskog zraka. Zrak u međusloju, hladeći se, predaje svoju energiju okolnim površinama.

Riža. 6. Ovisnost temperature na izlazu iz međuslojaod temperature vanjskog zraka

Na sl. 7 prikazana je ovisnost gubitka topline o debljini vanjskog sloja toplinske izolacije pri minimalnoj vanjskoj temperaturi. Prema sl. 7, minimalni gubitak topline promatra se na d= 4 cm.

Riža. 7. Ovisnost gubitka topline o debljini vanjskog sloja toplinske izolacije na minimalnoj vanjskoj temperaturi

Na sl. Slika 8 prikazuje ovisnost gubitka topline za vanjsku temperaturu od minus 20 °C o brzini zraka u međusloju različitih debljina. Porast brzine zraka iznad 0,5 m/s ne utječe bitno na svojstva toplinske izolacije.

Redak 1 - d= 16 cm; red 2 - d= 18 cm; red 3 - d= 20 cm

Riža. 8. Ovisnost gubitka topline o brzini zrakas različitom debljinom zračnog sloja

Treba obratiti pozornost na činjenicu da ventilirani zračni sloj omogućuje učinkovitu kontrolu razine gubitka topline kroz površinu zida promjenom brzine zraka u rasponu od 0 do 0,5 m/s, što je nemoguće za konvencionalnu toplinsku izolaciju. Na sl. Slika 9 prikazuje ovisnost brzine strujanja zraka o vanjskoj temperaturi za fiksnu razinu gubitka topline kroz zid. Ovakav pristup toplinskoj zaštiti zgrada omogućuje smanjenje potrošnje energije. sustav ventilacije kako vanjska temperatura raste.

Riža. 9. Ovisnost brzine strujanja zraka o vanjskoj temperaturi za fiksnu razinu gubitka topline

Prilikom izrade sustava toplinske izolacije koji se razmatra u članku, glavno pitanje je izvor energije za povećanje temperature dizanog zraka. Kao takav izvor, on bi trebao uzimati toplinu tla ispod zgrade pomoću zemljanog izmjenjivača topline. Za učinkovitije korištenje energije tla, pretpostavlja se da ventilacijski sustav u zračnom rasporu treba biti zatvoren, bez usisavanja atmosferskog zraka. Budući da je temperatura zraka koji ulazi u sustav zimi niža od temperature tla, problem kondenzacije vlage ovdje ne postoji.

Najučinkovitiju primjenu takvog sustava autori vide u kombinaciji korištenja dvaju izvora energije: sunčeve i topline zemlje. Ako se okrenemo prethodno spomenutim sustavima s prozirnim toplinsko-izolacijskim slojem, postaje očito da autori ovih sustava nastoje na ovaj ili onaj način realizirati ideju toplinske diode, odnosno riješiti problem usmjeren prijenos sunčeve energije na zid zgrade, uz poduzimanje mjera za sprječavanje kretanja toka toplinske energije u suprotnom smjeru.

Vanjski upijajući sloj može se bojati tamna boja metalna ploča. I drugi upijajući sloj može biti zračni raspor u toplinskoj izolaciji zgrade. Zrak koji se kreće u međusloju, zatvarajući kroz zemljani izmjenjivač topline, u sunčano vrijeme zagrijava tlo, akumulira sunčevu energiju i redistribuira je duž pročelja zgrade. Toplina s vanjskog sloja na unutarnji može se prenijeti pomoću toplinskih dioda izrađenih na toplinskim cijevima s faznim prijelazima.

Stoga se predloženi sustav toplinske izolacije s kontroliranim termofizičkim karakteristikama temelji na strukturi s toplinsko izolacijskim slojem koji ima tri značajke:

- ventilirani zračni sloj paralelan s ovojnicom zgrade;

je izvor energije za zrak unutar međusloja;

– sustav za kontrolu parametara strujanja zraka u međusloju ovisno o vanjskim vremenskim uvjetima i temperaturi zraka u prostoriji.

Jedan od opcije konstrukcija - korištenje transparentnog sustava toplinske izolacije. U tom slučaju sustav toplinske izolacije mora biti dopunjen još jednim zračnim rasporom uz zid zgrade i povezan sa svim zidovima zgrade, kao što je prikazano na sl. 10.

Sustav toplinske izolacije prikazan na sl. 10 ima dva zračna prostora. Jedan od njih nalazi se između toplinske izolacije i prozirne ograde i služi za sprječavanje pregrijavanja objekta. U tu svrhu postoje zračni ventili koji povezuju međusloj s vanjskim zrakom na vrhu i dnu termoizolacijske ploče. Ljeti iu vrijeme velike sunčeve aktivnosti, kada postoji opasnost od pregrijavanja zgrade, zaklopke se otvaraju, osiguravajući ventilaciju vanjskim zrakom.

Riža. 10. Prozirni sustav toplinske izolacije s ventiliranim zračnim rasporom

Drugi zračni raspor nalazi se uz zid zgrade i služi za transport sunčeve energije u ovojnici zgrade. Takav dizajn omogućit će korištenje sunčeve energije cijelom površinom zgrade tijekom dnevnog svjetla, štoviše, osiguravajući učinkovitu akumulaciju sunčeve energije, budući da cijeli volumen zidova zgrade djeluje kao akumulator.

Također je moguće koristiti tradicionalnu toplinsku izolaciju u sustavu. U ovom slučaju, zemljani izmjenjivač topline može poslužiti kao izvor toplinske energije, kao što je prikazano na sl. jedanaest.

Riža. jedanaest. Sustav toplinske izolacije s zemnim izmjenjivačem topline

Kao druga opcija, u tu se svrhu mogu predložiti emisije ventilacije zgrade. U tom slučaju, da bi se spriječila kondenzacija vlage u međusloju, potrebno je odvedeni zrak propustiti kroz izmjenjivač topline, a vanjski zrak zagrijan u izmjenjivaču topline pustiti u međusloj. Iz međusloja zrak može ući u prostoriju radi ventilacije. Zrak se zagrijava prolazeći kroz zemljani izmjenjivač topline i predaje svoju energiju ovojnici zgrade.

Neophodan element sustava toplinske izolacije trebao bi biti automatski sustav upravljanje njegovim svojstvima. Na sl. Slika 12 je blok dijagram kontrolnog sustava. Upravljanje se temelji na analizi informacija sa senzora temperature i vlage promjenom načina rada ili gašenjem ventilatora te otvaranjem i zatvaranjem zračnih zaklopki.

Riža. 12. Blok dijagram sustava upravljanja

Blok dijagram algoritma rada ventilacijskog sustava s kontroliranim svojstvima prikazan je na sl. 13.

Na početno stanje rada kontrolnog sustava (vidi sl. 12), na temelju izmjerenih vrijednosti vanjske i unutarnje temperature, kontrolna jedinica izračunava temperaturu u zračnom rasporu za mirno stanje zraka. Ta se vrijednost uspoređuje s temperaturom zraka u sloju južne fasade tijekom projektiranja sustava toplinske izolacije, kao na sl. 10, ili u zemljanom izmjenjivaču topline - kod projektiranja sustava toplinske izolacije, kao na sl. 11. Ako je izračunata temperatura veća ili jednaka izmjerenoj temperaturi, ventilator ostaje isključen, a zaklopke zraka u međusloju su zatvorene.

Riža. 13. Blok dijagram algoritma rada ventilacijskog sustava s upravljanim svojstvima

Ako je izračunata temperatura niža od izmjerene, uključite cirkulacijski ventilator i otvorite zaklopke. U ovom slučaju, energija zagrijanog zraka predaje se zidnim konstrukcijama zgrade, smanjujući potrebu za toplinskom energijom za grijanje. Istovremeno se mjeri vrijednost vlažnosti zraka u međusloju. Ako se vlaga približi točki rosišta, otvara se prigušnica koja povezuje zračni raspor s vanjskim zrakom, što osigurava da se vlaga ne kondenzira na površini stijenki raspora.

Dakle, predloženi sustav toplinske izolacije omogućuje vam da stvarno kontrolirate toplinska svojstva.

ISPITIVANJE IZGLEDA TOPLINSKOG IZOLACIJSKOG SUSTAVA S KONTROLIRANOM TOPLINSKOM IZOLACIJOM KORIŠTENJEM EMISIJA VENTILACIJE ZGRADE

Shema pokusa prikazana je na sl. 14. Raspored sustava toplinske izolacije montiran je na cigleni zid prostorije u gornjem dijelu okna dizala. Raspored se sastoji od toplinske izolacije koja predstavlja paronepropusne toplinsko-izolacijske ploče (jedna površina je aluminijska debljine 1,5 mm; druga je aluminijska folija) ispunjene poliuretanskom pjenom debljine 3,0 cm s koeficijentom toplinske vodljivosti 0,03 W / (m 2 × o C). Otpor prijenosa topline ploče - 1,0 m 2 × o C / W, zid od cigli- 0,6 m 2 × o C / W. Između toplinsko-izolacijskih ploča i površine ovojnice zgrade nalazi se zračni raspor debljine 5 cm. temperaturni uvjeti i kretanja protoka topline kroz ogradnu konstrukciju, u nju su ugrađeni senzori temperature i protoka topline.

Riža. 14. Shema eksperimentalnog sustava s kontroliranom toplinskom izolacijom

Fotografija instaliranog toplinsko-izolacijskog sustava s opskrbom energijom iz ventilacijskog sustava povrata topline prikazana je na sl. 15.

Dodatna energija unutar sloja dobiva se zrakom uzetim na izlazu iz sustava povrata topline ventilacijskih emisija zgrade. Ventilacijske emisije uzete su iz izlaza ventilacijskog okna zgrade državnog poduzeća „Institut NIPTIS nazvanog po A.I. Ataeva S.S., dovedeni su na prvi ulaz rekuperatora (vidi sl. 15a). Zrak se dovodio iz ventilacijskog sloja u drugi ulaz rekuperatora, te ponovno u ventilacijski sloj iz drugog izlaza rekuperatora. Otpadni zrak ventilacije ne može se dovoditi izravno u zračni raspor zbog opasnosti od kondenzacije vlage unutar njega. Stoga su ventilacijske emisije zgrade prvo prošle kroz izmjenjivač topline-rekuperator, čiji je drugi ulaz primao zrak iz međusloja. U izmjenjivaču topline se zagrijava i uz pomoć ventilatora dovodi u zračni raspor ventilacijskog sustava kroz prirubnicu postavljenu na dnu toplinsko-izolacijske ploče. Kroz drugu prirubnicu u gornjem dijelu toplinske izolacije zrak je odveden iz panela i zatvorio ciklus njegovog kretanja na drugom ulazu izmjenjivača topline. U procesu rada snimljene su informacije dobivene od senzora temperature i protoka topline instaliranih prema shemi na slici 1. 14.

Posebna jedinica za upravljanje i obradu podataka korištena je za upravljanje modovima rada ventilatora te snimanje i snimanje parametara eksperimenta.

Na sl. 16 prikazuje grafikone promjena temperature: vanjskog zraka, unutarnjeg i unutarnjeg zraka razne dijelove međuslojevi. Od 7.00 do 13.00 sati sustav prelazi u stacionarni režim rada. Razlika između temperature na ulazu zraka u međusloj (senzor 6) i temperature na njegovom izlazu (senzor 5) pokazala se oko 3°C, što ukazuje na potrošnju energije iz prolaznog zraka.

Riža. 16. Grafikoni temperature: a - vanjski zrak i unutarnji zrak;b - zrak u raznim dijelovima međusloja

Na sl. Na slici 17 prikazani su grafikoni vremenske ovisnosti temperature zidnih površina i toplinske izolacije, te temperature i toplinskog toka kroz ogradnu površinu zgrade. Na sl. 17b, jasno se bilježi smanjenje toplinskog toka iz prostorije nakon dovoda zagrijanog zraka u ventilacijski sloj.

Riža. 17. Grafikoni u odnosu na vrijeme: a - temperatura površina zida i toplinske izolacije;b - protok temperature i topline kroz ogradnu površinu zgrade

Eksperimentalni rezultati do kojih su autori došli potvrđuju mogućnost upravljanja svojstvima toplinske izolacije ventiliranim slojem.

ZAKLJUČAK

1 Važan element energetski učinkovite zgrade je njezina ovojnica. Glavni pravci razvoja smanjenja gubitaka topline zgrada kroz ovojnice zgrada povezani su s aktivnom toplinskom izolacijom, kada ovojnica zgrade igra važnu ulogu u oblikovanju parametara unutarnjeg okoliša prostora. Najočitiji primjer je ovojnica zgrade sa zračnim rasporom.

2 Autori su predložili izvedbu toplinske izolacije sa zatvorenim zračnim rasporom između toplinske izolacije i zida zgrade. Kako bi se spriječila kondenzacija vlage u zračnom sloju bez smanjenja toplinsko-izolacijskih svojstava, razmatra se mogućnost primjene paropropusnih umetaka u toplinskoj izolaciji. Razvijena je metoda za izračunavanje površine umetaka ovisno o uvjetima uporabe toplinske izolacije. Kod nekih zidnih konstrukcija, kao u prvom primjeru iz tablice 1, paropropusni umeci se mogu izostaviti. U drugim slučajevima, područje paropropusnih umetaka može biti beznačajno u odnosu na područje izoliranog zida.

3 Razvijena je metoda za proračun toplinskih karakteristika i projektiranje sustava toplinske izolacije s kontroliranim toplinskim svojstvima. Dizajn je izrađen u obliku sustava s ventiliranim zračnim rasporom između dva sloja toplinske izolacije. Pri kretanju u zračnom sloju s temperaturom višom nego na odgovarajućoj točki zida s konvencionalnim sustavom toplinske izolacije, veličina temperaturnog gradijenta u sloju toplinske izolacije od zida do sloja smanjuje se u usporedbi s toplinskom izolacijom bez sloja. , što smanjuje gubitak topline iz zgrade kroz zid. Kao energija za povećanje temperature dizanog zraka moguće je koristiti toplinu tla ispod objekta, korištenjem zemljinog izmjenjivača topline ili sunčevu energiju. Razvijene su metode za proračun karakteristika takvog sustava. Eksperimentalna potvrda realnosti korištenja sustava toplinske izolacije s kontroliranim toplinske karakteristike za zgrade.

BIBLIOGRAFIJA

1. Bogoslovsky, V. N. Građevinska toplinska fizika / V. N. Bogoslovsky. - St. Petersburg: AVOK-SJEVERO-ZAPAD, 2006. - 400 str.

2. Sustavi toplinske izolacije zgrada: TKP.

4. Projektiranje i ugradnja izolacijskog sustava s ventiliranim zračnim rasporom na bazi troslojnih fasadnih ploča: R 1.04.032.07. - Minsk, 2007. - 117 str.

5. Danilevsky, LN O pitanju smanjenja razine gubitka topline u zgradi. Iskustvo bjelorusko-njemačke suradnje u građevinarstvu / LN Danilevsky. - Minsk: Strinko, 2000. - S. 76, 77.

6. Alfred Kerschberger "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. veljače 1999. Bregenz. -R. 177–182 (prikaz, stručni).

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

9. Pasivna kuća kao adaptivni sustav za održavanje života: sažeci Intern. znanstveni i tehnički konf. “Od toplinske sanacije zgrada do pasivna kuća. Problemi i rješenja” / L. N. Danilevsky. - Minsk, 1996. - S. 32–34.

10. Toplinska izolacija s kontroliranim svojstvima za zgrade s malim toplinskim gubicima: sub. tr. / SE „NIPTIS Institut nazvan. Ataeva S. S. "; L. N. Danilevskog. - Minsk, 1998. - S. 13-27.

11. Danilevsky, L. Sustav toplinske izolacije s kontroliranim svojstvima za pasivnu kuću / L. Danilevsky // Arhitektura i građevina. - 1998. - br. 3. - S. 30, 31.

12. O. G. Martynenko, Slobodni konvektivni prijenos topline. Priručnik / O. G. Martynenko, Yu. A. Sokovishin. - Minsk: Znanost i tehnologija, 1982. - 400 str.

13. Mikheev, M. A. Osnove prijenosa topline / M. A. Mikheev, I. M. Mikheeva. – M.: Energija, 1977. – 321 str.

14. Vanjsko ventilirano ograđivanje zgrade: Pat. 010822 Evraz. Patentni ured, IPC (2006.01) E04V 2/28, E04V 1/70 / L. N. Danilevsky; podnositelj zahtjeva Državno poduzeće "NIPTIS institut nazvan po Ataeva S.S. - br. 20060978; dec. 05.10.2006.; objav. 30. prosinca 2008. // Bull. Euroazijski patentni ured. - 2008. - br. 6.

15. Vanjsko ventilirano ograđivanje zgrade: Pat. 11343 Rep. Bjelorusija, IPC (2006) E04B1 / 70, E04B2 / 28 / L. N. Danilevsky; podnositelj zahtjeva Državno poduzeće "NIPTIS institut nazvan po Ataeva S.S. - br. 20060978; dec. 05.10.2006.; objav. 30.12.2008 // Afitsyyny bul. / Nacionalni centar intelektualac. Ulasnastsi. – 2008. (monografija).

Prijenos topline i vlage kroz vanjske ograde

Osnove prijenosa topline u zgradi

Kretanje topline uvijek se događa iz toplije okoline u hladniju. Proces prijenosa topline s jedne točke u prostoru na drugu zbog temperaturne razlike naziva se prijenos topline i kolektivna je jer uključuje tri elementarne vrste prijenosa topline: toplinska vodljivost (kondukcija), konvekcija i zračenje. Tako, potencijal prijenos topline je temperaturna razlika.

Toplinska vodljivost

Toplinska vodljivost- vrsta prijenosa topline između nepomičnih čestica čvrste, tekuće ili plinovite tvari. Dakle, toplinska vodljivost je izmjena topline između čestica ili elemenata strukture materijalnog okoliša koji su u izravnom međusobnom kontaktu. Pri proučavanju toplinske vodljivosti tvar se smatra kontinuiranom masom, a zanemaruje se njena molekularna struktura. U svom čistom obliku, toplinska vodljivost se javlja samo u čvrstim tvarima, budući da je u tekućim i plinovitim medijima praktički nemoguće osigurati nepokretnost tvari.

Većina građevinskih materijala je porozna tijela. Pore ​​sadrže zrak koji ima sposobnost kretanja, odnosno prijenosa topline konvekcijom. Smatra se da se konvektivna komponenta toplinske vodljivosti građevinskih materijala može zanemariti zbog svoje malenosti. Izmjena topline zračenjem događa se unutar pore između površina njezinih stijenki. Prijenos topline zračenjem u porama materijala određen je uglavnom veličinom pora, jer što je pora veća, to je veća temperaturna razlika na njezinim stijenkama. Kada se razmatra toplinska vodljivost, karakteristike ovog procesa povezane su s ukupnom masom tvari: kostura i pora zajedno.

Ovojnica zgrade obično je planparalelni zidovi, prijenos topline u kojem se provodi u jednom smjeru. Osim toga, obično kada termotehnički proračuni vanjskih ograđujućih konstrukcija, pretpostavlja se da se prijenos topline događa kada stacionarni toplinski uvjeti, odnosno uz konstantnost u vremenu svih karakteristika procesa: toka topline, temperature u svakoj točki, termofizičkih svojstava građevinskih materijala. Stoga je važno uzeti u obzir proces jednodimenzionalnog stacionarnog provođenja topline u homogenom materijalu, koja je opisana Fourierovom jednadžbom:

Gdje q T - površinska gustoća toplinskog toka prolazeći kroz ravninu okomitu na protok topline, W / m 2;

λ - toplinska vodljivost materijala, W/m. oko C;

t- promjena temperature duž x osi, °C;

Stav, tzv temperaturni gradijent, oko S/m, i označeno je grad t. Temperaturni gradijent je usmjeren prema porastu temperature, što je povezano s apsorpcijom topline i smanjenjem toplinskog toka. Znak minus na desnoj strani jednadžbe (2.1) pokazuje da porast toplinskog toka ne koincidira s porastom temperature.

Toplinska vodljivost λ jedna je od glavnih toplinskih karakteristika materijala. Kao što slijedi iz jednadžbe (2.1), toplinska vodljivost materijala je mjera provođenja topline materijalom, brojčano jednaka toplinskom toku koji prolazi kroz 1 m 2 površine okomito na smjer strujanja, s temperaturnim gradijentom uz protok jednak 1 o C / m (slika 1). Kako više vrijednostiλ, što je proces toplinske vodljivosti u takvom materijalu intenzivniji, to je toplinski tok veći. Stoga se toplinsko-izolacijskim materijalima smatraju materijali toplinske vodljivosti manje od 0,3 W/m. o S.

Izoterme; - ------ - vodovi toplinske struje.

Promjena toplinske vodljivosti građevinskih materijala s promjenom njihove gustoća je zbog činjenice da gotovo bilo koji građevinski materijal sadrži kostur- glavni građevinski materijal i zrak. K.F. Na primjer, Fokin navodi sljedeće podatke: toplinska vodljivost apsolutno guste tvari (bez pora), ovisno o prirodi, ima toplinsku vodljivost od 0,1 W / m o C (za plastiku) do 14 W / m o C (za kristalnu tvari s toplinskim strujanjem duž kristalne površine), dok zrak ima toplinsku vodljivost od oko 0,026 W / m o C. Što je veća gustoća materijala (manja poroznost), to je veća vrijednost njegove toplinske vodljivosti. Jasno je da lagani toplinski izolacijski materijali imaju relativno nisku gustoću.

Razlike u poroznosti i toplinskoj vodljivosti skeleta dovode do razlika u toplinskoj vodljivosti materijala, čak i pri istoj gustoći. Na primjer, sljedeći materijali (Tablica 1) pri istoj gustoći, ρ 0 \u003d 1800 kg / m 3, imaju različite vrijednosti toplinske vodljivosti:

Stol 1.

Toplinska vodljivost materijala iste gustoće je 1800 kg/m 3 .

Sa smanjenjem gustoće materijala smanjuje se njegova toplinska vodljivost l, jer se smanjuje utjecaj vodljive komponente toplinske vodljivosti kostura materijala, ali se povećava utjecaj komponente zračenja. Stoga smanjenje gustoće ispod određene vrijednosti dovodi do povećanja toplinske vodljivosti. To jest, postoji određena vrijednost gustoće pri kojoj toplinska vodljivost ima minimalnu vrijednost. Postoje procjene da je pri 20 ° C u porama promjera 1 mm toplinska vodljivost zračenjem 0,0007 W / (m ° C), s promjerom od 2 mm - 0,0014 W / (m ° C), itd. Dakle, toplinska vodljivost zračenjem postaje značajna na termoizolacijski materijali niske gustoće i velikih pora.

Toplinska vodljivost materijala raste s porastom temperature na kojoj se odvija prijenos topline. Povećanje toplinske vodljivosti materijala objašnjava se povećanjem kinetičke energije molekula kostura tvari. Povećava se i toplinska vodljivost zraka u porama materijala, te intenzitet prijenosa topline u njima zračenjem. U građevinskoj praksi ovisnost toplinske vodljivosti o temperaturi od velike važnosti ne mora ponovno izračunati vrijednosti toplinske vodljivosti materijala dobivenih na temperaturama do 100 ° C, na njihove vrijednosti od 0 ° C, empirijska formula O.E. Vlasov:

λ o = λ t / (1+β . t), (2.2)

gdje je λ o toplinska vodljivost materijala pri 0 o C;

λ t - toplinska vodljivost materijala pri t oko C;

β - temperaturni koeficijent promjene toplinske vodljivosti, 1 / o C, za različite materijale, jednake oko 0,0025 1 / o C;

t je temperatura materijala pri kojoj je njegova toplinska vodljivost jednaka λ t .

Za ravnu homogenu stijenku debljine δ (slika 2), toplinski tok prenesen toplinskom vodljivošću kroz homogenu stijenku može se izraziti jednadžbom:

Gdje τ 1 , τ 2- vrijednosti temperature na zidnim površinama, o C.

Iz izraza (2.3) proizlazi da je raspodjela temperature po debljini stijenke linearna. Vrijednost δ/λ je imenovana toplinska otpornost sloja materijala i označeno R T, m 2. oko C / W:

sl.2. Raspodjela temperature u ravnoj homogenoj stijenci

Prema tome, toplinski tok q T, W / m 2, kroz homogeni planparalelni zid debljine δ , m, od materijala toplinske vodljivosti λ, W/m. o C, može se napisati u obliku

Toplinski otpor sloja je otpor toplinske vodljivosti, jednak temperaturnoj razlici na suprotnim površinama sloja tijekom prolaska kroz njega toplinskog toka površinske gustoće od 1 W/m 2 .

Prijenos topline toplinskom vodljivošću odvija se u slojevima materijala ovojnice zgrade.

Konvekcija

Konvekcija- prijenos topline pokretnim česticama tvari. Konvekcija se odvija samo u tekućim i plinovitim tvarima, kao i između tekućeg ili plinovitog medija i površine čvrstog tijela. U ovom slučaju dolazi do prijenosa topline i toplinske vodljivosti. Kombinirani učinak konvekcije i provođenja topline u graničnom području blizu površine naziva se konvekcijski prijenos topline.

Konvekcija se odvija na vanjskim i unutarnjim površinama ograda zgrade. Konvekcija ima značajnu ulogu u izmjeni topline unutarnjih površina prostorije. Na različite vrijednosti temperature površine i zraka uz nju, dolazi do prijelaza topline prema nižoj temperaturi. Toplinski tok prenesen konvekcijom ovisi o načinu gibanja tekućine ili plina koji ispire površinu, o temperaturi, gustoći i viskoznosti pokretnog medija, o hrapavosti površine, o razlici temperatura površine i okoline. srednji.

Proces izmjene topline između površine i plina (ili tekućine) odvija se različito ovisno o prirodi gibanja plina. razlikovati prirodne i prisilne konvekcije. U prvom slučaju, kretanje plina nastaje zbog temperaturne razlike između površine i plina, u drugom - zbog vanjskih sila u odnosu na ovaj proces (rad ventilatora, vjetar).

Prisilna konvekcija u opći slučaj može biti popraćena procesom prirodne konvekcije, no budući da intenzitet prisilne konvekcije znatno premašuje intenzitet prirodne konvekcije, pri razmatranju prisilne konvekcije prirodna konvekcija se često zanemaruje.

U budućnosti će se razmatrati samo stacionarni procesi konvektivnog prijenosa topline, uz pretpostavku da su brzina i temperatura konstantne u vremenu u bilo kojoj točki u zraku. Ali budući da se temperatura elemenata u prostoriji mijenja prilično sporo, ovisnosti dobivene za stacionarne uvjete mogu se proširiti na proces nestacionarni toplinski uvjeti prostorije, pri čemu se u svakom razmatranom trenutku proces konvektivnog prijenosa topline na unutarnjim površinama ograda smatra stacionarnim. Ovisnosti dobivene za stacionarne uvjete također se mogu proširiti na slučaj nagle promjene prirode konvekcije iz prirodne u prisilnu, na primjer, kada je recirkulacijski uređaj za grijanje prostorije (fan coil ili split sustav u načinu rada toplinske pumpe) uključen u sobi. Prvo, novi režim kretanja zraka uspostavlja se brzo i, drugo, potrebna točnost inženjerske procjene procesa prijenosa topline niža je od mogućih netočnosti zbog nedostatka korekcije toplinskog toka tijekom prijelaznog stanja.

Za inženjersku praksu proračuna grijanja i ventilacije važan je konvektivni prijenos topline između površine ovojnice zgrade ili cijevi i zraka (ili tekućine). U praktičnim proračunima, za procjenu konvektivnog toplinskog toka (slika 3), koriste se Newtonove jednadžbe:

, (2.6)

Gdje q do- toplinski tok, W, prenesen konvekcijom s pokretnog medija na površinu ili obrnuto;

ta- temperatura zraka koji pere površinu zida, o C;

τ - temperatura površine zida, o C;

α do- koeficijent konvektivnog prijenosa topline na površini zida, W / m 2. o C.

Sl.3 Konvekcijska izmjena topline zida sa zrakom

Koeficijent prijenosa topline konvekcijom, a do- fizikalna veličina koja je brojčano jednaka količini topline prenesenoj iz zraka na površinu krutog tijela konvektivnim prijenosom topline pri razlici između temperature zraka i temperature površine tijela od 1 o C.

S ovim pristupom, složenost fizički proces konvektivni prijenos topline sadržan je u koeficijentu prolaza topline, a do. Naravno, vrijednost ovog koeficijenta je funkcija mnogih argumenata. Za praktičnu upotrebu prihvaćaju se vrlo približne vrijednosti a do.

Jednadžba (2.5) se može prikladno prepisati kao:

Gdje R do - otpornost na konvektivni prijenos topline na površini ograđene konstrukcije, m 2. o C / W, jednaka temperaturnoj razlici na površini ograde i temperaturi zraka tijekom prolaska toplinskog toka s površinskom gustoćom od 1 W / m 2 od površine prema zraku ili obrnuto. Otpornost R do je recipročna vrijednost koeficijenta konvektivnog prijenosa topline a do:

Radijacija

Zračenje (prijenos topline zračenjem) je prijenos topline s površine na površinu kroz zračeći medij elektromagnetskim valovima koji se pretvaraju u toplinu (slika 4).

sl.4. Prijenos topline zračenjem između dvije površine

Svako fizičko tijelo koje ima temperaturu različitu od apsolutne nule zrači energiju u okolni prostor u obliku elektromagnetskih valova. Svojstva elektromagnetskog zračenja karakterizirana su valnom duljinom. Zračenje koje se percipira kao toplinsko i ima valne duljine u rasponu od 0,76 - 50 mikrona naziva se infracrveno.

Na primjer, prijenos topline zračenjem događa se između površina okrenutih prema prostoriji, između vanjskih površina razne građevine, površine zemlje i neba. Važna izmjena topline zračenjem između unutarnjih površina ograde prostorije i površine grijač. U svim ovim slučajevima radijacijski medij koji prenosi toplinske valove je zrak.

U praksi izračunavanja toplinskog toka pri prijenosu topline zračenjem koristi se pojednostavljena formula. Intenzitet prijenosa topline zračenjem q l, W / m 2, određen je temperaturnom razlikom površina koje su uključene u prijenos topline zračenjem:

, (2.9)

gdje su τ 1 i τ 2 vrijednosti temperature površina koje izmjenjuju toplinu zračenja, o C;

α l - koeficijent prijenosa topline zračenjem na površini zida, W / m 2. o C.

Koeficijent prijenosa topline zračenjem, a l– fizikalna veličina brojčano jednaka količini topline koja se zračenjem prenosi s jedne površine na drugu pri razlici površinskih temperatura od 1 o C.

Predstavljamo koncept otpor prijenosu topline zračenjem R l na površini ovojnice zgrade, m 2. o C / W, jednaka temperaturnoj razlici na površinama ograda koje izmjenjuju toplinu zračenja, pri prelasku s površine na površinu toplinskog toka površinske gustoće od 1 W / m 2.

Tada se jednadžba (2.8) može prepisati kao:

Otpornost R l je recipročna vrijednost koeficijenta prijenosa topline zračenjem a l:

Toplinska otpornost zračnog raspora

Za ujednačenost, otpor prijenosa topline zatvoreni zračni raspori koji se nalazi između slojeva ovojnice zgrade, tzv toplinski otpor R in. p, m 2. oko C / W.

Shema prijenosa topline kroz zračni raspor prikazana je na sl.5.

sl.5. Prijenos topline u zračnom rasporu

Prolazak toplinskog toka kroz zračni raspor q c. P, W / m 2, sastoji se od protoka koji se prenose toplinskom vodljivošću (2) q t, W/m 2 , konvekcija (1) q do, W/m 2 , i zračenje (3) q l, W/m 2 .

q c. p \u003d q t + q k + q l . (2.12)

U ovom slučaju najveći je udio toka koji se prenosi zračenjem. Razmotrimo zatvoreni okomiti zračni sloj, na čijoj je površini temperaturna razlika 5 ° C. S povećanjem debljine sloja od 10 mm do 200 mm, udio protoka topline zbog zračenja povećava se sa 60% do 80%. U tom slučaju udio topline prenesene toplinskom vodljivošću pada s 38% na 2%, a udio konvektivnog toplinskog toka raste s 2% na 20%.

Izravni izračun ovih komponenti prilično je težak. Stoga, u normativni dokumenti dani su podaci o toplinskom otporu zatvorenih zračnih prostora, koje je 50-ih godina XX. stoljeća sastavio K.F. Fokin na temelju rezultata eksperimenata M.A. Mikheev. Ako se na jednoj ili obje površine zračnog raspora nalazi aluminijska folija koja reflektira toplinu, što ometa izmjenu topline zračenja između površina koje uokviruju zračni raspor, toplinski otpor treba udvostručiti. Za povećanje toplinske otpornosti zatvorenim zračnim prostorima, preporučuje se imati na umu sljedeće zaključke iz studija:

1) toplinski učinkoviti su međuslojevi male debljine;

2) racionalnije je napraviti nekoliko slojeva male debljine u ogradi od jednog velikog;

3) poželjno je postaviti zračne raspore bliže vanjskoj površini ograde, budući da se u ovom slučaju toplinski tok zračenjem smanjuje zimi;

4) okomiti slojevi u vanjskim zidovima moraju biti blokirani horizontalnim dijafragmama u razini međuetažnih stropova;

5) kako bi se smanjio toplinski tok koji se prenosi zračenjem, moguće je pokriti jednu od površina međusloja aluminijska folija, koji ima emisivnost od oko ε=0,05. Prekrivanje obje površine zračnog raspora folijom ne smanjuje značajno prijenos topline u usporedbi s pokrivanjem jedne površine.

Pitanja za samokontrolu

1. Koliki je potencijal prijenosa topline?

2. Nabrojite elementarne vrste prijenosa topline.

3. Što je prijenos topline?

4. Što je toplinska vodljivost?

5. Kolika je toplinska vodljivost materijala?

6. Napišite formulu za toplinski tok prenesen toplinskom vodljivošću u višeslojnoj stijenci pri poznatim temperaturama unutarnje t in i vanjske t n površine.

7. Što je toplinski otpor?

8. Što je konvekcija?

9. Napišite formulu za toplinski tok prenesen konvekcijom iz zraka na površinu.

10. Fizikalno značenje koeficijenta konvektivnog prolaza topline.

11. Što je zračenje?

12. Napišite formulu za toplinski tok koji se zračenjem prenosi s jedne površine na drugu.

13. Fizikalno značenje koeficijenta prolaza topline zračenjem.

14. Kako se naziva otpor prijelazu topline zatvorenog zračnog raspora u ovojnici zgrade?

15. Koje se prirode ukupni toplinski tok kroz zračni raspor sastoji od toplinskih tokova?

16. Kakva priroda toplinskog toka prevladava u protok topline kroz zračni otvor?

17. Kako debljina zračnog raspora utječe na raspodjelu strujanja u njemu.

18. Kako smanjiti protok topline kroz zračni raspor?

.
1.3 Zgrada kao jedinstven energetski sustav.
2. Prijenos topline i vlage kroz vanjske ograde.
2.1 Osnove prijenosa topline u zgradi .
2.1.1 Toplinska vodljivost.
2.1.2 Konvekcija.
2.1.3 Zračenje.
2.1.4 Toplinski otpor zračnog raspora.
2.1.5 Koeficijenti prolaza topline na unutarnjoj i vanjskoj površini.
2.1.6 Prijenos topline kroz višeslojnu stijenku.
2.1.7 Smanjena otpornost na prijenos topline.
2.1.8 Raspodjela temperature po dijelu ograde.
2.2 Režim vlage zatvorenih konstrukcija.
2.2.1 Uzroci vlage u ogradama.
2.2.2 Negativni učinci prigušivanja vanjskih ograda.
2.2.3 Komunikacija vlage s građevinskim materijalima.
2.2.4 Vlažan zrak.
2.2.5 Sadržaj vlage u materijalu.
2.2.6 Sorpcija i desorpcija.
2.2.7 Paropropusnost ograda.
2.3 Propusnost zraka vanjskih barijera.
2.3.1 Osnove.
2.3.2 Razlika tlaka na vanjskoj i unutarnjoj površini ograde.
2.3.3 Propusnost zraka građevinskih materijala.

2.1.4 Toplinski otpor zračnog raspora.

Za ujednačenost, otpor prijenosa topline zatvoreni zračni raspori koji se nalazi između slojeva ovojnice zgrade, tzv toplinski otpor R v.p, m². ºS/W.
Shema prijenosa topline kroz zračni raspor prikazana je na sl.5.

sl.5. Prijenos topline u zračnom rasporu.