Za doslednost, odpornost na prenos toplote zaprte zračne plasti ki se nahajajo med plastmi ovoja stavbe se imenujejo toplotna odpornost Rv.p, m². ºС / W.
Shema prenosa toplote skozi zračno režo je prikazana na sliki 5.

Slika 5. Prenos toplote v zračni reži.

Toplotni tok, ki poteka skozi zračno režo qv.p, W / m2, je vsota tokov, ki se prenašajo s toplotno prevodnostjo (2) qt, W / m2, konvekcijo (1) qk, W / m2 in sevanjem (3) ql, W / m².

24. Pogojna in zmanjšana odpornost na prenos toplote. Koeficient toplotnotehnične enotnosti ograjenih konstrukcij.

25. Normalizacija odpornosti proti prenosu toplote na podlagi sanitarnih in higienskih pogojev

, R 0 = *

Nato normaliziramo Δ t n R 0 tr = * , tiste. za Δ t≤ Δ t n je 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;

vzemi. v skladu s standardi za oblikovanje. stavbe

t n - je ocenjena zimska temperatura zunanjega zraka, ° С, enaka povprečni temperaturi najhladnejšega petdnevnega obdobja z določitvijo 0,92

A in (alfa) - koeficient toplotne prehodnosti notranja površina ogradne 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 vrat in vrat mora biti najmanj 0,6 R tr o sten stavb in objektov, določenih s formulo (1) pri izračunani zimska temperatura zunanjega zraka enaka povprečni temperaturi najhladnejše petdnevnice z varnostjo 0,92.

Pri določanju zahtevane odpornosti proti prenosu toplote notranjih ogradnih konstrukcij v formuli (1) je treba namesto t n- predvidena temperatura zraka v hladnejšem prostoru.

26. Toplotni izračun zahtevane debeline ograjnega materiala na podlagi pogojev za doseganje zahtevane odpornosti proti prenosu toplote.

27. Vsebnost vlage v materialu. Razlogi za vlaženje strukture

Vlažnost - fizikalna količina, ki je enaka količini vode, ki jo vsebujejo pore materiala.

Dogaja se masno in volumetrično

1) Gradbena vlaga.(med gradnjo objekta). Odvisno od zasnove in načina gradbenih del. Trdno zidanje slabši od keramičnih blokov. Najbolj ugoden je les (montažne stene). z / z ne vedno. Po 2 = -3 letih uporabe naj izgine.

Vlaga v tleh. (kapilarna absorpcija). Doseže raven 2-2,5 m. Hidroizolacijski sloji, s pravo napravo, ne vplivajo.

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

3) Atmosferska vlaga... (poševni dež, sneg). Posebej pomembno za strehe in vence .. masivne opečne stene ne zahtevajo zaščite s pravilnim spajanjem armiranobetonske, lahke betonske plošče, pozornost na fuge in okenski bloki, teksturirana plast vodoodpornih materialov. Zaščita = zaščitna stena na pobočju

4) Delovna vlaga... (v delavnicah industrijske zgradbe, predvsem v tleh in spodnjem delu sten) rešitev: vodoodporna tla, drenažna naprava, na spodnjem delu keramične ploščice, vodoodporen omet. Zaščita = zaščitna obloga z notranjostjo stranke

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 toplotna prevodnost konstrukcije poveča.

2) Deformacija vlage. Vlažnost je veliko slabša od toplotne ekspanzije. Odlepitev ometa zaradi nakopičene vlage pod njim, nato vlaga zmrzne, se v volumnu razširi in omet odtrga. Materiali, ki niso odporni na vlago, se pri vlaženju deformirajo. Na primer, mavec s povečanjem vlažnosti pridobi lezenje, otekanje vezanega lesa, razslojevanje.

3) Zmanjšana vzdržljivost - število let brezhibnega delovanja konstrukcije

4) Biološke poškodbe (glive, plesen) zaradi izgube rose

5) Izguba estetskega videza

Zato se pri izbiri materialov upošteva njihov režim vlage in izberejo materiali z najnižjo vsebnostjo vlage. Prav tako lahko prekomerna vlažnost v prostoru povzroči širjenje bolezni in okužb.

S tehničnega vidika vodi do izgub v vzdržljivosti in konstrukciji ter njegove zmrzali sv. Nekateri materiali za visoka vlažnost izgubiti mehanska trdnost, spremeni obliko. Na primer, mavec s povečanjem vlažnosti pridobi lezenje, otekanje vezanega lesa, razslojevanje. Korozija kovine. poslabšanje videza.

29. Sorpcija vodne pare. mater. Sorpcijski mehanizmi. Sorpcijska histereza.

Sorpcija- proces absorpcije vodne pare, ki vodi do ravnotežnega stanja vlage materiala z zrakom. 2 pojava. 1. Absorpcija kot posledica trka parne molekule s površino por in oprijem na to površino (adsorpcija) 2. Neposredno raztapljanje vlage v telesu (absorpcija). Vlažnost narašča s povečanjem relativne elastičnosti in zniževanjem temperature. "Desorpcija" Če mokri vzorec damo v eksikatorje (raztopina žveplove kisline), oddaja vlago.

Mehanizmi sorpcije:

1.Adsorpcija

2.Kapilarna kondenzacija

3. Volumensko polnjenje mikropor

4. Polnjenje vmesnega prostora

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

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

3. faza. Kapilarna kondenzacija.

VZROK. Tlak nasičene pare nad konkavno površino je manjši kot zgoraj ravna površina tekočine. V kapilarah majhnega polmera vlaga tvori konkavne miniske, zato se pojavi možnost kapilarne kondenzacije. Če je D> 2 * 10 -5 cm, potem kapilarne kondenzacije ne bo.

Desorpcija - proces naravnega sušenja materiala.

Histereza ("razlika") sorpcija sestoji iz razlike med izotermo sorpcije, pridobljene z vlaženjem materiala, od desorpcijske izoterme, pridobljene iz posušenega materiala. prikazuje % razlike med utežno vlago med sorpcijo in utežno desorpcijo vlage (desorpcija 4,3 %, sorpcija 2,1 %, histereza 2,2 %), ko je izoterma sorpcije navlažena. Desorpcija suha.

30. Mehanizmi prenosa vlage v materialih gradbenih konstrukcij. Prepustnost vodne pare, kapilarna absorpcija vode.

1.B zimski čas zaradi temperaturne razlike in pri različnih parcialnih tlakih skozi ograjo prehaja tok vodne pare (z notranje površine na zunanjo) - difuzija vodne pare. Poleti je ravno obratno.

2. Konvektivni prenos vodne pare(s pretokom zraka)

3... Kapilarni prenos vode(pronicanje) skozi porozni material.

4. Gravitacijsko uhajanje vode skozi razpoke, luknje, makropore.

Prepustnost vodne pare - lasten material ali strukturo, izdelano iz njih, pusti vodno paro skozi sebe.

Koeficient poroznosti- Fizika vrednost, številčno enaka številu pare, ki je prešla skozi ploščo na enoto površine, pri enotnem padcu tlaka, pri enoti debeline plošče, na enoto časa pri delnem padcu tlaka na straneh plošče e 1 Pa. Temperatura, mu se zmanjša, z naraščajočo vlažnostjo se mu poveča.

Odpornost na prepustnost hlapov: R = debelina / mu

Mu je koeficient paroprepustnosti (določen v skladu s toplotno tehniko SNIP 2379)

Kapilarna absorpcija vode z gradbenimi materiali - zagotavlja stalen prenos tekoče vlage skozi porozne materiale iz območja z visoko koncentracijo v območje z nizko koncentracijo.

Čim tanjše so kapilare, večja je kapilarna sesalna sila, na splošno pa se hitrost prenosa zmanjša.

Kapilarni prenos lahko zmanjšamo ali odpravimo z vgradnjo ustrezne pregrade (majhna zračna reža ali kapilarno neaktivna plast (neporozna)).

31. Fickov zakon. Koeficient paroprepustnosti

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

Mu- koef. paroprepustnost (določena v skladu s toplotno tehniko SNIP 2379)

fiz. vrednost, številčno enaka količini pare, ki je prešla skozi ploščo na enoto površine, pri enotnem padcu tlaka, pri enoti debeline plošče, na enoto časa pri delnem padcu tlaka na straneh plošče e 1 Pa. [mg / (m2 * Pa)]. Najmanjši mu ima ruberoid 0,00018, največji min.vat = 0,065 g / m * h * mm Hg, okensko steklo in kovine so parotesne, zrak je najbolj paroprepusten. Pri zmanjševanju. Temperatura, mu se zmanjša, z naraščajočo vlažnostjo se mu poveča. Odvisno od fizikalnih lastnosti materiala in odraža njegovo sposobnost prevajanja vodne pare, ki razprši skozenj. Anizotropni materiali imajo različne mu (za drevo vzdolž vlaken = 0,32, prečno = 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 šivov zaslona

Toplotni upor zaprte zračne reže je vzet v skladu s tabelo 7 skupnega podjetja.

Sprejemamo koeficient toplotnotehnične heterogenosti konstrukcije r= 0,85, torej R zahteva /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.

Sprejmemo debelino izolacije  3 = 0,15 m = 150 mm (deljivo s 30 mm) in dodamo v tabelo. 4.2.

Zaključki:

Glede odpornosti na prenos toplote je zasnova v skladu s standardi, saj je odpornost na prenos toplote zmanjšana R 0 r nad zahtevano vrednostjo R zahteva :

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

4.6. Določanje toplotnih in vlažnih pogojev prezračevane zračne reže

Izračun se izvede za pogoje zimskega obdobja.

Določanje hitrosti gibanja in temperature zraka v vmesnem sloju

Daljša (višja) je vmesna plast, večja je hitrost gibanja zraka in njegova poraba ter posledično tudi učinkovitost odstranjevanja vlage. Po drugi strani pa je daljša (višja) vmesna plast, večja je verjetnost nesprejemljivega kopičenja vlage v izolaciji in na zaslonu.

Razdalja med dovodnimi in izstopnimi prezračevalnimi odprtinami (višina vmesnega sloja) je enaka H= 12 m.

Povprečna temperatura zraka v vmesnem sloju t 0 se predhodno vzame kot

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

Hitrost gibanja zraka v plasti, ko se dovodne in izpušne odprtine nahajajo na eni strani stavbe:

kjer je  vsota lokalnih aerodinamičnih uporov proti zračnemu toku na vstopu, na ovinkih in na izstopu iz vmesnega sloja; odvisno od konstruktivne rešitve fasadnega sistema = 3 ... 7; vzamemo = 6.

Območje prereza vmesnega sloja s pogojno širino b= 1 m in sprejeta (v tabeli 4.1) debelina = 0,05 m: F=b = 0,05 m 2.

Ekvivalentni premer zračne reže:

Koeficient toplotne prehodnosti površine zračne plasti a 0 se predhodno vzame v skladu s točko 9.1.2 skupnega podjetja: a 0 = 10,8 W / (m 2 × ° C).

(m 2 × ° С) / W,

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

(m 2 × ° С) / W,

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

Kvote

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

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

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

Povprečna temperatura zraka v vmesnem sloju se od prej sprejete razlikuje za več kot 5%, zato pojasnimo izračunane parametre.

Hitrost zraka v vmesnem sloju:

Gostota zraka v vmesnem sloju

Količina (pretok) zraka, ki prehaja skozi vmesni sloj:

Pojasnimo koeficient toplotne prehodnosti površine zračne reže:

W / (m 2 × ° C).

Toplotni upor in koeficient prenosa toplote notranjega dela stene:

(m 2 × ° С) / W,

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

Toplotni upor in koeficient prenosa toplote zunanjega dela stene:

(m 2 × ° С) / W,

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

Kvote

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

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

Pojasnimo povprečno temperaturo zraka v vmesnem sloju:

Povprečno temperaturo zraka v vmesnem sloju še večkrat izboljšamo, dokler se vrednosti pri sosednjih ponovitvah ne razlikujejo za več kot 5 % (tabela 4.6).

Članek obravnava zasnovo toplotnoizolacijskega sistema z zaprto zračno režo med toplotno izolacijo in steno stavbe. Predlaga se uporaba paroprepustnih vložkov v toplotni izolaciji, da se prepreči kondenzacija vlage v zračni plasti. Podan je način za izračun površine vložkov, odvisno od pogojev uporabe toplotne izolacije.

V prispevku je opisan toplotnoizolacijski sistem z mrtvim zračnim prostorom med toplotno izolacijo in zunanjo steno stavbe. Za toplotno izolacijo so predlagani vložki, prepustni za vodno paro, da se prepreči kondenzacija vlage v zračnem prostoru. Ponujena je metoda za izračun površine vložkov glede na pogoje uporabe toplotne izolacije.

UVOD

Zračna reža je element mnogih ovojov zgradb. Prispevek raziskuje lastnosti ograjenih konstrukcij z zaprtimi in prezračevanimi zračnimi prostori. Hkrati pa posebnosti njegove uporabe v mnogih primerih zahtevajo reševanje problemov gradbene toplotne tehnike v posebnih pogojih uporabe.

Zasnova toplotnoizolacijskega sistema s prezračevano zračno režo je znana in se pogosto uporablja v gradbeništvu. Glavna prednost tega sistema pred lahkimi ometnimi sistemi je zmožnost izvajanja gradbenih izolacijskih del skozi vse leto... Sistem za pritrditev izolacije je najprej pritrjen na ograjeno konstrukcijo. Na ta sistem je pritrjena izolacija. Zunanja zaščita izolacije je nameščena na določeni razdalji od nje, tako da nastane zračna reža med izolacijo in zunanjo ograjo. Zasnova izolacijskega sistema omogoča prezračevanje zračne reže, da se odstrani odvečna vlaga, kar zmanjša količino vlage v izolaciji. Pomanjkljivosti tega sistema vključujejo zapletenost in potrebo, skupaj z uporabo izolacijskih materialov, po uporabi stranskih sistemov, ki zagotavljajo potrebno razdaljo za premikajoči se zrak.

Znan prezračevalni sistem, pri katerem zračna reža meji neposredno na steno stavbe. Toplotna izolacija je izdelana v obliki trislojnih plošč: notranja plast je toplotnoizolacijski material, zunanje plasti so aluminij in aluminijasta folija. Ta zasnova ščiti izolacijo pred prodiranjem tako atmosferske vlage kot vlage iz prostorov. Zato se njegove lastnosti ne poslabšajo v nobenih delovnih pogojih, kar vam omogoča, da prihranite do 20% izolacije v primerjavi z običajnimi sistemi. Pomanjkljivost teh sistemov je potreba po prezračevanju plasti, da se odstrani vlaga, ki migrira iz prostorov stavbe. To vodi do zmanjšanja toplotnoizolacijske lastnosti sistemov. Poleg tega se povečajo toplotne izgube spodnjih nadstropij stavb, saj hladen zrak, ki vstopa v plast skozi luknje na dnu sistema, potrebuje nekaj časa, da se segreje na ugotovljeno temperaturo.

IZOLACIJSKI SISTEM Z ZAPRTO ZRAČNO režo

Možen je podoben sistem toplotne izolacije z zaprto zračno režo. Pozornost je treba nameniti dejstvu, da je gibanje zraka v vmesnem sloju potrebno samo za odstranjevanje vlage. Če problem odstranjevanja vlage rešimo na drugačen način, brez prezračevanja, dobimo toplotnoizolacijski sistem z zaprto zračno režo brez zgoraj navedenih pomanjkljivosti.

Za rešitev tega problema mora imeti toplotnoizolacijski sistem obliko, prikazano na sl. 1. Toplotno izolacijo stavbe je treba izvesti s paroprepustnimi vložki iz toplotnoizolacijskega materiala, npr. mineralna volna... Toplotnoizolacijski sistem mora biti urejen tako, da zagotavlja odvajanje pare iz vmesnega sloja, znotraj njega pa je vlažnost pod rosiščem v vmesnem sloju.

1 - stena stavbe; 2 - pritrdilni elementi; 3 - toplotnoizolacijske plošče; 4 - parni in toplotnoizolacijski vložki

riž. 1. Toplotna izolacija s paroprepustnimi vložki

Za nasičen parni tlak v vmesnem sloju lahko zapišete izraz:

Če zanemarimo toplotni upor zraka v vmesnem sloju, se povprečna temperatura znotraj vmesnega sloja določi s formulo

(2)

kje Kositer, T ven- temperatura zraka znotraj stavbe in zunanjega zraka približno C;

R 1 , R 2 - odpornost proti prenosu toplote stene in toplotne izolacije, m 2 × о С / W.

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

(3)

kje P in, P- parcialni tlak pare v prostoru in v plasti, Pa;

S 1 - površina zunanje stene stavbe, m 2;

kпп1 - koeficient paroprepustnosti stene, enak:

tukaj Rпп1 = 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 toplotno izolacijo stavbe lahko zapišete enačbo:

(5)

kje P ven- parcialni tlak pare v zunanjem zraku, Pa;

S 2 - površina paroprepustnih toplotnoizolacijskih vložkov v toplotni izolaciji stavbe, m 2;

k pp2 je koeficient paroprepustnosti vložkov, enak:

tukaj Rпп2 = m 2 / l 2 ;

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

l 2 - debelina vložka, m.

Izenačitev desnih strani enačb (3) in (5) in reševanje nastale enačbe za parno ravnovesje 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 reži zapišemo v obliki neenakosti:

in ga rešimo, dobimo zahtevano vrednost razmerja med celotno površino paroprepustnih vložkov in površino stene:

V tabeli 1 so prikazani podatki, pridobljeni za nekatere možnosti ogradnih konstrukcij. Pri izračunih je bilo predvideno, da je koeficient toplotne prevodnosti paroprepustnega vložka enak koeficientu toplotne prevodnosti glavne toplotne izolacije v sistemu.

Tabela 1. Vrednost ε za različne možnosti sten

Primeri iz tabele 1 kažejo, da je toplotno izolacijo možno izvesti z zaprto zračno režo med toplotno izolacijo in steno stavbe. Pri nekaterih stenskih konstrukcijah, kot v prvem primeru iz tabele 1, je mogoče opustiti paroprepustne vložke. V drugih primerih je lahko površina paroprepustnih vložkov zanemarljiva v primerjavi s površino stene, ki jo je treba izolirati.

IZOLACIJSKI SISTEM Z NADZOROVANIMI TOPLOTNIMI KARAKTERISTIKAMI

Načrtovanje toplotnoizolacijskih sistemov je v zadnjih petdesetih letih doživelo pomemben razvoj, danes pa imajo projektanti na voljo velika izbira materiali in konstrukcije: od uporabe slame do vakuumske toplotne izolacije. Možna je tudi uporaba aktivnih toplotnoizolacijskih sistemov, katerih značilnosti omogočajo vključitev v sistem oskrbe z električno energijo stavb. V tem primeru se lahko spremenijo tudi lastnosti toplotnoizolacijskega sistema glede na pogoje. okolje, ki zagotavlja konstantno raven toplotnih izgub iz stavbe ne glede na zunanja temperatura.

Če nastavite fiksno raven toplotnih izgub Q skozi ovoj stavbe bo zahtevana vrednost zmanjšanega upora prenosa toplote določena s formulo

(10)

Takšne lastnosti ima lahko toplotnoizolacijski sistem s prozorno zunanjo plastjo ali s prezračevano zračno režo. V prvem primeru se uporablja sončna energija, v drugem pa se lahko dodatno izkoristi energija toplote tal skupaj z zemeljskim toplotnim izmenjevalnikom.

V sistemu s prozorno toplotno izolacijo pri nizki legi sonca njegovi žarki skoraj brez izgube prehajajo na steno, jo segrejejo in s tem zmanjšajo toplotne izgube iz prostora. V poletni čas Ko je sonce visoko nad obzorjem, se sončni žarki skoraj v celoti odbijajo od stene stavbe in s tem preprečujejo pregrevanje stavbe. Da bi zmanjšali povratni toplotni tok, je toplotnoizolacijska plast izdelana v obliki satjaste strukture, ki igra vlogo pasti za sončno svetlobo. Pomanjkljivost takšnega sistema je nezmožnost prerazporeditve energije vzdolž fasad stavbe in pomanjkanje akumulacijskega učinka. Poleg tega je učinkovitost tega sistema neposredno odvisna od stopnje sončne aktivnosti.

Po mnenju avtorjev bi moral idealen toplotnoizolacijski sistem do neke mere biti podoben živemu organizmu in v širokem razponu spreminjati svoje lastnosti glede na okoljske razmere. Z znižanjem zunanje temperature naj bi toplotnoizolacijski sistem zmanjšal toplotne izgube iz stavbe, s povečanjem temperature zunanjega zraka pa se lahko njegov toplotni upor zmanjša. Vstopnina za poletni čas sončna energija na zgradbo naj vplivajo tudi zunanji pogoji.

Predlagani toplotnoizolacijski sistem ima v mnogih pogledih zgoraj navedene lastnosti. Na sl. 2a prikazuje diagram stene s predlaganim toplotnoizolacijskim sistemom, na sl. 2b - temperaturni graf v toplotnoizolacijski plasti brez in s prisotnostjo zračne reže.

Toplotnoizolacijski sloj je izdelan s prezračevano zračno režo. Ko se zrak v njem premika s temperaturo, višjo kot na ustrezni točki na grafu, se vrednost temperaturnega gradienta v toplotnoizolacijskem sloju od stene do vmesnega sloja zmanjša v primerjavi s toplotno izolacijo brez vmesnega sloja, kar zmanjša toplotne izgube. od stavbe skozi zid. Upoštevati je treba, da bo zmanjšanje toplotnih izgub iz stavbe kompenzirano s toploto, ki jo oddaja zračni tok v plasti. To pomeni, da bo temperatura zraka na izhodu iz vmesnega sloja nižja kot na vstopu.

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

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

riž. 3. Shema izračuna toplotnih izgub skozi ograjo

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

kje Q 1 - toplotni tok iz prostora na notranjo površino ograje, W / m 2;

Q 2 - toplotni tok skozi glavno steno, W / m 2;

Q 3 - toplotni tok skozi zračno režo, W / m 2;

Q 4 - toplotni tok skozi toplotnoizolacijski sloj za vmesnim slojem, W / m 2;

Q 5 - toplotni tok iz zunanje površine ograje v ozračje, W / m 2;

T 1 , T 2, - temperatura na površini stene, о С;

T 3 , T 4 - temperatura na površini vmesnega sloja, о С;

Tk, T a- temperatura v prostoru in zunanjega zraka približno C;

s je Stefan-Boltzmannova konstanta;

l 1, l 2 - koeficient toplotne prevodnosti glavne stene in toplotne izolacije, W / (m × о С);

e 1, e 2, e 12 - stopnja črnine notranje površine stene, zunanje površine toplotnoizolacijskega sloja in zmanjšana stopnja črnine površin zračne reže;

a b, a n, a 0 je koeficient toplotne prehodnosti na notranji površini stene, na zunanji površini toplotne izolacije in 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 giblje v vmesnem sloju s hitrostjo u s temperaturo T u namesto Q 3 se upoštevata dva toka: od vpihanega zraka do stene:

in iz pihanega zraka na zaslon:

Nato se sistem enačb razdeli na dva sistema:

Koeficient toplotnega prehoda 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 notranji in zunanji površini ograjenih konstrukcij so bile uporabljene naslednje formule:

kjer je Ra = Pr × Gr - Rayleighov kriterij;

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

Pri določanju Grashofovega števila je bila kot značilen padec temperature izbrana razlika med temperaturo stene in temperaturo zunanjega zraka. Odvzete so bile značilne dimenzije: višina stene in debelina plasti.

Pri izračunu koeficienta prenosa toplote a 0 znotraj zaprte zračne reže je bila za izračun Nusseltovega števila uporabljena formula iz:

(22)

Če se je zrak znotraj plasti premikal, je bila za izračun Nusseltovega števila uporabljena enostavnejša formula:

(23)

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

d je debelina zračne reže.

Vrednosti Prandtlovega števila Pr, kinematične viskoznosti n in koeficienta toplotne prevodnosti zraka l in glede na temperaturo smo izračunali z linearno interpolacijo vrednosti tabele iz. Sistema enačb (11) ali (19) sta bila numerično rešena z iterativnim izpopolnjevanjem glede na temperature T 1 , T 2 , T 3 , T 4 . Za numerično modeliranje je bil izbran toplotnoizolacijski sistem na podlagi toplotne izolacije, podobne ekspandiranemu polistirenu s koeficientom toplotne prevodnosti 0,04 W / (m 2 × približno C). Temperatura zraka na vstopu v vmesni sloj je bila predpostavljena 8 ° C, skupna debelina toplotnoizolacijskega sloja je bila 20 cm, debelina vmesnega sloja je bila d- 1 cm.

Na sl. 4 prikazuje grafe odvisnosti specifične toplotne izgube skozi izolacijski sloj običajnega toplotnega izolatorja ob prisotnosti zaprtega toplotnoizolacijskega sloja in z prezračevano zračno režo. Zaprta zračna reža skoraj ne izboljša toplotnoizolacijskih lastnosti. V obravnavanem primeru prisotnost toplotnoizolacijske plasti s premikajočim se zračnim tokom več kot prepolovi toplotne izgube skozi steno pri zunanji temperaturi zraka minus 20 o C. Ekvivalentna vrednost upora prenosa toplote takšne toplotne izolacije za to temperaturo je 10,5 m 2 × o C / W, kar ustreza ekspandiranemu polistirenu z debelino več kot 40,0 cm.

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

riž. 4. Grafi specifičnih toplotnih izgub

Učinkovitost toplotnoizolacijskega sistema se poveča z znižanjem zunanje temperature. Pri zunanji temperaturi 4 °C je učinkovitost obeh sistemov enaka. Nadaljnje zvišanje temperature onemogoča uporabo sistema, saj vodi do povečanja stopnje toplotnih izgub iz stavbe.

Na sl. 5 prikazuje odvisnost temperature zunanje površine stene od temperature zunanjega zraka. Glede na sl. 5, prisotnost zračne reže poveča temperaturo zunanje površine stene pri negativni zunanji temperaturi v primerjavi s klasično toplotno izolacijo. To je posledica dejstva, da premikajoči se zrak odda svojo toploto tako notranji kot zunanji plasti toplotne izolacije. Pri visokih temperaturah zunanjega zraka ta toplotnoizolacijski sistem deluje kot hladilna plast (glej sliko 5).

1. vrsta - običajna toplotna izolacija, D= 20 cm; vrstica 2 - v toplotni izolaciji je zračna reža široka 1 cm, d= 4 cm, hitrost zraka 0,5 m / s

riž. 5. Odvisnost temperature zunanje površine stenena zunanjo temperaturo

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

riž. 6. Odvisnost temperature na izstopu iz vmesnega slojana zunanjo temperaturo

Na sl. 7 prikazuje odvisnost toplotnih izgub od debeline zunanje plasti toplotne izolacije pri minimalni zunanji temperaturi. Glede na sl. 7 je najmanjša toplotna izguba opažena pri d= 4 cm.

riž. 7. Odvisnost toplotne izgube od debeline zunanje plasti toplotne izolacije pri minimalni zunanji temperaturi

Na sl. 8 prikazuje odvisnost toplotnih izgub za zunanjo temperaturo minus 20 °C od hitrosti zraka v vmesnem sloju z različno debelino. Povečanje 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. osem. Odvisnost toplotnih izgub od hitrosti zrakaz različno debelino zračne reže

Pozornost je treba nameniti dejstvu, da prezračevana zračna reža omogoča učinkovito nadzorovanje stopnje toplotne izgube skozi površino stene s spreminjanjem hitrosti zraka v območju od 0 do 0,5 m / s, kar je nemogoče za običajno toplotno izolacijo. Na sl. 9 prikazuje odvisnost hitrosti zraka od zunanje temperature za fiksno stopnjo toplotne izgube skozi steno. Ta pristop k toplotni zaščiti stavb zmanjšuje porabo energije prezračevalni sistem ko se zunanja temperatura dvigne.

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

Pri izdelavi toplotnoizolacijskega sistema, obravnavanega v članku, je glavno vprašanje vir energije za povečanje temperature črpanega zraka. Kot tak vir naj bi z uporabo talnega toplotnega izmenjevalnika odvzemal toploto iz tal pod objektom. Za učinkovitejšo rabo energije tal se predpostavlja, da je treba prezračevalni sistem v zračni reži zapreti, brez sesanja atmosferskega zraka. Ker je temperatura zraka, ki vstopa v sistem pozimi, nižja od temperature tal, ni težav s kondenzacijo vlage.

Avtorji vidijo najučinkovitejšo uporabo takšnega sistema v kombinaciji rabe dveh virov energije: sončne in zemeljske toplote. Če se obrnemo na prej omenjene sisteme s prozorno toplotno izolacijsko plastjo, postane očitna želja avtorjev teh sistemov, da bi tako ali drugače uresničili idejo toplotne diode, torej rešili problem. usmerjenega prenosa sončne energije na steno stavbe, pri čemer se izvajajo ukrepi, ki preprečujejo gibanje toplotnega toka energije v nasprotni smeri.

Slikano v temna barva kovinski krožnik. In drugi vpojni sloj je lahko zračna reža v toplotni izolaciji stavbe. Zrak, ki se giblje v vmesnem sloju, se zapira skozi talni toplotni izmenjevalnik, v sončno vreme ogreva tla, kopiči sončno energijo in jo prerazporedi po fasadah stavbe. Toplota iz zunanje plasti v notranjo plast se lahko prenaša s pomočjo termičnih diod, izdelanih na toplotnih ceveh s faznimi prehodi.

Tako predlagani toplotnoizolacijski sistem z nadzorovanimi termofizikalnimi lastnostmi temelji na strukturi s toplotnoizolacijskim slojem, ki ima tri značilnosti:

- prezračevana zračna reža vzporedno z ovojom stavbe;

- vir energije za zrak znotraj plasti;

- sistem za nadzor parametrov pretoka zraka v vmesnem sloju, odvisno od zunanjih vremenskih razmer in temperature zraka v prostoru.

Eden od možne možnosti konstrukcije - uporaba prozornega toplotnoizolacijskega sistema. V tem primeru je treba toplotnoizolacijski sistem dopolniti z drugo zračno režo, ki meji na steno stavbe in komunicira z vsemi stenami stavbe, kot je prikazano na sl. deset.

Toplotnoizolacijski sistem, prikazan na sl. 10 ima dva zračna prostora. Eden od njih se nahaja med toplotno izolacijo in prozorno ograjo in služi za preprečevanje pregrevanja objekta. V ta namen so na zgornjem in spodnjem delu toplotnoizolacijske plošče nameščeni zračni ventili, ki povezujejo vmesni sloj z zunanjim zrakom. Poleti in v času visoke sončne aktivnosti, ko obstaja nevarnost pregrevanja stavbe, se lopute odprejo, kar zagotavlja prezračevanje z zunanjim zrakom.

riž. deset. Prozoren toplotnoizolacijski sistem z prezračevano zračno režo

Druga zračna reža je ob steni stavbe in služi za prenos sončne energije v ovoj stavbe. Ta zasnova bo omogočila uporabo sončne energije po celotni površini stavbe v dnevnem času, poleg tega pa bo zagotovila učinkovito akumulacijo sončne energije, saj celotna prostornina sten stavbe deluje kot baterija.

V sistemu je mogoče uporabiti tudi tradicionalno toplotno izolacijo. V tem primeru lahko zemeljski toplotni izmenjevalec služi kot vir toplotne energije, kot je prikazano na sl. enajst.

riž. enajst. Toplotnoizolacijski sistem z zemeljskim toplotnim izmenjevalnikom

Kot drugo možnost se lahko v ta namen predlagajo prezračevalne emisije stavbe. V tem primeru je za preprečitev kondenzacije vlage v vmesnem sloju potrebno odstranjen zrak spustiti skozi toplotni izmenjevalnik, zunanji zrak, ki se segreje v toplotnem izmenjevalniku, pa je treba vnesti v vmesni sloj. Iz vmesnega sloja lahko zrak vstopi v prostor za prezračevanje. Zrak se segreje, prehaja skozi talni toplotni izmenjevalnik in svojo energijo odda ovoju stavbe.

Bistveni element toplotnoizolacijskega sistema mora biti avtomatski sistem upravljanje s svojimi lastnostmi. Na sl. 12 je blokovni diagram krmilnega sistema. Krmiljenje temelji na analizi informacij senzorjev temperature in vlažnosti s spremembo načina delovanja ali izklopom ventilatorja ter odpiranjem in zapiranjem zračnih loput.

riž. 12. Blok diagram krmilnega sistema

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

Vklopljeno začetna faza delovanje krmilnega sistema (glej sliko 12) na podlagi izmerjenih vrednosti zunanje temperature zraka in v prostorih v krmilni enoti se temperatura v zračni reži izračuna za stacionarno klimatsko napravo. To vrednost primerjamo s temperaturo zraka v sloju južne fasade pri gradnji toplotnoizolacijskega sistema, kot je prikazano na sl. 10, ali v zemeljskem izmenjevalniku toplote - z zasnovo toplotnoizolacijskega sistema, kot je na sl. 11. Če je vrednost izračunane temperature večja ali enaka izmerjeni, ventilator ostane izklopljen, zračne lopute v vmesnem sloju pa so zaprte.

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

Če je vrednost izračunane temperature manjša 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 vlažnosti zraka v vmesnem sloju. Če se vlaga približa kondenzacijski točki, se odpre loputa, ki povezuje zračno režo z zunanjim zrakom, kar preprečuje kondenzacijo vlage na površini sten reže.

Tako vam predlagani toplotnoizolacijski sistem omogoča dejansko nadzor toplotnih lastnosti.

TESTIRANJE POSTAVITEV TOPLOTNO IZOLACIJSKEGA SISTEMA Z NADZOROVANO TOPLOTNO IZOLACIJO Z UPORABO PREZRAČEVALNIH EMISIJ STAVBE

Shema eksperimenta je prikazana na sl. 14. Postavitev toplotnoizolacijskega sistema se montira na opečno steno prostora v zgornjem delu jaška dvigala. Model je sestavljen iz toplotne izolacije, ki je paroodporna toplotnoizolacijska plošča (ena površina je aluminij debeline 1,5 mm, druga je aluminijasta folija), napolnjena s poliuretansko peno debeline 3,0 cm s koeficientom toplotne prevodnosti 0,03 W / (m 2 × о С). Odpornost plošče na prenos toplote - 1,0 m 2 × о С / W, zid- 0,6 m 2 × о С / W. Med toplotnoizolacijskimi ploščami in površino ovoja stavbe - zračna reža debeline 5 cm Za namen določitve temperaturni režimi in gibanja toplotnega toka skozi ogradno konstrukcijo, vanjo so bili nameščeni senzorji temperature in toplotnega toka.

riž. štirinajst. Shema eksperimentalnega sistema z nadzorovano toplotno izolacijo

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

Dodatna energija v notranjosti plasti se oskrbuje z zrakom, odvzetim na izhodu iz sistema za rekuperacijo toplote prezračevalnih emisij stavbe. Prezračevalne emisije so bile odvzete iz izpusta prezračevalnega jaška stavbe Državnega podjetja "Inštitut NIPTIS im. Ataeva S.S.«so dovajali na prvi vhod rekuperatorja (glej sliko 15a). Zrak je bil doveden v drugi dovod rekuperatorja iz prezračevalne plasti, iz drugega izhoda rekuperatorja pa spet v prezračevalni sloj. Zrak iz prezračevalnih emisij se ne sme dovajati neposredno v zračno režo zaradi nevarnosti kondenzacije vlage v njej. Zato so prezračevalne emisije stavbe najprej šle skozi toplotni izmenjevalnik-rekuperator, katerega drugi dovod je bil dovajan z zrakom iz vmesnega sloja. V rekuperatorju se je segreval in s pomočjo ventilatorja dovajal v zračno plast prezračevalnega sistema skozi prirobnico, nameščeno v spodnjem delu toplotnoizolacijske plošče. Skozi drugo prirobnico v zgornjem delu toplotne izolacije je bil iz plošče odstranjen zrak in zaprt cikel njegovega gibanja na drugem vstopu v toplotni izmenjevalnik. V procesu dela se registracija informacij, ki prihajajo iz senzorjev temperature in toplotnega pretoka, nameščenih po shemi na sl. štirinajst.

Za krmiljenje načinov delovanja ventilatorjev ter beleženje in beleženje parametrov poskusa je bila uporabljena posebna enota za krmiljenje in obdelavo podatkov.

Na sl. 16 prikazuje grafe temperaturnih sprememb: zunanji zrak, notranji zrak in zrak notri različni deli vmesne plasti. Od 7.00 do 13.00 sistem preide v stacionarni način delovanja. Razlika med temperaturo na vstopu zraka v vmesni sloj (senzor 6) in temperaturo na izstopu iz njega (senzor 5) je bila približno 3 °C, kar kaže na porabo energije iz prehajajočega zraka.

riž. 16. Temperaturni grafikoni: a - zunanji in notranji zrak;b - zrak v različnih delih plasti

Na sl. 17 prikazuje grafe časovne odvisnosti temperature površin stene in toplotne izolacije ter temperature in toplotnega toka skozi ograjo stavbe. Na sl. 17b jasno kaže zmanjšanje toplotnega toka iz prostora po dovajanju ogrevanega zraka v prezračevalni sloj.

riž. 17. Časovni grafikoni: a - temperature površin stene in toplotne izolacije;b - temperatura in toplotni tok skozi ograjeno površino stavbe

Eksperimentalni rezultati, ki so jih pridobili avtorji, potrjujejo možnost nadzora lastnosti toplotne izolacije s prezračevanim slojem.

ZAKLJUČEK

1 Pomemben element energetsko učinkovitih zgradb je lupina. Glavne smeri razvoja zmanjševanja toplotnih izgub stavb skozi ogradne konstrukcije so povezane z aktivno toplotno izolacijo, ko ima ograjena konstrukcija pomembno vlogo pri oblikovanju parametrov notranjega okolja prostorov. Najbolj očiten primer je ovoj stavbe z zračno režo.

2 Avtorji so predlagali zasnovo toplotne izolacije z zaprto zračno režo med toplotno izolacijo in steno objekta. Da bi preprečili kondenzacijo vlage v zračni plasti brez zmanjšanja toplotnoizolacijskih lastnosti, se upošteva možnost uporabe paroprepustnih vložkov pri 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, je mogoče opustiti paroprepustne vložke. V drugih primerih je lahko površina paroprepustnih vložkov zanemarljiva glede na površino stene, ki jo je treba izolirati.

3 Razvita je bila metoda za izračun toplotnih lastnosti in načrtovanje toplotnoizolacijskega sistema z nadzorovanimi toplotnimi lastnostmi. Konstrukcija je zasnovana kot sistem s prezračevano zračno režo med dvema slojema toplotne izolacije. Pri premikanju v zračni plasti s temperaturo, višjo kot na ustrezni točki stene s konvencionalnim toplotnoizolacijskim sistemom, se vrednost temperaturnega gradienta v toplotnoizolacijskem sloju od stene do plasti zmanjša v primerjavi s toplotno izolacijo brez vmesnega sloja, ki zmanjša toplotne izgube iz stavbe skozi steno. Kot energijo za dvig temperature črpanega zraka je mogoče uporabiti toploto tal pod stavbo, z uporabo talnega toplotnega izmenjevalca ali sončne energije. Razvite so metode za izračun značilnosti takega sistema. Eksperimentalna potrditev realnosti uporabe toplotnoizolacijskega sistema z nadzorovano značilnosti toplotne tehnike za zgradbe.

BIBLIOGRAFIJA

1. Bogoslovsky, VN Gradbena toplotna fizika / VN Bogoslovsky. - SPb .: AVOK-Severozahod, 2006. - 400 str.

2. Izolacijski sistemi stavb: TKP.

4. Projektiranje in izvedba toplotnoizolacijskega sistema s prezračevano zračno režo na osnovi troslojnih fasadnih plošč: Р 1.04.032.07. - Minsk, 2007 .-- 117 str.

5. Danilevsky, LN O vprašanju zmanjšanja stopnje toplotnih izgub 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, Inovativni Gebaudehullen, Warmetechnik, 9, 1997. P. 510-514.

9. Pasivna hiša kot prilagodljiv sistem za vzdrževanje življenja: povzetki mednarodne konference. znanstveno in tehnično konf. “Od termične prenove stavb – do pasivna hiša... Težave in rešitve "/ LN Danilevsky. - Minsk, 1996. - S. 32–34.

10. Toplotna izolacija z nadzorovanimi lastnostmi za objekte z nizko stopnjo toplotnih izgub: Sab. tr. / Državno podjetje "Inštitut NIPTIS po S. Ataeva"; L.N.Danilevsky. - Minsk, 1998. - S. 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, OG Prosta konvektivna izmenjava toplote. Referenčna knjiga / O. G. Martynenko, Yu. A. Sokovišin. - Minsk: Znanost in tehnika, 1982 .-- 400 str.

13. Mikheev, MA Osnove prenosa toplote / MA Mikheev, IM Mikheeva. - M .: Energija, 1977 .-- 321 str.

14. Zunanja prezračevana ograja stavbe: US Pat. 010822 Evraz. Patentni urad, IPC (2006.01) E04B 2/28, E04B 1/70 / L.N.Danilevsky; prijavitelj SE "Inštitut NIPTIS im Ataeva S. S." - št. 20060978; izrečeno 10/05/2006; publ. 30.12.2008 // Byull. Evrazijski patentni urad. - 2008. - Št. 6.

15. Zunanja prezračevana ograja stavbe: US Pat. 11343 Rep. Belorusija, IPC (2006) E04B1 / 70, E04B2 / 28 / L.N.Danilevsky; prijavitelj SE "Inštitut NIPTIS im Ataeva S. S." - št. 20060978; izjavil 10/05/2006; publ. 30.12.2008 // Afitsyiny bul. / Nat. središče intelektualnega. ulasnastsi. - 2008.

Prenos toplote in vlage skozi zunanje ograje

Osnove prenosa toplote v stavbi

Prenos toplote vedno poteka iz toplejšega okolja v hladnejše. Imenuje se proces prenosa toplote z ene točke v prostoru na drugo zaradi temperaturne razlike prenos toplote in je skupen, saj vključuje tri osnovne vrste prenosa toplote: toplotna prevodnost (prevodnost), konvekcija in sevanje... tako, potencial prenos toplote je temperaturna razlika.

Toplotna prevodnost

Toplotna prevodnost- vrsta prenosa toplote med nepremičnimi delci trdne, tekoče ali plinaste snovi. Tako je toplotna prevodnost izmenjava toplote med delci ali elementi strukture materialnega okolja, ki so v neposrednem stiku drug z drugim. Pri preučevanju toplotne prevodnosti se snov obravnava kot trdna masa, njena molekularna struktura je prezrta. V svoji čisti obliki je toplotna prevodnost le v trdnih snoveh, saj je skoraj nemogoče zagotoviti nepremičnost snovi v tekočem in plinastem mediju.

Večina gradbenih materialov je porozna telesa... Pore ​​vsebujejo zrak, ki se lahko premika, torej prenaša toploto s konvekcijo. Menijo, da je konvektivno komponento toplotne prevodnosti gradbenih materialov mogoče zanemariti zaradi svoje majhnosti. Prenos sevalne toplote poteka znotraj pore med površinami njenih sten. Prenos toplote s sevanjem v porah materialov je v glavnem določen z velikostjo por, saj večja kot je pora, večja je temperaturna razlika na njenih stenah. Ko upoštevamo toplotno prevodnost, se značilnosti tega procesa nanašajo na celotno maso snovi: okostje in pore skupaj.

Ovoj stavbe je praviloma ravno vzporedne stene, prenos toplote v katerem se izvaja v eni smeri. Poleg tega običajno pri toplotnotehnični izračuni zunanjih ogradnih konstrukcij, se domneva, da pride do prenosa toplote, ko stacionarni toplotni pogoji, torej s časovno stalnostjo vseh značilnosti procesa: toplotnega toka, temperature na vsaki točki, toplotnofizikalnih lastnosti gradbenih materialov. Zato je pomembno upoštevati enodimenzionalni stacionarni proces toplotne prevodnosti v homogenem materialu, ki ga opisuje Fourierjeva enačba:

kje q T - gostota površinskega toplotnega toka ki poteka skozi pravokotno ravnino toplotni tok, W / m 2;

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

t- spreminjanje temperature vzdolž osi x, оС;

Odnos se imenuje temperaturni gradient, о С / m, in je označen grad t... Temperaturni gradient je usmerjen v zvišanje temperature, kar je povezano z absorpcijo toplote in zmanjšanjem toplotnega toka. Predznak 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 toplotne prevodnosti materiala, ki je številčno enaka toplotnemu toku, ki poteka skozi 1 m 2 površine, pravokotno na smer toka, z temperaturni gradient vzdolž toka enak 1 o C / m (slika 1). Kako večjo vrednostλ, bolj intenziven je proces toplotne prevodnosti v takem materialu, večji je toplotni tok. Zato se materiali s toplotno prevodnostjo manj kot 0,3 W / m štejejo za toplotnoizolacijske materiale. o S.

izoterme; - ------ - toplotni tok.

Sprememba toplotne prevodnosti gradbenih materialov s spremembo njihove gostota nastane zaradi dejstva, da skoraj vsak gradbeni material obsega okostje- glavna gradbena snov in zrak. K.F. Fokin na primer daje naslednje podatke: toplotna prevodnost absolutno goste snovi (brez por), odvisno od narave, ima toplotno prevodnost od 0,1 W / mo C (za plastiko) do 14 W / mo C (za kristalno snovi s toplotnim tokom vzdolž kristalne površine), medtem ko ima zrak toplotno prevodnost približno 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 razlike v toplotni prevodnosti materialov, tudi z enako gostoto. Na primer, naslednji materiali (tabela 1) pri isti gostoti, ρ 0 = 1800 kg / m 3, imajo različne vrednosti toplotne prevodnosti:

Tabela 1.

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

Z zmanjšanjem gostote materiala se njegova toplotna prevodnost l zmanjša, saj se vpliv prevodne komponente toplotne prevodnosti materialnega skeleta zmanjša, vendar se vpliv sevalne komponente poveča. Zato zmanjšanje gostote pod določeno vrednost vodi do povečanja toplotne prevodnosti. To pomeni, da obstaja določena vrednost gostote, pri kateri ima toplotna prevodnost minimalno vrednost. Obstajajo ocene, da je pri 20 ° C v porah s premerom 1 mm toplotna prevodnost zaradi sevanja 0,0007 W / (m ° C), s premerom 2 mm - 0,0014 W / (m ° C) itd. Tako postane toplotna prevodnost zaradi sevanja pomembna pri toplotnoizolacijskih materialov z nizko gostoto in znatnimi velikostmi por.

Toplotna prevodnost materiala se povečuje z naraščanjem temperature, pri kateri pride do prenosa toplote. Povečanje toplotne prevodnosti materialov je razloženo s povečanjem kinetične energije molekul skeleta snovi. Povečata se tudi toplotna prevodnost zraka v porah materiala in intenzivnost prenosa toplote s sevanjem. V gradbeni praksi je odvisnost toplotne prevodnosti od temperature velikega pomena ni treba preračunati vrednosti toplotne prevodnosti materialov, pridobljenih pri temperaturah do 100 ° C, na njihove vrednosti pri 0 ° C, empirična formula O.E. Vlasova:

λ о = 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 okoli C;

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

t je temperatura materiala, pri kateri je njegov koeficient toplotne prevodnosti 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 se imenuje toplotna odpornost sloja materiala in navedeno R T, m 2.o С / W:

Slika 2. Porazdelitev temperature v ravni homogeni steni

Zato je toplotni tok q T, W / m 2, skozi enakomerno ravnino vzporedno debelino stene δ , m, iz materiala s toplotno prevodnostjo λ, W / m. o C lahko zapišemo kot

Toplotni upor sloja je upor toplotne prevodnosti, ki je enak temperaturni razliki na nasprotnih površinah plasti, ko skozi njo prehaja 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 poteka samo v tekočih in plinastih snoveh, pa tudi med tekočim ali plinastim medijem in površino trdne snovi. V tem primeru pride do prenosa toplote in toplotne prevodnosti. Kombinirani učinek konvekcije in toplotne prevodnosti v mejnem območju na površini se imenuje konvektivni prenos toplote.

Konvekcija poteka na zunanji in notranji površini ograj stavbe. Konvekcija igra bistveno vlogo pri izmenjavi toplote notranjih površin prostora. Ob različne pomene temperature površine in zraka ob njej, pride do prehoda toplote proti nižji temperaturi. Toplotni tok, ki se prenaša s konvekcijo, je odvisen od načina gibanja tekočine ali plina, ki izpira površino, od temperature, gostote in viskoznosti gibljivega medija, od hrapavosti površine, od razlike med temperaturami površine in okolice. srednje.

Proces izmenjave toplote med površino in plinom (ali tekočino) poteka na različne načine, odvisno od narave pojava gibanja plina. Razlikovati naravna in prisilna konvekcija. V prvem primeru se gibanje plina pojavi zaradi razlike v temperaturi površine in plina, v drugem - zaradi zunanjih sil tega procesa (delovanje ventilatorjev, veter).

Prisilna konvekcija v splošni primer lahko spremlja proces naravne konvekcije, a ker je intenzivnost prisilne konvekcije opazno višja od intenzivnosti naravne konvekcije, je pri upoštevanju prisilne konvekcije naravna konvekcija pogosto zanemarjena.

V nadaljevanju bomo obravnavali le stacionarne procese konvektivnega prenosa toplote ob predpostavki, da sta hitrost in temperatura na kateri koli točki zraka konstantni v času. Ker pa se temperatura elementov prostora spreminja precej počasi, je mogoče odvisnosti, pridobljene za stacionarne pogoje, razširiti na proces nestacionarni toplotni pogoji prostora, pri čemer se v vsakem obravnavanem trenutku proces konvektivnega prenosa toplote na notranjih površinah ohišij šteje za mirujočega. Dobljene odvisnosti za stacionarne pogoje je mogoče razširiti tudi na primer nenadne spremembe narave konvekcije iz naravne v prisilno, na primer, ko je vklopljena naprava za recirkulacijo ogrevanja prostora (ventilatorski konvektor ali split sistem v načinu toplotne črpalke). V sobi. Prvič, nov način gibanja zraka se vzpostavi hitro, drugič pa je zahtevana natančnost inženirske ocene procesa prenosa toplote nižja od možnih netočnosti zaradi pomanjkanja korekcije toplotnega toka v prehodnem stanju.

Za inženirsko prakso izračunov za ogrevanje in prezračevanje je pomemben konvektivni prenos toplote med površino ograje ali cevi in ​​zrakom (ali tekočino). V praktičnih izračunih se za oceno konvektivnega toplotnega toka uporabljajo Newtonove enačbe (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 izpira površino stene, о С;

τ - temperatura površine stene, о С;

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

Slika 3 Konvektivna izmenjava toplote stene z zrakom

Koeficient toplotnega prehoda s konvekcijo, a do- fizikalna količina, številčno enaka količini toplote, ki se prenese iz zraka na površino trdne snovi s konvektivnim prenosom toplote, ko je razlika med temperaturo zraka in temperaturo telesne površine enaka 1 o C.

S tem pristopom je vsa zapletenost fizični proces konvektivni prenos toplote je vključen v koeficient prenosa toplote, a do... Seveda je vrednost tega koeficienta funkcija številnih argumentov. Za praktično uporabo so vzete zelo približne vrednosti a do.

Enačbo (2.5) lahko priročno prepišemo kot:

kje R do - odpornost na konvektivni prenos toplote na površini ograjene konstrukcije, m 2. o C / W, ki je enaka temperaturni razliki na površini ograjenega prostora in temperaturi zraka, ko toplotni tok s površinsko gostoto 1 W / m 2 prehaja s površine na zrak ali obratno. Odpor R do je recipročna vrednost koeficienta konvektivnega prenosa toplote a do:

sevanje

Sevanje (sevalni prenos toplote) je prenos toplote s površine na površino skozi sevalni medij z elektromagnetnimi valovi, ki se pretvarjajo v toploto (slika 4).

Slika 4. Prenos sevalne toplote med dvema površinama

Vsako fizično telo s temperaturo, ki ni absolutna nič, oddaja energijo v okoliški prostor v obliki elektromagnetnih valov. Za lastnosti elektromagnetnega sevanja je značilna njihova valovna dolžina. Sevanje, ki se zaznava kot toplotno in ima valovne dolžine v območju od 0,76 do 50 mikronov, se imenuje infrardeče.

Na primer, sevalni prenos toplote se pojavi med notranjimi površinami, med zunanjimi površinami različne zgradbe, površine zemlje in neba. Pomembna je sevalna izmenjava toplote med notranjimi površinami prostorskih ograj in površino. grelec... V vseh teh primerih je sevalni medij, ki prenaša toplotne valove, zrak.

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

, (2.9)

kjer sta τ 1 in τ 2 temperaturni vrednosti površin, ki izmenjujejo sevalno toploto, približno C;

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

koeficient prenosa toplote sevanja, a l- fizikalna količina, ki je številčno enaka količini toplote, ki se prenese z ene površine na drugo s sevanjem z razliko med temperaturo površin, ki je enaka 1 o C.

Predstavimo koncept odpornost proti sevalnemu prenosu toplote R l na površini ograjene konstrukcije, m 2. o C / W, enaka temperaturni razliki na površinah ograjenih prostorov, ki izmenjujejo sevalno toploto, ko toplotni tok s površinsko gostoto 1 W / m 2 prehaja s površine na površina.

Nato lahko enačbo (2.8) prepišemo kot:

Odpor R l je recipročna vrednost koeficienta prehoda toplote sevanja a l:

Toplotna odpornost zračne reže

Za doslednost, odpornost na prenos toplote zaprte zračne plasti ki se nahajajo med plastmi ovoja stavbe se imenujejo toplotna odpornost R c. p, m 2.o С / W.

Shema prenosa toplote skozi zračno režo je prikazana na sliki 5.

Slika 5. Prenos toplote v zračni reži

Toplotni tok skozi zračno režo q c. NS, W / m 2, je vsota tokov, 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 c. n = q t + q k + q l . (2.12)

V tem primeru je delež toka, ki ga prenaša sevanje, največji. Poglejmo zaprto navpično zračno režo, na površinah katere je temperaturna razlika 5 o C. S povečanjem debeline plasti z 10 mm na 200 mm se delež toplotnega toka zaradi sevanja poveča s 60 % na 80 %. V tem primeru se delež toplote, prenesene s toplotno prevodnostjo, zmanjša 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 odpornosti zaprtih zračnih plasti, ki jih je v 50. letih dvajsetega stoletja zbral K.F. Fokin na podlagi rezultatov poskusov M.A. Mihejeva. Če je na eni ali obeh površinah zračne reže toplotnoodbojna aluminijasta folija, ki ovira prenos sevalne toplote med površinami, ki uokvirujejo zračno režo, je treba toplotni upor podvojiti. Za povečanje toplotne odpornosti pri zaprtih zračnih prostorih je priporočljivo upoštevati naslednje ugotovitve raziskave:

1) tanke plasti so učinkovite v toplotni tehniki;

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

3) zračne plasti je priporočljivo namestiti bližje zunanji površini ograje, saj to pozimi zmanjša toplotni tok s sevanjem;

4) navpične plasti v zunanjih stenah morajo biti blokirane z vodoravnimi diafragmami na ravni medetažnih tal;

5) za zmanjšanje toplotnega toka, ki ga prenaša sevanje, lahko pokrijemo eno od površin vmesnega sloja aluminijasta folija z emisijsko sposobnostjo približno ε = 0,05. Oblaganje obeh površin zračne reže s folijo praktično ne zmanjša prenosa toplote v primerjavi s premazom ene površine.

Vprašanja za samokontrolo

1. Kakšen je potencial za prenos toplote?

2. Naštej osnovne vrste prenosa toplote.

3. Kaj je prenos toplote?

4. Kaj je toplotna prevodnost?

5. Kakšen je koeficient toplotne prevodnosti materiala?

6. Napišite formulo za toplotni tok, ki se prenaša s toplotno prevodnostjo v večplastni steni pri znanih temperaturah notranjih t in in zunanjih t n površin.

7. Kaj je toplotna upornost?

8. Kaj je konvekcija?

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

10. Fizikalni pomen koeficienta konvektivnega toplotnega prehoda.

11. Kaj je sevanje?

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

13. Fizikalni pomen sevalnega toplotnega koeficienta.

14. Kako se imenuje upor proti prenosu toplote zaprte zračne reže v ovoju stavbe?

15. Iz kakšne vrste toplotnega toka je sestavljen celoten toplotni tok skozi zračno režo?

16. Kakšen toplotni tok prevladuje v toplotni tok skozi zračno režo?

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

18. Kako zmanjšati toplotni tok skozi zračno režo?

.
1.3 Gradnja kot enoten energetski sistem.
2. Prenos toplote in vlage skozi zunanje ograje.
2.1 Osnove prenosa toplote v stavbi.
2.1.1 Toplotna prevodnost.
2.1.2 Konvekcija.
2.1.3 Sevanje.
2.1.4 Toplotni upor zračne reže.
2.1.5 Koeficienti prenosa toplote na notranji in zunanji površini.
2.1.6 Prenos toplote skozi večplastno steno.
2.1.7 Zmanjšana odpornost na prenos toplote.
2.1.8 Porazdelitev temperature po prerezu ograje.
2.2 Vlažnostni režim ograjenih konstrukcij.
2.2.1 Razlogi za pojav vlage v ograjah.
2.2.2 Negativni učinki močenja zunanjih ograj.
2.2.3 Razmerje med vlago in gradbenimi materiali.
2.2.4 Vlažen zrak.
2.2.5 Vlaga materiala.
2.2.6 Sorpcija in desorpcija.
2.2.7 Paroprepustnost ograj.
2.3 Zračna prepustnost zunanjih ograj.
2.3.1 Osnovne določbe.
2.3.2 Razlika v tlaku na zunanji in notranji površini ograj.
2.3.3 Zračna prepustnost gradbenih materialov.

2.1.4 Toplotni upor zračne reže.

Za doslednost, odpornost na prenos toplote zaprte zračne plasti ki se nahajajo med plastmi ovoja stavbe se imenujejo toplotna odpornost R vp, m². ºС / W.
Shema prenosa toplote skozi zračno režo je prikazana na sliki 5.

Slika 5. Prenos toplote v zračni reži.