Za enakomernost, odpornost na prenos toplote zaprte zračne reže ki se nahajajo med plastmi ograjene strukture, se imenujejo toplotna odpornost Rv.p, m². ºС/W.
Diagram prenosa toplote skozi zračno režo je prikazan na sliki 5.

Slika 5. Izmenjava toplote v zračni plasti.

Toplotni tok, ki poteka skozi zračno plast qv.p, W/m², je sestavljen iz tokov, ki jih prenašajo toplotna prevodnost (2) qt, W/m², konvekcija (1) qк, W/m² in sevanje (3) ql, W/m².

24. Pogojna in zmanjšana odpornost na prenos toplote. Koeficient termotehnične homogenosti ograjnih konstrukcij.

25. Standardizacija odpornosti na prenos toplote na podlagi sanitarnih in higienskih pogojev

, R 0 = *

Nato normaliziramo Δ t n R 0 tr = * , tiste. da bi Δ t≤ Δ t n Potrebno

R 0 ≥ R 0 tr

SNiP to zahtevo razširi na zmanjšano odpornost. prenos toplote

R 0 pr ≥ R 0 tr

t in - projektna temperatura notranjega zraka, ° C;

sprejeti po standardih za projektiranje. zgradba

t n - - ocenjena zimska zunanja temperatura zraka, °C, enaka povprečni temperaturi najhladnejšega petdnevnega obdobja z verjetnostjo 0,92

A v (alfa) - koeficient prenosa toplote notranja površina ograjene konstrukcije, sprejete v skladu s SNiP

Δt n - standardna temperaturna razlika med temperaturo notranjega zraka in temperaturo notranje površine ograjene konstrukcije, sprejeta v skladu s SNiP

Zahtevana odpornost na prenos toplote R tr o vrata in vrata morajo biti vsaj 0,6 R tr o stene zgradb in objektov, določene s formulo (1) z zasnovo zimska temperatura zunanji zrak enak povprečni temperaturi najhladnejšega petdnevnega obdobja z verjetnostjo 0,92.

Pri določanju zahtevane odpornosti na prenos toplote notranjih ograjenih konstrukcij v formuli (1) je treba vzeti namesto tega t n-izračunana temperatura zraka hladnejšega prostora.

26. Toplotnotehnični izračun zahtevane debeline ograjnega materiala glede na pogoje za doseganje zahtevanega upora toplotnega prehoda.

27. Vlažnost materiala. Razlogi za vlaženje konstrukcije

Vlažnost -fizikalna količina enaka količini vode v porah materiala.

Na voljo v masi in prostornini

1) Gradbena vlaga.(med gradnjo objekta). Odvisno od zasnove in načina gradnje. Trdna zidanje slabši od keramičnih blokov. Najbolj ugoden je les (montažne stene). w/w ne vedno. Izgine v 2=-3 letih delovanja. Ukrepi: posušite stene

Vlaga tal. (kapilarno sesanje). Doseže raven hidroizolacije 2-2,5 m, s pravilno napravo ne vpliva.

2) talna vlaga, prodre v ograjo iz tal zaradi kapilarnega sesanja

3) Atmosferska vlaga. (poševni dež, sneg). Posebej pomembno je ob strehah in napuščih... masivne opečne stene ne potrebujejo zaščite, če so fuge izvedene pravilno. Armirani beton, lahke betonske plošče pazite na fuge in okenski bloki, teksturirana plast vodoodpornih materialov. Zaščita=zaščitni zid na pobočju

4) Delovna vlaga. (na delavnicah industrijske zgradbe, predvsem v tleh in spodnjih delih sten) rešitev: vodotesna tla, drenažna naprava, obloga spodnjega dela keramične ploščice, vodoodporen omet. Zaščita = zaščitna podloga z notranjim straneh

5) Higroskopska vlaga. Zaradi povečane higroskopnosti materialov (zmožnost vpijanja vodne pare iz vlažnega zraka)

6) Kondenzacija vlage iz zraka:a) na površini ograje b) v debelini ograje

28. Vpliv vlage na lastnosti konstrukcij

1) Z naraščajočo vlažnostjo se poveča toplotna prevodnost konstrukcije.

2) Deformacije zaradi vlage. Vlažnost je veliko hujša od toplotnega raztezanja. Luščenje ometa zaradi nakopičene vlage pod njim, nato vlaga zmrzne, se razširi v prostornino in odtrga omet. Materiali, ki niso odporni na vlago, se ob vlaženju deformirajo. Na primer, mavec se začne plaziti, ko se vlažnost poveča, vezan les začne nabrekniti in se razslojiti.

3) Zmanjšana vzdržljivost - število let brezhibnega delovanja konstrukcije

4) Biološke poškodbe (glivice, plesen) zaradi rosenja

5) Izguba estetskega videza

Zato pri izbiri materialov upoštevamo njihove vlažnostne pogoje in izberemo materiale z najvišjo vlažnostjo. Tudi prekomerna vlaga v zaprtih prostorih lahko povzroči širjenje bolezni in okužb.

S tehničnega vidika vodi do izgube trajnosti konstrukcije in njenih lastnosti, odpornih proti zmrzali. Nekateri materiali visoka vlažnost izgubiti mehanska trdnost, spremenite obliko. Na primer, mavec se začne plaziti, ko se vlažnost poveča, vezan les začne nabrekniti in se razslojiti. Korozija kovine. poslabšanje videza.

29. Gradi sorpcija vodne pare. mater. Mehanizmi sorpcije. Sorpcijska histereza.

sorpcija- proces absorpcije vodne pare, ki vodi do ravnovesja vlažnosti materiala z zrakom. 2 pojava. 1. Absorpcija kot posledica trka parne molekule s površino pore in adhezije na to površino (adsorpcija)2. Neposredno raztapljanje vlage v volumnu telesa (absorpcija). Vlažnost se poveča z večanjem relativne elastičnosti in zniževanjem temperature. »desorpcija«: če moker vzorec damo v eksikatorje (raztopina žveplove kisline), sprošča vlago.

Mehanizmi sorpcije:

1.Adsorpcija

2.Kapilarna kondenzacija

3. Volumensko zapolnjevanje mikropor

4. Polnjenje vmesnega prostora

1. stopnja Adsorpcija je pojav, pri katerem je površina pore prekrita z eno ali več plastmi vodnih molekul (v mezoporah in makroporah).

2. stopnja. Polimolekularna adsorpcija - nastane večplastna adsorbirana plast.

3. stopnja. Kapilarna kondenzacija.

VZROK. Pritisk nasičena para nad konkavno površino manj kot zgoraj ravna površina tekočine. V kapilarah majhnega radija vlaga oblikuje konkavna miniskina, zato je možna kapilarna kondenzacija. Če je D>2*10 -5 cm, kapilarne kondenzacije ne bo.

Desorpcija – proces naravnega sušenja materiala.

Histereza (»razlika«) sorpcije leži v razliki med sorpcijsko izotermo, dobljeno, ko je material navlažen, in desorpcijsko izotermo, dobljeno iz posušenega materiala. prikazuje % razlike med masno vlažnostjo med sorpcijo in masno vlažnostjo desorpcije (desorpcija 4,3 %, sorpcija 2,1 %, histereza 2,2 %) pri vlaženju sorpcijske izoterme. Pri sušenju desorpcija.

30. Mehanizmi prenosa vlage v gradbenih konstrukcijskih materialih. Paroprepustnost, kapilarno sesanje vode.

1.B zimski čas zaradi temperaturnih razlik in pri različnih parcialnih tlakih prehaja tok vodne pare skozi ograjo (od notranje površine proti zunanji) - difuzijo vodne pare. Poleti je obratno.

2. Konvektivni transport vodne pare(s pretokom zraka)

3. Kapilarni prenos vode(perkolacija) skozi porozne materiale.

4. Gravitacijska voda, ki pušča skozi razpoke, luknje, makropore.

Paroprepustnost – sposobnost materiala ali konstrukcije, izdelane iz njih, da prepušča vodno paro skozi sebe.

Koeficient prepustnosti por- Phys. vrednost, ki je številčno enaka količini pare, ki prehaja skozi ploščo z enoto površine, z enoto padca tlaka, z enoto debeline plošče, z enoto časa z razliko delnega tlaka na straneh plošče e 1 Pa .. Z zmanjšanjem. Temperature, mu se znižajo, s povečano vlažnostjo se mu povečajo.

Paroprepustnost: R=debelina/mu

Mu - koeficient paroprepustnosti (določeno v skladu s toplotno tehniko SNIP 2379)

Kapilarna absorpcija vode pri gradbenih materialih – zagotavlja stalen prenos tekoče vlage skozi porozne materiale iz območja visoke koncentracije v območje nizke koncentracije.

Tanjše kot so kapilare, večja je sila kapilarnega sesanja, vendar se hitrost prenosa na splošno zmanjša.

Kapilarni prenos lahko zmanjšamo ali odpravimo z namestitvijo ustrezne pregrade (majhna zračna reža ali kapilarno neaktiven sloj (neporozen)).

31. Fickov zakon. Koeficient paroprepustnosti

P(količina pare, g) = (ev-en)F*z*(mu/debelina),

mu– koeficient paroprepustnost (določeno v skladu s toplotno tehniko SNIP 2379)

Phys. vrednost, ki je številčno enaka količini pare, ki prehaja skozi ploščo z enoto površine, z enoto padca tlaka, z enoto debeline plošče, z enoto časa z razliko delnega tlaka na straneh plošče e 1 Pa .. [mg/(m 2 *Pa)]. Najmanjša gostota strešnega materiala je 0,00018, največja min.vata = 0,065 g/m*hmm.Hg. okensko steklo in kovine so paroneprepustne, največjo paroprepustnost ima zrak. Pri zmanjševanju Temperature, mu se znižajo, s povečano vlažnostjo se mu povečajo. Odvisno je od fizikalnih lastnosti materiala in odraža njegovo sposobnost prevajanja vodne pare, ki difundira skozenj. Anizotropni materiali imajo različne mu (za les vzdolž vlaken = 0,32, čez = 0,6).

Enakovredna odpornost na paroprepustnost ograje z zaporedno razporeditvijo plasti. Fickov zakon.

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

32 Izračun porazdelitve parcialnega tlaka vodne pare po debelini konstrukcije.

* – brez upoštevanja paroprepustnosti zaslonskih šivov

Toplotna upornost zaprte zračne reže se vzame v skladu s tabelo 7 SP.

Sprejmemo koeficient toplotnotehnične heterogenosti konstrukcije r= 0,85, torej R zahtevano /r= 3,19/0,85 = 3,75 m 2 ×°C/W in zahtevana debelina izolacije

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

Vzamemo debelino izolacije  3 = 0,15 m = 150 mm (kratnik 30 mm), in jo prištejemo tabeli. 4.2.

Sklepi:

Glede odpornosti na prenos toplote je konstrukcija skladna s standardi, saj je odpornost na prenos toplote zmanjšana R 0 r višja od zahtevane vrednosti R zahtevano :

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

4.6. Določanje toplotnih in vlažnih pogojev prezračenega zračnega sloja

Izračun je izveden za zimske razmere.

Določanje hitrosti gibanja in temperature zraka v plasti

Daljši (višji) kot je sloj, večja je hitrost gibanja zraka in njegova poraba ter posledično učinkovitost odvajanja vlage. Po drugi strani pa daljša (višja) kot je plast, večja je verjetnost nesprejemljivega nabiranja vlage v izolaciji in na zaslonu.

Razdalja med vstopno in izstopno prezračevalno luknjo (višina vmesnega sloja) je enaka n= 12 m.

Povprečna temperatura zraka v plasti t 0 je pogojno sprejet kot

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

Hitrost gibanja zraka v vmesnem sloju, ko so dovodne in izpušne odprtine na eni strani stavbe:

kjer je  vsota lokalnega aerodinamičnega upora zračnemu toku na vstopu, pri zavojih in na izstopu iz plasti; odvisno od konstrukcijske rešitve fasadnega sistema= 3…7; sprejemamo= 6.

Prerez vmesnega sloja z nazivno širino b= 1 m in sprejeta (v tabeli 4.1) debelina  = 0,05 m: F=b= 0,05 m2.

Enakovreden premer zračne reže:

Koeficient toplotne prehodnosti površine zračne plasti a 0 je predhodno sprejet v skladu s klavzulo 9.1.2 SP: a 0 = 10,8 W/(m 2 × °C).

(m 2 ×°C)/W,

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

(m 2 ×°C)/W,

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

kvote

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

0,351 + 7,198 = 7,470 W/(m 2 ×°C).

Kje z– Specifična toplota zrak, z= 1000 J/(kg×°C).

Povprečna temperatura zraka v plasti se razlikuje od predhodno sprejete za več kot 5%, zato razjasnjujemo projektne parametre.

Hitrost gibanja zraka v vmesnem sloju:

Gostota zraka v plasti

Količina (pretok) zraka, ki prehaja skozi plast:

Pojasnimo koeficient toplotnega prenosa površine zračne plasti:

W/(m 2 ×°C).

Odpornost na toplotni prehod in koeficient toplotnega prehoda notranjosti stene:

(m 2 ×°C)/W,

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

Odpornost na toplotni prehod in koeficient toplotnega prehoda zunanjega dela stene:

(m 2 ×°C)/W,

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

kvote

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

0,259 + 2,777 = 3,036 W/(m 2 ×°C).

Pojasnimo povprečno temperaturo zraka v plasti:

Povprečno temperaturo zraka v plasti razjasnimo še večkrat, dokler se vrednosti na sosednjih iteracijah ne razlikujejo za več kot 5% (tabela 4.6).

Članek obravnava zasnovo toplotnoizolacijskega sistema z zaprto zračno režo med toplotno izolacijo in steno objekta. Predlaga se uporaba paroprepustnih vložkov v toplotni izolaciji, ki preprečujejo kondenzacijo vlage v zračni plasti. Podana je metoda za izračun površine vložkov glede na pogoje uporabe toplotne izolacije.

Ta članek opisuje toplotnoizolacijski sistem z mrtvim zračnim prostorom med toplotno izolacijo in zunanja stena stavbe. Za preprečitev kondenzacije vlage v zračnem prostoru so v toplotni izolaciji predlagani vložki, ki prepuščajo vodno paro. Glede na pogoje uporabe toplotne izolacije je bila ponujena metoda za izračun površine vložkov.

UVOD

Zračna reža je element številnih ovojov stavb. Delo je preučevalo lastnosti ograjnih konstrukcij z zaprtimi in prezračevanimi zračnimi plastmi. Hkrati značilnosti njegove uporabe v mnogih primerih zahtevajo reševanje problemov ogrevalne tehnike v posebnih pogojih uporabe.

Zasnova toplotnoizolacijskega sistema s prezračevano zračno plastjo je znana in se pogosto uporablja v gradbeništvu. Glavna prednost tega sistema pred lahkimi mavčnimi sistemi je možnost izvajanja del na izolaciji stavbe skozi vse leto. Izolacijski sistem pritrditve najprej pritrdimo na ovoj stavbe. Na ta sistem je pritrjena izolacija. Zunanjo zaščito izolacije vgradimo na določeni razdalji od nje, tako da med izolacijo in zunanjo ograjo nastane zračna reža. Zasnova izolacijskega sistema omogoča prezračevanje zračne reže z namenom odvajanja odvečne vlage, kar zmanjšuje količino vlage v izolaciji. Slabosti tega sistema so kompleksnost in potreba ter uporaba izolacijski materiali uporabite stranske sisteme, ki zagotavljajo potrebno zračnost za premikanje zraka.

Znan je prezračevalni sistem, pri katerem zračna reža meji neposredno na steno stavbe. Toplotna izolacija je izvedena v obliki troslojnih plošč: notranja plast je toplotnoizolacijski material, zunanja plast pa sta aluminij in alu folija. Ta oblika ščiti izolacijo pred prodiranjem atmosferske vlage in vlage iz prostorov. Zato se njegove lastnosti ne poslabšajo v nobenih pogojih delovanja, kar omogoča prihranek do 20% izolacije v primerjavi s klasičnimi sistemi. Pomanjkljivost teh sistemov je potreba po prezračevanju sloja za odstranitev vlage, ki migrira iz prostorov stavbe. To vodi do zmanjšanja toplotnoizolacijske lastnosti sistemi. Poleg tega se povečajo toplotne izgube iz spodnjih nadstropij stavb, saj hladen zrak, ki vstopa v plast skozi odprtine na dnu sistema, potrebuje nekaj časa, da se segreje na enakomerno temperaturo.

IZOLACIJSKI SISTEM Z ZAPRTIM ZRAČNIM PLASTOM

Možen je sistem toplotne izolacije, podoben tistemu z zaprto zračno režo. Pozornost je treba nameniti dejstvu, da je gibanje zraka v vmesnem sloju potrebno le za odstranitev vlage. Če problem odvajanja vlage rešimo drugače, brez prezračevanja, dobimo toplotnoizolacijski sistem z zaprto zračno režo brez omenjenih slabosti.

Za rešitev problema mora imeti toplotnoizolacijski sistem obliko, prikazano na sl. 1. Toplotno izolacijo objekta je treba izvesti s paroprepustnimi vložki iz termoizolacijskega materiala, npr. mineralna volna. Toplotnoizolacijski sistem mora biti urejen tako, da se para iz vmesnega sloja odvaja, vlaga v njem pa je pod rosiščem v vmesnem sloju.

1 – zid stavbe; 2 – pritrdilni elementi; 3 – toplotnoizolacijske plošče; 4 – parni in toplotnoizolacijski vložki

riž. 1. Toplotna izolacija s paroprepustnimi vložki

Za tlak nasičene pare v vmesnem sloju lahko zapišemo izraz:

Če zanemarimo toplotni upor zraka v vmesnem sloju, določimo povprečno temperaturo v vmesnem sloju po formuli

(2)

Kje Kositer, Tout– temperatura zraka v zgradbi oziroma zunanjega zraka, o C;

R 1 , R 2 – upor toplotne prehodnosti stene oziroma toplotne izolacije, m 2 × o C/W.

Za selitev pare iz prostora skozi steno stavbe lahko zapišemo enačbo:

(3)

Kje P in, p– parcialni tlak pare v prostoru in vmesnem sloju, Pa;

S 1 – območje zunanja stena zgradbe, m 2;

k pp1 – koeficient paroprepustnosti stene, ki je enak:

Tukaj R pp1 = m 1 / l 1 ;

m 1 – koeficient paroprepustnosti materiala stene, mg/(m×h×Pa);

l 1 – debelina stene, m.

Za selitev pare iz zračne reže skozi paroprepustne vložke v toplotni izolaciji stavbe lahko zapišemo enačbo:

(5)

Kje P ven– parcialni tlak pare v zunanjem zraku, Pa;

S 2 – površina paroprepustnih toplotnoizolacijskih vložkov v toplotni izolaciji stavbe, m2;

k pp2 – koeficient paroprepustnosti vložkov, enak:

Tukaj R pp2 = m 2 / l 2 ;

m 2 – koeficient paroprepustnosti materiala paroprepustnega vložka, mg/(m×h×Pa);

l 2 – debelina vložka, m.

Z enačenjem desnih strani enačb (3) in (5) in reševanjem dobljene enačbe za ravnotežje pare v vmesnem sloju glede na p, dobimo vrednost parnega tlaka v vmesnem sloju v obliki:

(7)

kjer je e = S 2 /S 1 .

Pogoj za odsotnost kondenzacije vlage v zračni plasti zapišemo v obliki neenakosti:

in ko jo rešimo, dobimo zahtevano vrednost razmerja skupne površine paroprepustnih vložkov na površino stene:

Tabela 1 prikazuje podatke, pridobljene za nekatere možnosti za ograjo struktur. Pri izračunih je predpostavljeno, da je koeficient toplotne prevodnosti paroprepustnega vložka enak koeficientu toplotne prevodnosti glavne toplotne izolacije v sistemu.

Tabela 1. Vrednost ε za različne možnosti sten

Iz primerov v tabeli 1 je razvidno, da je možno izvesti toplotno izolacijo z zaprto zračno režo med toplotno izolacijo in steno objekta. Pri nekaterih stenskih konstrukcijah, kot v prvem primeru iz tabele 1, lahko storite brez paroprepustnih vložkov. V drugih primerih je lahko površina paroprepustnih vložkov nepomembna v primerjavi s površino izolirane stene.

TOPLOTNO IZOLACIJSKI SISTEM Z KONTROLOM TOPLOTNIH KARAKTERISTIK

Načrtovanje toplotnoizolacijskih sistemov je v zadnjih petdesetih letih doživelo velik razvoj in danes so projektantom na voljo velika izbira materiali in konstrukcije: od uporabe slame do vakuumske toplotne izolacije. Možna je tudi uporaba aktivnih toplotnoizolacijskih sistemov, katerih lastnosti omogočajo vključitev v sistem energetske oskrbe stavb. V tem primeru se glede na razmere lahko spremenijo tudi lastnosti toplotnoizolacijskega sistema okolju, ki zagotavlja stalno raven toplotnih izgub iz stavbe ne glede na zunanja temperatura.

Če nastavite fiksno stopnjo toplotne izgube Q skozi ovoj stavbe bo zahtevana vrednost zmanjšanega upora toplotne prehodnosti določena s formulo

(10)

Toplotnoizolacijski sistem s prozorno zunanjo plastjo ali s prezračevano zračno plastjo ima lahko te lastnosti. V prvem primeru se izkorišča sončna energija, v drugem pa se lahko dodatno izkorišča toplotna energija tal skupaj z zemeljskim toplotnim izmenjevalnikom.

V sistemu s prozorno toplotno izolacijo, ko je sonce v nizki legi, njegovi žarki skoraj brez izgube prehajajo na steno, jo segrejejo in s tem zmanjšajo toplotne izgube iz prostora. IN poletni čas, ko je sonce visoko nad obzorjem, se sončni žarki skoraj v celoti odbijajo od stene objekta in s tem preprečujejo pregrevanje objekta. Da bi zmanjšali povratni toplotni tok, je toplotnoizolacijski sloj izdelan v obliki satja, ki igra vlogo lovilca sončne svetlobe. Pomanjkljivost takšnega sistema je nezmožnost prerazporeditve energije po fasadah stavbe in odsotnost akumulacijskega učinka. Poleg tega je učinkovitost tega sistema neposredno odvisna od stopnje sončne aktivnosti.

Po mnenju avtorjev naj bi bil idealen toplotnoizolacijski sistem do neke mere podoben živemu organizmu in naj bi se njegove lastnosti v širokem razponu spreminjale glede na okoljske razmere. Ko se zunanja temperatura zniža, mora sistem toplotne izolacije zmanjšati toplotne izgube iz objekta, ko se temperatura zunanjega zraka dvigne, se lahko njegova toplotna upornost zmanjša. Vstopnina poleti sončna energija stavba mora biti odvisna tudi od zunanjih razmer.

Predlagani toplotnoizolacijski sistem ima v mnogih pogledih zgoraj navedene lastnosti. Na sl. 2a prikazuje shemo stene s predlaganim sistemom toplotne izolacije, na sl. 2b – temperaturni graf v toplotnoizolacijskem sloju brez in s prisotnostjo zračne reže.

Toplotnoizolacijski sloj je izdelan s prezračevano zračno plastjo. Ko se skozenj giblje zrak s temperaturo, višjo od ustrezne točke na grafu, se velikost temperaturnega gradienta v toplotnoizolacijskem sloju od stene do vmesnega sloja zmanjša v primerjavi s toplotno izolacijo brez vmesnega sloja, kar zmanjša toplotne izgube iz gradnja skozi zid. Upoštevati je treba, da bo zmanjšanje toplotnih izgub iz stavbe kompenzirano s toploto, ki jo oddaja pretok zraka v vmesnem sloju. To pomeni, da bo temperatura zraka na izstopu iz vmesnega sloja nižja kot na vstopu.

riž. 2. Diagram toplotnoizolacijskega sistema (a) in temperaturni graf (b)

Fizični model problema izračuna toplotnih izgub skozi steno z zračno režo je prikazan na sl. 3. Enačba toplotne bilance za ta model je naslednja:

riž. 3. Računski diagram toplotnih izgub skozi ovoj stavbe

Pri izračunu toplotnih tokov se upoštevajo prevodni, konvektivni in sevalni mehanizmi prenosa toplote:

Kje Q 1 – toplotni tok iz prostora na notranjo površino ograjene konstrukcije, W/m2;

Q 2 – toplotni tok skozi glavno steno, W/m2;

Q 3 – toplotni tok skozi zračno režo, W/m2;

Q 4 – toplotni tok skozi toplotnoizolacijski sloj za vmesnim slojem, W/m2;

Q 5 - toplotni tok z zunanje površine ograjene konstrukcije v ozračje, W/m2;

T 1 , T 2, – temperatura na površini stene, o C;

T 3 , T 4 – temperatura na površini vmesnega sloja, o C;

Tk, T a– temperatura zraka v prostoru oziroma zunanjega zraka, o C;

s – Stefan-Boltzmannova konstanta;

l 1, l 2 – koeficient toplotne prevodnosti glavne stene oziroma toplotne izolacije, W/(m× o C);

e 1 , e 2 , e 12 – stopnja emisivnosti notranje površine stene, zunanje površine toplotnoizolacijskega sloja oziroma zmanjšana stopnja emisivnosti površin zračne reže;

a in, a n, a 0 – koeficient toplotne prehodnosti na notranji površini stene, na zunanji površini toplotne izolacije oziroma na površinah, ki omejujejo zračno režo, W/(m 2 × o C).

Formula (14) je zapisana za primer, ko je zrak v plasti negiben. V primeru, ko se zrak v vmesnem sloju giblje s hitrostjo u s temperaturo T u, namesto tega Q 3 sta upoštevana dva toka: od vpihanega zraka do stene:

in od vpihanega zraka do zaslona:

Nato se sistem enačb razdeli na dva sistema:

Koeficient toplotne prehodnosti je izražen z Nusseltovim številom:

Kje L– značilna velikost.

Formule za izračun Nusseltovega števila so bile vzete glede na situacijo. Pri izračunu koeficienta prenosa toplote na notranjih in zunanjih površinah ograjenih konstrukcij se uporabljajo formule iz:

kjer je Ra= Pr×Gr – Rayleighov kriterij;

Gr = g×b ×D T× L 3 /n 2 – Grashofova številka.

Pri določanju Grashofovega števila smo kot značilno temperaturno razliko izbrali razliko med temperaturo stene in temperaturo okoliškega zraka. Za karakteristične dimenzije smo vzeli: višino stene in debelino plasti.

Pri izračunu koeficienta toplotnega prehoda a 0 znotraj zaprte zračne reže se uporablja formula iz:

(22)

Če se je zrak v plasti premikal, je bila za izračun Nusseltovega števila uporabljena preprostejša formula:

(23)

kjer je Re = v×d/n – Reynoldsovo število;

d – debelina zračne reže.

Vrednosti Prandtlovega števila Pr, kinematične viskoznosti n in koeficienta toplotne prevodnosti zraka l v odvisnosti od temperature so bile izračunane z linearno interpolacijo tabelarnih vrednosti iz . Sistemi enačb (11) ali (19) so bili rešeni numerično z iterativnim izpopolnjevanjem glede na temperature T 1 , T 2 , T 3 , T 4. Za numerično modeliranje je bil izbran toplotnoizolacijski sistem na osnovi toplotne izolacije, podobne polistirenski peni, s koeficientom toplotne prevodnosti 0,04 W/(m 2 × o C). Temperatura zraka na vstopu v vmesni sloj je bila predpostavljena 8 o C, skupna debelina toplotnoizolacijskega sloja 20 cm, debelina vmesnega sloja d– 1 cm.

Na sl. Na sliki 4 so prikazani grafi specifičnih toplotnih izgub skozi izolacijsko plast klasičnega toplotnega izolatorja ob prisotnosti zaprte toplotnoizolacijske plasti in s prezračevano zračno plastjo. Zaprta zračna reža skoraj ne izboljša toplotnoizolacijskih lastnosti. Za obravnavani primer prisotnost toplotnoizolacijskega sloja s premikajočim se zračnim tokom več kot prepolovi izgubo toplote skozi steno pri zunanji temperaturi minus 20 o C. Ekvivalentna vrednost upora toplotne prehodnosti takšne toplotne izolacije za ta temperatura je 10,5 m 2 × o C/W, kar ustreza sloju ekspandiranega polistirena z debelino več kot 40,0 cm.

D d= 4 cm z mirnim zrakom; 3. vrsta – hitrost zraka 0,5 m/s

riž. 4. Grafi specifičnih toplotnih izgub

Učinkovitost izolacijskega sistema se povečuje z zniževanjem zunanje temperature. Pri zunanji temperaturi zraka 4 o C je učinkovitost obeh sistemov enaka. Zaradi nadaljnjega zvišanja temperature je uporaba sistema nepraktična, saj vodi do povečanja stopnje izgube toplote iz stavbe.

Na sl. Na sliki 5 je prikazana odvisnost temperature zunanje površine stene od zunanje temperature zraka. Glede na sl. 5, prisotnost zračne reže poveča temperaturo zunanje površine stene pri negativnih zunanjih temperaturah v primerjavi s klasično toplotno izolacijo. To je razloženo z dejstvom, da premikajoči se zrak oddaja svojo toploto tako notranji kot zunanji plasti toplotne izolacije. Pri visokih temperaturah zunanjega zraka ima tak sistem toplotne izolacije vlogo hladilne plasti (glej sliko 5).

1. vrsta – klasična toplotna izolacija, D= 20 cm; 2. vrsta – v toplotni izolaciji je zračna reža širine 1 cm, d= 4 cm, hitrost zraka 0,5 m/s

riž. 5. Temperaturna odvisnost zunanje površine stenena zunanjo temperaturo

Na sl. Na sliki 6 je prikazana odvisnost temperature na izstopu iz vmesnega sloja od zunanje temperature zraka. Zrak v plasti, ki se ohlaja, odda svojo energijo obdajajočim površinam.

riž. 6. Temperaturna odvisnost na izstopu iz vmesnega slojana zunanjo temperaturo

Na sl. Na sliki 7 je prikazana odvisnost toplotnih izgub od debeline zunanjega sloja toplotne izolacije pri minimalni zunanji temperaturi. Glede na sl. 7, opazimo najmanjšo toplotno izgubo pri d= 4 cm.

riž. 7. Odvisnost toplotnih izgub od debeline zunanjega sloja toplotne izolacije pri minimalni zunanji temperaturi

Na sl. Na sliki 8 je prikazana odvisnost toplotnih izgub za zunanjo temperaturo minus 20 o C od hitrosti zraka v različno debeli plasti. Dvig hitrosti zraka nad 0,5 m/s ne vpliva bistveno na lastnosti toplotne izolacije.

1. vrstica – d= 16 cm; vrstica 2 – d= 18 cm; vrstica 3 – d= 20 cm

riž. 8. Odvisnost toplotne izgube od hitrosti zrakaz različnimi debelinami zračne reže

Pozornost je treba nameniti dejstvu, da prezračevana zračna plast omogoča učinkovito nadzorovanje stopnje toplotnih izgub skozi stensko površino s spreminjanjem hitrosti zraka v območju od 0 do 0,5 m/s, kar je pri običajni toplotni izolaciji nemogoče. Na sl. Na sliki 9 je prikazana odvisnost hitrosti zraka od zunanje temperature pri fiksni stopnji toplotnih izgub skozi steno. Ta pristop k toplotni zaščiti stavb omogoča zmanjšanje energetske intenzivnosti prezračevalni sistem ko se zunanja temperatura dvigne.

riž. 9. Odvisnost hitrosti zraka od zunanje temperature za fiksno stopnjo toplotne izgube

Pri ustvarjanju toplotnoizolacijskega sistema, obravnavanega v članku, je glavno vprašanje vir energije za povečanje temperature črpanega zraka. Kot tak vir je predlagan odvzem toplote iz tal pod stavbo z uporabo zemeljskega toplotnega izmenjevalnika. Za učinkovitejšo rabo energije tal se predpostavlja, da mora biti prezračevalni sistem v zračni reži zaprt, brez sesanja atmosferskega zraka. Ker je pozimi temperatura zraka, ki vstopa v sistem, nižja od temperature tal, problem kondenzacije vlage tukaj ne obstaja.

Najučinkovitejšo uporabo takšnega sistema avtorji vidijo v kombinaciji dveh virov energije: sončne in zemeljske toplote. Če se obrnemo na prej omenjene sisteme s prozorno toplotnoizolacijsko plastjo, postane očitna želja avtorjev teh sistemov, da bi na tak ali drugačen način implementirali idejo termične diode, torej rešili problem usmerjenega prenosa sončne energije na steno stavbe, pri tem pa izvaja ukrepe za preprečitev gibanja toka toplotne energije v nasprotni smeri.

Zunanjo vpojno plast lahko prebarvamo temna barva kovinski krožnik. In drugi vpojni sloj je lahko zračna reža v toplotni izolaciji stavbe. Zrak, ki se giblje v plasti, zapira skozi zemeljski toplotni izmenjevalnik, v sončno vreme segreva tla, kopiči sončno energijo in jo prerazporeja po fasadah stavbe. Toploto z zunanje plasti na notranjo lahko prenašamo s pomočjo termičnih diod, izdelanih na toplotnih ceveh s faznimi prehodi.

Predlagani sistem toplotne izolacije z nadzorovanimi termofizikalnimi lastnostmi torej temelji na izvedbi s toplotnoizolacijsko plastjo, ki ima tri značilnosti:

– prezračevana zračna reža vzporedna z ovojom stavbe;

– vir energije za zrak v plasti;

– sistem za krmiljenje parametrov pretoka zraka v vmesnem sloju glede na zunanje vremenske razmere in temperaturo zraka v prostoru.

Eden od možne možnosti izvedbe - uporaba transparentnega toplotnoizolacijskega sistema. V tem primeru je treba sistem toplotne izolacije dopolniti z drugo zračno plastjo, ki meji na steno stavbe in je povezana z vsemi stenami stavbe, kot je prikazano na sl. 10.

Toplotnoizolacijski sistem, prikazan na sl. 10, ima dve zračni plasti. Eden od njih se nahaja med toplotno izolacijo in prozorno ograjo in služi za preprečevanje pregrevanja objekta. V ta namen obstajajo zračni ventili, ki povezuje plast z zunanjim zrakom na vrhu in dnu izolacijske plošče. Poleti in v času visoke sončne aktivnosti, ko obstaja nevarnost pregrevanja stavbe, se odprejo lopute, ki zagotavljajo prezračevanje z zunanjim zrakom.

riž. 10. Transparentni toplotnoizolacijski sistem s prezračevano zračno plastjo

Druga zračna reža je ob steni stavbe in služi za prenos sončne energije znotraj ovoja stavbe. Ta zasnova bo omogočila, da celotna površina stavbe uporablja sončno energijo podnevi, poleg tega pa zagotavlja učinkovito akumulacijo sončne energije, saj celotna prostornina sten stavbe deluje kot baterija.

V sistemu je možna tudi uporaba klasične toplotne izolacije. V tem primeru lahko zemeljski izmenjevalnik toplote služi kot vir toplotne energije, kot je prikazano na sl. enajst.

riž. enajst. Toplotnoizolacijski sistem z zemeljskim toplotnim izmenjevalnikom

Druga možnost je uporaba emisij prezračevanja stavbe za ta namen. V tem primeru je treba za preprečitev kondenzacije vlage v vmesnem sloju odstranjeni zrak spustiti skozi toplotni izmenjevalnik in v vmesni sloj vnesti zunanji zrak, segret v toplotnem izmenjevalniku. Iz vmesnega sloja lahko zrak teče v prostor za prezračevanje. Zrak se segreva, ko gre skozi zemeljski toplotni izmenjevalnik in odda svojo energijo obdajajoči konstrukciji.

Nujen element toplotnoizolacijskega sistema bi moral biti avtomatski sistem nadzorovati njegove lastnosti. Na sl. Slika 12 prikazuje blokovni diagram krmilnega sistema. Krmiljenje poteka na podlagi analize informacij senzorjev temperature in vlažnosti s spremembo načina delovanja ali izklopom ventilatorja ter odpiranjem in zapiranjem zračnih loput.

riž. 12. Blokovni diagram krmilnega sistema

Blok diagram algoritma delovanja prezračevalnega sistema z nadzorovanimi lastnostmi je prikazan na sl. 13.

Vklopljeno začetni fazi delovanje krmilnega sistema (glej sliko 12) na podlagi izmerjenih vrednosti temperature zunanjega zraka in v prostorih krmilna enota izračuna temperaturo v zračni reži za stanje mirujočega zraka. To vrednost primerjamo s temperaturo zraka v sloju južne fasade pri izvedbi toplotnoizolacijskega sistema, kot na sl. 10 ali v zemeljskem toplotnem izmenjevalniku - pri načrtovanju toplotnoizolacijskega sistema, kot na sl. 11. Če je izračunana vrednost temperature večja ali enaka izmerjeni, ostane ventilator izklopljen, zračne lopute v prostoru pa zaprte.

riž. 13. Blok diagram algoritma delovanja prezračevalnega sistema z upravljanimi lastnostmi

Če je izračunana vrednost temperature nižja od izmerjene, vklopite obtočni ventilator in odprite lopute. V tem primeru se energija segretega zraka prenese na stenske konstrukcije stavbe, kar zmanjša potrebo po toplotni energiji za ogrevanje. Hkrati se meri vrednost zračne vlage v vmesnem sloju. Če se vlaga približa točki kondenzacije, se odpre loputa, ki povezuje zračno režo z zunanjim zrakom, kar preprečuje kondenzacijo vlage na površini sten reže.

Tako predlagani sistem toplotne izolacije omogoča dejansko kontrolo toplotnih lastnosti.

TESTIRANJE MODELA TOPLOTNO-IZOLACIJSKEGA SISTEMA Z KONTROLIRANO TOPLOTNO IZOLACIJO Z UPORABO EMISIJ PREZRAČEVANJA STAVBE

Eksperimentalna shema je prikazana na sl. 14. Maketa toplotnoizolacijskega sistema je nameščena na opečni steni prostora v zgornjem delu jaška dvigala. Model je sestavljen iz toplotne izolacije, ki predstavlja paronepropustne toplotnoizolacijske plošče (ena površina je aluminij debeline 1,5 mm, druga je alu folija), polnjena s poliuretansko peno debeline 3,0 cm s koeficientom toplotne prevodnosti 0,03 W/(m 2 × o C). Odpornost plošče na toplotni prehod – 1,0 m 2 × o C/W, zid– 0,6 m 2 × o C/W. Med toplotnoizolacijskimi ploščami in površino ovoja stavbe je zračna reža debeline 5 cm, da se določi temperaturni pogoji in gibanja toplotnega toka skozi ograjeno konstrukcijo, vanj so vgradili senzorje temperature in toplotnega toka.

riž. 14. Diagram poskusnega sistema z nadzorovano toplotno izolacijo

Fotografija vgrajenega toplotnoizolacijskega sistema z napajanjem iz sistema za rekuperacijo toplote prezračevalnih plinov je prikazana na sl. 15.

Dodatna energija se dovaja znotraj vmesnega sloja z zrakom, vzetim iz izpušnega sistema za rekuperacijo toplote emisij prezračevanja stavbe. Prezračevalne emisije so bile vzete iz izhoda prezračevalnega jaška stavbe državnega podjetja "Inštitut NIPTIS poimenovan po. Atayev S.S.,« so bili dovedeni na prvi vhod rekuperatorja (glej sliko 15a). Zrak je bil doveden na drugi vhod rekuperatorja iz prezračevalne plasti, iz drugega izhoda rekuperatorja pa ponovno v prezračevalno plast. Odvodnega zraka za prezračevanje ni mogoče dovajati neposredno v zračno režo zaradi nevarnosti kondenzacije vlage v njej. Zato so prezračevalne emisije stavbe najprej šle skozi toplotni izmenjevalnik-rekuperator, katerega drugi vhod je sprejel zrak iz vmesnega sloja. V rekuperatorju se je segrevala in s pomočjo ventilatorja dovajala v zračno režo prezračevalnega sistema preko prirobnice, ki je nameščena na dnu izolacijske plošče. Skozi drugo prirobnico v zgornjem delu toplotne izolacije je bil zrak odstranjen iz plošče in sklenil cikel njegovega gibanja na drugem vstopu toplotnega izmenjevalnika. Med delom so bile zabeležene informacije iz senzorjev temperature in toplotnega toka, nameščenih v skladu z diagramom na sl. 14.

Za krmiljenje načinov delovanja ventilatorjev ter zajemanje in zapisovanje parametrov eksperimenta je bila uporabljena posebna enota za nadzor in obdelavo podatkov.

Na sl. 16 prikazuje grafe temperaturnih sprememb: zunanji zrak, notranji zrak in notranji zrak razne dele vmesni sloji. Od 7.00 do 13.00 sistem preide v stacionarni način delovanja. Razlika med temperaturo na vstopu zraka v plast (senzor 6) in temperaturo na izstopu iz nje (senzor 5) se je izkazala za približno 3 o C, kar kaže na porabo energije prehajajočega zraka.

riž. 16. Temperaturne karte: a – zunanji zrak in zrak v zaprtih prostorih;b – zrak v različnih delih plasti

Na sl. Na sliki 17 so prikazani grafi časovne odvisnosti temperature zidnih površin in toplotne izolacije ter temperature in toplotnega toka skozi ograjeno površino objekta. Na sl. 17b jasno prikazuje zmanjšanje toplotnega toka iz prostora po dovajanju segretega zraka v prezračevalni sloj.

riž. 17. Grafi glede na čas: a – temperatura stenskih površin in toplotne izolacije;b – temperatura in toplotni tok skozi ograjeno površino stavbe

Eksperimentalni rezultati avtorjev potrjujejo možnost nadzora lastnosti toplotne izolacije s prezračevanim slojem.

ZAKLJUČEK

1 Pomemben element energijsko učinkovite stavbe je njen ovoj. Glavne smeri razvoja zmanjševanja toplotnih izgub stavb skozi ovoje stavb so povezane z aktivno toplotno izolacijo, ko ima ovoj stavbe pomembno vlogo pri oblikovanju parametrov notranjega okolja prostorov. Najbolj očiten primer je ovoj zgradbe z zračno režo.

2 Avtorji so predlagali izvedbo toplotne izolacije z zaprto zračno režo med toplotno izolacijo in steno objekta. Da bi preprečili kondenzacijo vlage v zračni plasti brez zmanjšanja toplotnoizolativnih lastnosti, je bila obravnavana možnost uporabe paroprepustnih vložkov v toplotni izolaciji. Razvita je bila metoda za izračun površine vložkov glede na pogoje uporabe toplotne izolacije. Pri nekaterih stenskih konstrukcijah, kot v prvem primeru iz tabele 1, lahko storite brez paroprepustnih vložkov. V drugih primerih je lahko površina paroprepustnih vložkov nepomembna glede na površino izolirane stene.

3 Razvita je bila metodologija za izračun toplotnih karakteristik in zasnova toplotnoizolacijskega sistema s kontroliranimi toplotnimi lastnostmi. Zasnova je izdelana v obliki sistema s prezračevano zračno režo med dvema slojema toplotne izolacije. Ko se zrak giblje v plasti z višjo temperaturo kot na ustrezni točki stene s klasičnim toplotnoizolacijskim sistemom, se obseg temperaturnega gradienta v toplotnoizolacijski plasti od stene do plasti zmanjša v primerjavi s toplotno izolacijo brez plasti. , ki zmanjša izgubo toplote iz objekta skozi zid. Toploto tal pod objektom je mogoče uporabiti kot energijo za povečanje temperature črpanega zraka z uporabo zemeljskega toplotnega izmenjevalnika ali sončno energijo. Razvite so bile metode za izračun značilnosti takega sistema. Eksperimentalna potrditev realnosti uporabe toplotnoizolacijskega sistema z nadzorovano toplotne lastnosti za zgradbe.

BIBLIOGRAFIJA

1. Bogoslovsky, V. N. Gradbena toplotna fizika / V. N. Bogoslovsky. – SPb.: AVOK-SEVEROZAHOD, 2006. – 400 str.

2. Toplotnoizolacijski sistemi za stavbe: TKP.

4. Projektiranje in vgradnja izolacijskega sistema s prezračevano zračno plastjo na osnovi troslojnih fasadnih plošč: R 1.04.032.07. – Minsk, 2007. – 117 str.

5. Danilevsky, L. N. O vprašanju zmanjšanja stopnje toplotne izgube v stavbi. Izkušnje belorusko-nemškega sodelovanja v gradbeništvu / L. N. Danilevsky. – Minsk: Strinko, 2000. – Str. 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. do 21. februarja 1999. Bregenz. -R. 177–182.

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

9. Pasivna hiša kot adaptivni sistem za vzdrževanje življenja: povzetki poročil Intern. znanstveno in tehnično konf. »Od toplotne sanacije stavb – do pasivna hiša. Problemi in rešitve” / L. N. Danilevsky. – Minsk, 1996. – P. 32–34.

10. Toplotna izolacija z nadzorovanimi lastnostmi za stavbe z majhnimi toplotnimi izgubami : zbornik. tr. / Državno podjetje "Inštitut NIPTIS poimenovan po. Ataeva S.S.”; L. N. Danilevskega. – Minsk, 1998. – P. 13–27.

11. Danilevsky, L. Toplotnoizolacijski sistem z nadzorovanimi lastnostmi za pasivno hišo / L. Danilevsky // Arhitektura in gradnja. – 1998. – Št. 3. – Str. 30, 31.

12. Martynenko, O. G. Prosti konvektivni prenos toplote. Imenik / O. G. Martynenko, Yu A. Sokovishin. – Minsk: Znanost in tehnologija, 1982. – 400 str.

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

14. Zunanja prezračevana stavbna ograja: Pat. 010822 Evraz. Patentni urad, IPC (2006.01) E04B 2/28, E04B 1/70 / L. N. Danilevsky; vlagatelj Državno podjetje "Inštitut NIPTIS poimenovan po. Atajeva S.S.” – št. 20060978; izjava 05.10.2006; objav. 30.12.2008 // Bilten. Evroazijski patentni urad. – 2008. – 6. št.

15. Zunanja prezračevana ograja stavbe: Pat. 11343 Rep. Belorusija, MPK (2006) E04B1/70, E04B2/28 / L. N. Danilevsky; vlagatelj Državno podjetje "Inštitut NIPTIS poimenovan po. Atajeva S.S.” – št. 20060978; aplikacija 05.10.2006; objav. 30.12.2008 // Afitsyiny bilten. / Narodni središče intelektualca. Ulasnastsi. – 2008.

Prenos toplote in vlage preko zunanjih ograj

Osnove prenosa toplote v stavbi

Toplota se vedno premika iz toplejšega okolja v hladnejše. Proces prenosa toplote iz ene točke v prostoru v drugo zaradi temperaturne razlike se imenuje prenos toplote in je kolektivna, saj vključuje tri osnovne vrste izmenjave toplote: toplotna prevodnost (kondukcija), konvekcija in sevanje. torej potencial prenos toplote je temperaturna razlika.

Toplotna prevodnost

Toplotna prevodnost- vrsta prenosa toplote med mirujočimi delci trdne, tekoče ali plinaste snovi. Tako je toplotna prevodnost izmenjava toplote med delci ali strukturnimi elementi materialnega okolja, ki so v neposrednem stiku drug z drugim. Pri preučevanju toplotne prevodnosti snov obravnavamo kot trdno maso, njeno molekularno zgradbo pa zanemarimo. V svoji čisti obliki se toplotna prevodnost pojavlja samo v trdnih snoveh, saj je v tekočih in plinastih medijih skoraj nemogoče zagotoviti nepremičnost snovi.

Večina gradbenih materialov je porozna telesa. Pore ​​vsebujejo zrak, ki ima sposobnost gibanja, to je prenosa toplote s konvekcijo. Menijo, da lahko konvekcijsko komponento toplotne prevodnosti gradbenih materialov zaradi njene majhnosti zanemarimo. Znotraj por poteka sevalna izmenjava toplote med površinami njenih sten. Prenos toplote s sevanjem v porah materialov je določen predvsem z velikostjo por, saj večja kot je pora, večja je temperaturna razlika na njenih stenah. Pri upoštevanju toplotne prevodnosti so značilnosti tega procesa povezane s skupno maso snovi: skelet in pore skupaj.

Ovoj stavbe je običajno planparalelne stene, pri katerem se prenos toplote pojavi v eni smeri. Poleg tega običajno, ko termotehnični izračuni zunanjih ograjenih konstrukcij se domneva, da pride do prenosa toplote, ko stacionarni toplotni pogoji, torej s konstantnim časom vseh karakteristik procesa: toplotnega toka, temperature na vsaki točki, termofizikalnih lastnosti gradbenih materialov. Zato je pomembno upoštevati proces enodimenzionalne stacionarne toplotne prevodnosti v homogenem materialu, ki ga opisuje Fourierjeva enačba:

Kje q T - površinska gostota toplotnega toka ki poteka skozi ravnino, pravokotno na toplotni tok, W/m2;

λ - toplotna prevodnost materiala, W/m. o C;

t- spreminjanje temperature vzdolž osi x, °C;

Razmerje se imenuje temperaturni gradient, približno S/m, in je označen grad t. Temperaturni gradient je usmerjen v zvišanje temperature, kar je povezano z absorpcijo toplote in zmanjšanjem toplotnega toka. Znak minus na desni strani enačbe (2.1) kaže, da povečanje toplotnega toka ne sovpada s povečanjem temperature.

Toplotna prevodnost λ je ena glavnih toplotnih lastnosti materiala. Kot izhaja iz enačbe (2.1), je toplotna prevodnost materiala merilo prevodnosti toplote materiala, številčno enaka toplotnemu toku, ki poteka skozi 1 m 2 površine, pravokotno na smer toka, s temperaturnim gradientom vzdolž toka enak 1 o C/m (slika 1). kako večjo vrednostλ, intenzivnejši kot je proces toplotne prevodnosti v takem materialu, večji je toplotni tok. Zato za toplotnoizolacijske materiale štejemo materiale s toplotno prevodnostjo manjšo od 0,3 W/m. o S.

izoterme; - ------ - vodi za pretok toplote.

Spremembe toplotne prevodnosti gradbenih materialov s spremembami njihove gostota pojavi zaradi dejstva, da skoraj vsak gradbeni material obsega okostje- glavni gradbeni material in zrak. K.F. Fokin kot primer navaja naslednje podatke: toplotna prevodnost absolutno goste snovi (brez por) ima glede na njeno naravo toplotno prevodnost od 0,1 W/m o C (za plastiko) do 14 W/m o C (za kristalno snovi s toplotnim tokom po kristalni površini), zrak pa ima toplotno prevodnost okoli 0,026 W/m o C. Večja kot je gostota materiala (manjša poroznost), večja je vrednost njegove toplotne prevodnosti. Jasno je, da imajo lahki toplotnoizolacijski materiali relativno nizko gostoto.

Razlike v poroznosti in toplotni prevodnosti skeleta vodijo do razlik v toplotni prevodnosti materialov tudi pri enaki gostoti. Na primer, naslednji materiali (tabela 1) pri enaki gostoti, ρ 0 =1800 kg/m 3, imajo različne vrednosti toplotne prevodnosti:

Tabela 1.

Toplotna prevodnost materialov z enako gostoto je 1800 kg/m 3.

Z zmanjševanjem gostote materiala se njegova toplotna prevodnost l zmanjšuje, saj se zmanjša vpliv prevodne komponente toplotne prevodnosti materialnega skeleta, poveča pa se vpliv sevalne komponente. Zato zmanjšanje gostote pod določeno vrednost vodi do povečanja toplotne prevodnosti. To pomeni, da obstaja določena vrednost gostote, pri kateri ima toplotna prevodnost najmanjša vrednost. Obstajajo ocene, da je pri 20 o C v porah s premerom 1 mm toplotna prevodnost po sevanju 0,0007 W/ (m°C), s premerom 2 mm - 0,0014 W/ (m°C) itd. Tako postane toplotna prevodnost zaradi sevanja pomembna pri toplotnoizolacijski materiali z nizko gostoto in velikimi porami.

Toplotna prevodnost materiala se povečuje z naraščajočo temperaturo, pri kateri pride do prenosa toplote. Povečanje toplotne prevodnosti materialov je razloženo s povečanjem kinetične energije skeletnih molekul snovi. Poveča se tudi toplotna prevodnost zraka v porah materiala in intenzivnost prenosa toplote vanje s sevanjem. V gradbeni praksi je odvisnost toplotne prevodnosti od temperature velikega pomena Vrednosti toplotne prevodnosti materialov, pridobljenih pri temperaturah do 100 o C, ni treba preračunati na njihove vrednosti pri 0 o C z uporabo empirične formule O.E. Vlasova:

λ o = λ t / (1+β . t), (2.2)

kjer je λ o toplotna prevodnost materiala pri 0 o C;

λ t - toplotna prevodnost materiala pri t o C;

β - temperaturni koeficient spremembe toplotne prevodnosti, 1/ o C, za različne materiale, enake približno 0,0025 1/ o C;

t je temperatura materiala, pri kateri je njegov koeficient toplotne prevodnosti enak λ t.

Za ravno homogeno steno z debelino δ (slika 2) lahko toplotni tok, ki se prenaša s toplotno prevodnostjo skozi homogeno steno, izrazimo z enačbo:

Kje τ 1 , τ 2- temperaturne vrednosti na stenskih površinah, o C.

Iz izraza (2.3) sledi, da je porazdelitev temperature po debelini stene linearna. Količina δ/λ je imenovana toplotna odpornost plasti materiala in označeno R T, m 2. o C/W:

Slika 2. Porazdelitev temperature v ravni homogeni steni

Zato toplotni tok q T, W/m 2, skozi enakomerno ravniparalelno steno debeline δ , m, iz materiala s toplotno prevodnostjo λ, W/m. o C, lahko zapišemo v obliki

Toplotni upor plasti je upor toplotne prevodnosti, ki je enak temperaturni razliki na nasprotnih površinah plasti, ko skozenj teče toplotni tok s površinsko gostoto 1 W/m 2 .

Prenos toplote s toplotno prevodnostjo poteka v materialnih plasteh ovoja stavbe.

Konvekcija

Konvekcija- prenos toplote s premikajočimi se delci snovi. Konvekcija se pojavi samo v tekočih in plinastih snoveh, pa tudi med tekočim ali plinastim medijem in površino trdna. V tem primeru pride do prenosa toplote s toplotno prevodnostjo. Kombinirani učinek konvekcije in prevodnosti toplote v mejnem območju blizu površine se imenuje konvektivni prenos toplote.

Konvekcija poteka na zunanjih in notranjih površinah ograjenih prostorov. Konvekcija igra pomembno vlogo pri izmenjavi toplote notranjih površin prostora. pri različne pomene temperatura površine in zraka ob njej, toplota prehaja proti nižji temperaturi. Toplotni tok, ki se prenaša s konvekcijo, je odvisen od načina gibanja tekočine ali plina, ki umiva površino, od temperature, gostote in viskoznosti gibljivega medija, od hrapavosti površine, od razlike med temperaturami površine in okoliški medij.

Proces izmenjave toplote med površino in plinom (ali tekočino) poteka različno glede na naravo gibanja plina. Razlikovati naravna in prisilna konvekcija. V prvem primeru se gibanje plina pojavi zaradi razlike v temperaturi med površino in plinom, v drugem pa zaradi zunanjih sil tega procesa (delovanje ventilatorjev, veter).

Prisilna konvekcija v splošni primer lahko spremlja proces naravne konvekcije, a ker intenzivnost prisilne konvekcije opazno presega intenzivnost naravne konvekcije, se naravna konvekcija pri obravnavi prisilne konvekcije pogosto zanemari.

V prihodnosti bodo obravnavani le stacionarni procesi konvektivnega prenosa toplote, ki predvidevajo stalno hitrost in temperaturo v času na kateri koli točki v zraku. Ker pa se temperatura sobnih elementov spreminja precej počasi, lahko odvisnosti, dobljene za stacionarne pogoje, razširimo na proces nestacionarni toplotni pogoji prostora, pri katerem se v vsakem obravnavanem trenutku proces konvektivne izmenjave toplote na notranjih površinah ograj šteje za stacionarnega. Odvisnosti, dobljene za stacionarne pogoje, je mogoče razširiti tudi na primer nenadne spremembe narave konvekcije iz naravne v prisilno, na primer, ko je vklopljena recirkulacijska naprava za ogrevanje prostora (ventilatorski konvektor ali split sistem v načinu toplotne črpalke). V sobi. Prvič, nov način gibanja zraka se vzpostavi hitro in drugič, zahtevana natančnost inženirske ocene procesa prenosa toplote je nižja od možnih netočnosti zaradi pomanjkanja korekcije toplotnega toka med prehodnim stanjem.

Za inženirsko prakso izračunov ogrevanja in prezračevanja je pomembna konvekcijska izmenjava toplote med površino ograjene konstrukcije ali cevi in ​​zrakom (ali tekočino). V praktičnih izračunih se Newtonove enačbe uporabljajo za oceno konvektivnega toplotnega toka (slika 3):

, (2.6)

Kje q do- toplotni tok, W, prenesen s konvekcijo iz gibljivega medija na površino ali obratno;

t a- temperatura zraka, ki spere površino stene, o C;

τ - temperatura površine stene, o C;

α do- koeficient konvekcijskega prehoda toplote na površini stene, W/m 2. o C.

Slika 3 Konvekcijska izmenjava toplote med steno in zrakom

Koeficient prenosa toplote s konvekcijo, a do- fizikalna količina, ki je številčno enaka količini toplote, ki jo zrak prenese na površino trdnega telesa s konvektivno izmenjavo toplote z razliko med temperaturo zraka in temperaturo površine telesa 1 o C.

S tem pristopom je vsa kompleksnost fizični proces konvektivni prenos toplote je vsebovan v koeficientu toplotnega prehoda, a do. Seveda je vrednost tega koeficienta funkcija številnih argumentov. Za praktično uporabo so sprejete zelo približne vrednosti a do.

Enačbo (2.5) lahko priročno prepišemo kot:

Kje R do - odpornost na konvekcijski prenos toplote na površini ograjene konstrukcije, m 2. o C/W, ki je enaka razliki temperature na površini ograje in temperature zraka med prehodom toplotnega toka s površinsko gostoto 1 W/m 2 od površine v zrak ali obratno. Odpornost R do je recipročna vrednost koeficienta konvektivnega prenosa toplote a do:

sevanje

Sevanje (sevalni prenos toplote) je prenos toplote s površine na površino skozi za sevanje prosojen medij s pretvorbo elektromagnetnega valovanja v toploto (slika 4).

Slika 4. Sevalna izmenjava toplote med dvema površinama

Kaj fizično telo, ki ima temperaturo, ki je drugačna od absolutne ničle, seva energijo v okoliški prostor v obliki elektromagnetnega valovanja. Lastnosti elektromagnetno sevanje označen z valovno dolžino. Sevanje, ki ga zaznamo kot toplotno in ima valovne dolžine v območju od 0,76 do 50 mikronov, imenujemo infrardeče.

Na primer, sevalna izmenjava toplote poteka med površinami, ki so obrnjene proti prostoru, med zunanjimi površinami razne zgradbe, površine zemlje in neba. Pomembna je sevalna izmenjava toplote med notranjimi površinami ograjenega prostora in površino grelna naprava. V vseh teh primerih je sevalni medij, ki prenaša toplotne valove zrak.

V praksi izračunavanja toplotnega toka med prenosom sevalne toplote se uporablja poenostavljena formula. Intenzivnost prenosa toplote s sevanjem q l, W/m 2, je določena z temperaturno razliko površin, ki sodelujejo pri sevalnem prenosu toplote:

, (2.9)

kjer sta τ 1 in τ 2 vrednosti temperature površin, ki izmenjujejo sevalno toploto, o C;

α l - koeficient sevalne toplotne prehodnosti na površini stene, W/m 2. o C.

Koeficient prenosa toplote sevanja, a l- fizikalna veličina, ki je številčno enaka količini toplote, ki se prenese z ene površine na drugo s sevanjem, ko je razlika med temperaturama površin enaka 1 o C.

Predstavimo koncept odpornost na sevalni prenos toploteR l na površini ograjne konstrukcije, m 2. o C/W, ki je enaka temperaturni razliki na površinah ograj, ki izmenjujejo sevalno toploto, ko toplotni tok s površinsko gostoto 1 W/m 2 prehaja s površine na površino.

Potem lahko enačbo (2.8) prepišemo kot:

Odpornost R l je recipročna vrednost koeficienta prehoda toplote s sevanjem a l:

Toplotna odpornost zračne plasti

Za enakomernost, odpornost na prenos toplote zaprte zračne reže ki se nahajajo med plastmi ograjene strukture, se imenujejo toplotna odpornost R in. p, m 2. o C/W.

Diagram prenosa toplote skozi zračno režo je prikazan na sliki 5.

Slika 5. Izmenjava toplote v zračni reži

Toplotni tok skozi zračno režo q in. p, W/m2, sestoji iz pretokov, ki jih prenaša toplotna prevodnost (2) q t, W/m 2 , konvekcija (1) q do, W/m 2, in sevanje (3) q l, W/m 2 .

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

V tem primeru je delež toka, ki ga prenaša sevanje, največji. Vzemimo zaprto navpično zračno plast, na katere površini je temperaturna razlika 5 o C. S povečanjem debeline plasti od 10 mm do 200 mm se delež toplotnega toka zaradi sevanja poveča s 60 %. do 80 %. V tem primeru se delež toplotne prevodnosti prenese z 38 % na 2 %, delež konvektivnega toplotnega toka pa se poveča z 2 % na 20 %.

Neposredni izračun teh komponent je precej okoren. Zato v regulativni dokumenti podaja podatke o toplotni upornosti zaprtih zračnih plasti, ki jih je v 50. letih 20. stoletja sestavil K.F. Fokin na podlagi rezultatov poskusov M.A. Mihejeva. Če je na eni ali obeh površinah zračne reže toplotno odbojna aluminijasta folija, ki ovira sevalni prenos toplote med površinami, ki uokvirjajo zračno režo, je treba toplotni upor podvojiti. Za povečanje toplotne odpornosti zaprtih zračnih plasti je priporočljivo upoštevati naslednje zaključke raziskav:

1) plasti majhne debeline so učinkovite v smislu toplotne tehnike;

2) bolj racionalno je narediti več tankih plasti v ograji kot eno veliko;

3) priporočljivo je, da zračne reže postavite bližje zunanji površini ograje, saj to zmanjša toplotni tok s sevanjem pozimi;

4) navpične plasti v zunanjih stenah morajo biti pregrajene z vodoravnimi diafragmami v višini medetažnih stropov;

5) za zmanjšanje toplotnega toka, ki ga prenaša sevanje, je lahko ena od površin vmesnega sloja prevlečena aluminijasta folija, ki ima emisivnost približno ε=0,05. Pokrivanje obeh površin zračne reže s folijo praktično ne zmanjša prenosa toplote v primerjavi s pokrivanjem ene površine.

Vprašanja za samokontrolo

1. Kakšen je potencial prenosa toplote?

2. Naštejte osnovne vrste prenosa toplote.

3. Kaj je prenos toplote?

4. Kaj je toplotna prevodnost?

5. Kaj je koeficient toplotne prevodnosti materiala?

6. Zapišite formulo za toplotni tok, ki ga prenaša toplotna prevodnost v večslojni steni pri znanih temperaturah notranje t in in zunanje t n površine.

7. Kaj je toplotna odpornost?

8. Kaj je konvekcija?

9. Napišite formulo za toplotni tok, ki se prenaša s konvekcijo iz zraka na površino.

10. Fizikalni pomen konvektivnega koeficienta prehoda toplote.

11. Kaj je sevanje?

12. Napišite formulo za toplotni tok, ki se s sevanjem prenaša z ene površine na drugo.

13. Fizikalni pomen koeficienta prehoda toplote s sevanjem.

14. Kako se imenuje toplotni upor zaprte zračne reže v ovoju stavbe?

15. Iz katerega toplotnega toka je sestavljen skupni toplotni tok skozi zračno plast?

16. Kakšna narava toplotnega toka prevladuje pri toplotnem toku skozi zračno plast?

17. Kako debelina zračne reže vpliva na porazdelitev tokov v njej.

18. Kako zmanjšati pretok toplote skozi zračno režo?

.
1.3 Stavba kot enoten energetski sistem.
2. Prenos toplote in vlage preko zunanjih ograj.
2.1 Osnove prenosa toplote v stavbi.
2.1.1 Toplotna prevodnost.
2.1.2 Konvekcija.
2.1.3 Sevanje.
2.1.4 Toplotna upornost zračne plasti.
2.1.5 Koeficienti toplotne prehodnosti na notranjih in zunanjih površinah.
2.1.6 Prenos toplote skozi večplastno steno.
2.1.7 Zmanjšan upor pri prenosu toplote.
2.1.8 Porazdelitev temperature po odseku ograje.
2.2 Pogoji vlažnosti ograjene strukture.
2.2.1 Vzroki za pojav vlage v ograjah.
2.2.2 Negativne posledice močenja zunanjih ograj.
2.2.3 Razmerje med vlago in gradbenimi materiali.
2.2.4 Vlažen zrak.
2.2.5 Vsebnost vlage v materialu.
2.2.6 Sorpcija in desorpcija.
2.2.7 Paroprepustnost ograj.
2.3 Zračna prepustnost zunanjih ograj.
2.3.1 Temeljne določbe.
2.3.2 Razlika v tlaku na zunanji in notranji površini ograj.
2.3.3 Zračna prepustnost gradbenih materialov.

2.1.4 Toplotna odpornost zračne plasti.

Za enakomernost, odpornost na prenos toplote zaprte zračne reže ki se nahajajo med plastmi ograjene strukture, se imenujejo toplotna odpornost R v.p, m². ºС/W.
Diagram prenosa toplote skozi zračno režo je prikazan na sliki 5.

Slika 5. Izmenjava toplote v zračni plasti.