Luftspaltens tykkelse. Luftens varmeledningsevne afhængig af temperatur og tryk. Diagrammer over varmeledende indeslutninger i omsluttende strukturer

Varmeoverførsel gennem en luftspalte med en temperaturforskel på dens modstående overflader sker ved konvektion, stråling og termisk ledningsevne (fig. 1.12).

Den termiske ledningsevne af stillestående luft er meget lille, og hvis luften i luftspalterne var i ro, ville deres termiske modstand være meget høj. I virkeligheden bevæger luft sig altid i luftlagene i omsluttende strukturer, for eksempel på den varmere overflade af de lodrette lag bevæger den sig opad, og på den kolde overflade bevæger den sig ned. I lag med luft i bevægelse er mængden af ​​varme, der overføres ved ledning, meget lille sammenlignet med varmeoverførsel ved konvektion.

Når tykkelsen af ​​luftlaget øges, øges mængden af ​​varme, der overføres ved konvektion, da luftstrømmenes friktionspåvirkning på væggene aftager. I lyset af dette er der for luftlag ingen direkte proportionalitet, karakteristisk for faste materialer, mellem en stigning i lagets tykkelse og værdien af ​​dets termiske modstand.

Når varme overføres ved konvektion fra en varmere overflade af luftlaget til en koldere, overvindes modstanden af ​​de to grænselag af luft, der støder op til disse overflader, derfor værdien af ​​den koefficient, der kunne tages for fri konvektion ved enhver overfladen halveres.

Mængden af ​​strålevarme, der overføres fra en varmere overflade til en køligere, afhænger ikke af tykkelsen af ​​luftlaget; som tidligere nævnt bestemmes det af overfladernes emissivitet og forskellen proportional med deres fjerde potens absolutte temperaturer (1.3).

Generelt kan varmestrømmen Q, der overføres gennem luftspalten, udtrykkes som følger:

hvor a k er varmeoverførselskoefficienten for fri konvektion; δ - lagtykkelse, m; λ - varmeledningskoefficient for luft i mellemlaget, kcal m h/grad; α l - varmeoverførselskoefficient på grund af stråling.

Baseret eksperimentel forskning Værdien af ​​luftlagets varmeoverførselskoefficient fortolkes normalt som forårsaget af varmeudveksling, der sker gennem konvektion og termisk ledning:

men afhængigt overvejende af konvektion (her er λ eq den betingede ækvivalente varmeledningsevne af luften i mellemlaget); så, ved en konstant værdi på Δt, vil den termiske modstand af luftgabet R v.p være:
Fænomenerne med konvektiv varmeoverførsel i luftlag afhænger af deres geometrisk form, størrelse og retning af varmestrømmen; egenskaberne ved denne varmeveksling kan udtrykkes ved værdien af ​​den dimensionsløse konvektionskoefficient ε, som repræsenterer forholdet mellem ækvivalent termisk ledningsevne og termisk ledningsevne af stationær luft ε = λ eq / λ.

Ved generalisering ved hjælp af lighedsteori stor mængde eksperimentelle data M.A. Mikheev fastslog afhængigheden af ​​konvektionskoefficienten af ​​produktet af Grashof- og Prandtl-kriterierne, dvs.

Varmeoverførselskoefficienter α til ", opnået fra udtrykket

fastlagt på basis af denne afhængighed ved t av = +10°, er givet for temperaturforskellen på mellemlagets overflader, Δt = 10° i tabel. 1.6.

Relativt små værdier af varmeoverførselskoefficienter gennem vandrette lag under varmestrøm fra top til bund (for eksempel i kældergulve i opvarmede bygninger) forklares af den lave mobilitet af luft i sådanne lag; mest varm luft er koncentreret ved den mere opvarmede øvre overflade af laget, hvilket komplicerer konvektiv varmeoverførsel.

Mængden af ​​varmeoverførsel ved stråling α l, bestemt på basis af formel (1.12), afhænger af emissivitetskoefficienterne og temperaturen; for at opnå α l i flade forlængede mellemlag er det nok at gange den givne gensidige bestrålingskoefficient C" med den tilsvarende temperaturkoefficient accepteret i henhold til tabel 1.7.

Så for eksempel med C "= 4,2 og mellemlagets gennemsnitlige temperatur lig med 0°, opnår vi α l = 4,2 0,81 = 3,4 kcal/m 2 h grader.

Under sommerforhold stiger værdien af ​​α l, og mellemlagenes termiske modstand falder. Om vinteren, for lag placeret i den ydre del af strukturer, observeres det modsatte fænomen.

Til brug i praktiske beregninger giver normerne for bygningsvarmeteknik til omsluttende strukturer SNiP værdierne for termiske modstande af lukkede luftlag

angivet i tabellen. 1.8.

Rv.pr-værdierne i tabellen svarer til en temperaturforskel på overfladerne af mellemlagene på 10°. Med en temperaturforskel på 8° ganges værdien af ​​Rv.pr med en faktor på 1,05 og med en forskel på 6° - med 1,10.

De givne data om termisk modstand refererer til lukkede flade luftlag. Med lukkede mener vi luftlag begrænset af uigennemtrængelige materialer, isoleret fra indtrængning af luft udefra.

Da porøse byggematerialer er åndbare, kan der for eksempel luftspalter ind strukturelle elementer lavet af tæt beton eller andre tætte materialer, der praktisk talt ikke tillader luft at passere igennem ved de trykforskelværdier, der er typiske for bygninger i brug.

Eksperimentelle undersøgelser viser, at den termiske modstand af luftlag i murværk falder med cirka det halve sammenlignet med værdierne angivet i tabellen. 1.8. Hvis fugerne mellem mursten er utilstrækkeligt fyldt med mørtel (for eksempel ved udførelse af arbejde under vinterforhold), kan murværkets luftgennemtrængelighed øges, og luftlagenes termiske modstand kan nærme sig nul. Tilstrækkelig beskyttelse af strukturer med luftspalter mod luftindtrængning er absolut nødvendig for at sikre de nødvendige termofysiske egenskaber af omsluttende strukturer.

Nogle gange i beton el keramiske blokke giver rektangulære hulrum af kort længde, der ofte nærmer sig en firkantet form. I sådanne hulrum øges overførslen af ​​strålevarme på grund af yderligere stråling fra sidevæggene. Stigningen i værdien af ​​α l er ubetydelig, når forholdet mellem lagets længde og dets tykkelse er lig med 3:1 eller mere; i kvadratiske eller runde hulrum når denne stigning op på 20 %. Den ækvivalente koefficient for termisk ledningsevne, under hensyntagen til overførsel af varme ved konvektion og stråling i kvadratiske og runde hulrum af betydelig størrelse (70-100 mm), stiger betydeligt, og derfor er brugen af ​​sådanne hulrum i materialer med begrænset termisk ledningsevne ( 0,50 kcal/m t grader og mindre) giver ikke mening ud fra termofysikkens synspunkt. Brugen af ​​firkantede eller runde hulrum af den specificerede størrelse i tunge betonprodukter har hovedsageligt økonomisk betydning(vægttab); denne værdi går tabt for produkter fremstillet af lys og cellebeton, da brugen af ​​sådanne hulrum kan føre til et fald i den termiske modstand af omsluttende strukturer.

I modsætning hertil er det tilrådeligt at bruge flade tynde luftlag, især når de er arrangeret i flere rækker forskudt (fig. 1.13). Når du placerer luftlag i en enkelt række, er det mere effektivt at placere dem i den ydre del af strukturen (hvis dens lufttæthed er sikret), da den termiske modstand af sådanne lag er kold periodeår stiger.

Brugen af ​​luftlag i isolerede kældergulve over kolde undergrunde er mere rationel end i ydervægge, da varmeoverførsel ved konvektion i de vandrette lag af disse strukturer reduceres betydeligt.

Den termofysiske effektivitet af luftlag under sommerforhold (beskyttelse mod overophedning af lokaler) er reduceret i forhold til den kolde periode af året; denne effektivitet øges dog ved brug af mellemlag ventileret om natten med udeluft.

Ved design er det nyttigt at huske på, at omsluttende strukturer med luftspalter har mindre fugtinerti sammenlignet med solide. Under tørre forhold udsættes strukturer med luftspalter (ventilerede og lukkede) hurtigt for naturlig tørring og opnå yderligere varmebeskyttende egenskaber på grund af materialets lave fugtindhold; i våde områder tværtimod kan strukturer med lukkede lag blive meget vandlidende, hvilket er forbundet med et tab af termofysiske egenskaber og sandsynligheden for deres for tidlige ødelæggelse.

Fra den tidligere præsentation var det tydeligt, at overførsel af varme gennem luftlag i høj grad afhænger af stråling. Brugen af ​​reflekterende isolering med begrænset holdbarhed (aluminiumsfolie, maling osv.) til at øge den termiske modstand af luftspalter kan dog kun være praktisk i tørre bygningskonstruktioner med begrænset levetid; i tørre permanente bygninger er den ekstra effekt af reflekterende isolering også nyttig, men det skal tages i betragtning, at selv med tab af dets reflekterende egenskaber, skal strukturernes termofysiske egenskaber ikke være mindre end dem, der kræves for at sikre normal drift af strukturerne.

I sten og betonkonstruktioner med høj startfugtighed (såvel som i fugtige rum) mister brugen af ​​aluminiumsfolie sin betydning, da dens reflekterende egenskaber hurtigt kan forringes på grund af korrosion af aluminium i et fugtigt alkalisk miljø. Anvendelsen af ​​reflekterende isolering er mest effektiv i vandrette lukkede luftrum, når varmestrømmen ledes fra top til bund (kældergulve osv.), dvs. i det tilfælde, hvor der næsten ikke er konvektion, og varmeoverførslen hovedsageligt sker ved stråling.

Det er nok kun at dække en af ​​luftlagets overflader med reflekterende isolering (den varmere, som er relativt garanteret mod lejlighedsvis forekomst af kondens, hvilket hurtigt forringer isoleringens reflekterende egenskaber).

Forslag, der nogle gange opstår om den termofysiske gennemførlighed af at adskille luftlag efter tykkelse med skærme lavet af tynd aluminiumsfolie for kraftigt at reducere strømningen af ​​strålevarme, kan ikke bruges til at omslutte strukturer af permanente bygninger, da den lave driftssikkerhed af en sådan termisk beskyttelse svarer ikke til den krævede holdbarhed af disse bygningers strukturer.

Den beregnede værdi af luftlagets termiske modstand med reflekterende isolering på en varmere overflade er tilnærmelsesvis fordoblet i forhold til de værdier, der er angivet i tabellen. 1.8.

I de sydlige regioner er strukturer med luftspalter ret effektive til at beskytte lokaler mod overophedning; Brugen af ​​reflekterende isolering bliver særligt meningsfuld under disse forhold, da den overvejende del af varmen overføres i den varme årstid ved stråling. For at øge hegns varmeisolerende egenskaber og reducere deres vægt, er det tilrådeligt at afskærme ydervægge bygninger i flere etager reflekterende holdbare finish (for eksempel polerede aluminiumsplader), så der er en luftspalte under skærmene, hvis anden overflade er dækket af maling eller anden økonomisk reflekterende isolering.

Øget konvektion i luftrum (for eksempel på grund af aktiv ventilation af dem med udeluft, der kommer fra skyggefulde, grønne og vandede områder af det tilstødende territorium) bliver til en positiv termofysisk proces om sommeren, i modsætning til vinterforhold, når denne type varmeoverførsel i de fleste tilfælde er fuldstændig uønsket.

Varme- og fugtoverførsel gennem udvendige hegn

Grundlæggende om varmeoverførsel i en bygning

Varme bevæger sig altid fra et varmere miljø til et koldere. Processen med at overføre varme fra et punkt i rummet til et andet på grund af en temperaturforskel kaldes varmeoverførsel og er kollektiv, da den omfatter tre elementære typer varmeveksling: termisk ledningsevne (ledning), konvektion og stråling. Dermed, potentiel varmeoverførsel er temperaturforskel.

Varmeledningsevne

Varmeledningsevne- en type varmeoverførsel mellem stationære partikler af et fast, flydende eller gasformigt stof. Termisk ledningsevne er således varmeudvekslingen mellem partikler eller strukturelle elementer i det materielle miljø, der er i direkte kontakt med hinanden. Når man studerer termisk ledningsevne, betragtes et stof som en fast masse, dets molekylære struktur ignoreres. I sin rene form forekommer termisk ledningsevne kun i faste stoffer, da det i flydende og gasformige medier er næsten umuligt at sikre et stofs immobilitet.

De fleste byggematerialer er porøse kroppe. Porerne indeholder luft, der har evnen til at bevæge sig, det vil sige overføre varme ved konvektion. Det antages, at den konvektive komponent af varmeledningsevnen af ​​byggematerialer kan forsømmes på grund af dens lillehed. Inde i poren sker der strålevarmeudveksling mellem overfladerne af dens vægge. Overførslen af ​​varme ved stråling i materialernes porer bestemmes hovedsageligt af porernes størrelse, fordi jo større pore, jo større er temperaturforskellen over dens vægge. Når man overvejer termisk ledningsevne, er egenskaberne ved denne proces relateret til den samlede masse af stoffet: skelettet og porerne sammen.

Bygningens klimaskærm er normalt planparallelle vægge, hvor varmeoverførslen sker i én retning. Derudover normalt når termotekniske beregninger udvendige omsluttende konstruktioner, antages det, at varmeoverførsel sker, når stationære termiske forhold, det vil sige med alle proceskarakteristika, der er konstante over tid: varmeflow, temperatur på hvert punkt, termofysiske egenskaber af byggematerialer. Derfor er det vigtigt at overveje proces med endimensionel stationær termisk ledningsevne i et homogent materiale, som er beskrevet af Fourier-ligningen:

Hvor q T - overfladevarmefluxtæthed passerer gennem et plan vinkelret på varmeflow, W/m2;

λ - materialets varmeledningsevne, W/m. o C;

t- temperatur varierende langs x-aksen, °C;

Forholdet kaldes temperaturgradient, omkring S/m, og er udpeget grad t. Temperaturgradienten er rettet mod en temperaturstigning, som er forbundet med varmeoptagelse og et fald i varmeflow. Minustegnet i højre side af ligning (2.1) viser, at stigningen i varmestrømmen ikke falder sammen med en stigning i temperaturen.

Termisk ledningsevne λ er en af ​​de vigtigste termiske egenskaber ved et materiale. Som det følger af ligning (2.1), er et materiales termiske ledningsevne et mål for varmeledningsevnen af ​​et materiale, numerisk lig med varmestrømmen, der passerer gennem 1 m 2 areal vinkelret på strømningsretningen, med en temperaturgradient langs strømmen lig med 1 o C/m (fig. 1). Hvordan mere værdiλ, jo mere intens den termiske ledningsevne-proces er i et sådant materiale, jo større er varmestrømmen. Derfor anses termiske isoleringsmaterialer generelt for at være materialer med en varmeledningsevne på mindre end 0,3 W/m. om S.

Isotermer; - ------ - varmestrømningslinjer.

Ændringer i byggematerialers varmeledningsevne med ændringer i deres massefylde opstår på grund af, at næsten ethvert byggemateriale består af skelet- det vigtigste byggemateriale og luft. K.F. Fokin giver følgende data som et eksempel: den termiske ledningsevne af et absolut tæt stof (uden porer), afhængigt af dets natur, har en termisk ledningsevne fra 0,1 W/m o C (for plast) til 14 W/m o C (for krystallinsk) stoffer med varmestrøm langs den krystallinske overflade), mens luft har en termisk ledningsevne på omkring 0,026 W/m o C. Jo højere densitet af materialet (mindre porøsitet), jo større værdi af dets varmeledningsevne. Det er klart, at lette varmeisoleringsmaterialer har en relativt lav densitet.

Forskelle i skelettets porøsitet og varmeledningsevne fører til forskelle i materialers varmeledningsevne, selv med samme densitet. For eksempel, de følgende materialer (tabel 1) ved samme densitet, ρ 0 =1800 kg/m 3, har forskellige varmeledningsevneværdier:

Tabel 1.

Den termiske ledningsevne af materialer med samme densitet er 1800 kg/m 3.

Efterhånden som materialets tæthed falder, falder dets varmeledningsevne l, da påvirkningen af ​​den ledende komponent af materialets termiske ledningsevne af materialets skelettet falder, men påvirkningen af ​​strålingskomponenten øges. Derfor fører et fald i densitet under en vis værdi til en stigning i termisk ledningsevne. Det vil sige, at der er en vis tæthedsværdi, hvor termisk ledningsevne har en minimumsværdi. Der er skøn, at ved 20 o C i porer med en diameter på 1 mm er den termiske ledningsevne ved stråling 0,0007 W/ (m°C), med en diameter på 2 mm - 0,0014 W/ (m°C) osv. Termisk ledningsevne ved stråling bliver således væsentlig for varmeisoleringsmaterialer med lav densitet og store porestørrelser.

Et materiales varmeledningsevne stiger med stigende temperatur, ved hvilken varmeoverførsel sker. Stigningen i materialers varmeledningsevne forklares med en stigning kinetisk energi molekyler af skelettet af et stof. Den termiske ledningsevne af luft i materialets porer øges også, og intensiteten af ​​varmeoverførsel ind i dem ved stråling. I byggepraksis, afhængigheden af ​​termisk ledningsevne på temperaturen af stor betydning Der er ingen grund til at genberegne de termiske ledningsevneværdier for materialer opnået ved temperaturer op til 100 o C til deres værdier ved 0 o C ved hjælp af den empiriske formel O.E. Vlasova:

λ o = λ t / (1+β . t), (2.2)

hvor λ o er materialets varmeledningsevne ved 0 o C;

λ t - materialets varmeledningsevne ved t o C;

β - temperaturændringskoefficient i termisk ledningsevne, 1/o C, for forskellige materialer, lig med ca. 0,0025 1/o C;

t er temperaturen af ​​materialet, ved hvilken dets varmeledningskoefficient er lig med λ t.

For en flad homogen væg med tykkelsen δ (fig. 2) kan varmestrømmen, der overføres af termisk ledningsevne gennem en homogen væg, udtrykkes ved ligningen:

Hvor τ 1 , τ 2- temperaturværdier på vægfladerne, o C.

Af udtryk (2.3) følger, at temperaturfordelingen over vægtykkelsen er lineær. Mængden δ/λ er navngivet termisk modstand af materialelaget og markeret R T, m 2. o C/W:

Fig.2. Temperaturfordeling i en flad homogen væg

Derfor er varmestrømmen q T, W/m 2, gennem en ensartet plan-parallel væg af tykkelse δ , m, fra et materiale med termisk ledningsevne λ, W/m. o C, kan skrives i formen

Et lags termiske modstand er modstanden mod termisk ledningsevne, lig med temperaturforskellen på modsatte overflader af laget, når en varmestrøm med en overfladetæthed på 1 W/m 2 passerer gennem det.

Varmeoverførsel ved termisk ledningsevne finder sted i bygningsskalmens materialelag.

Konvektion

Konvektion- Overførsel af varme ved at flytte stofpartikler. Konvektion forekommer kun i flydende og gasformige stoffer samt mellem et flydende eller gasformigt medium og en overflade solid. I dette tilfælde sker varmeoverførsel gennem termisk ledningsevne. Den kombinerede effekt af konvektion og varmeledning i grænseområdet nær overfladen kaldes konvektiv varmeoverførsel.

Konvektion finder sted på de ydre og indre overflader af bygningsskabe. Konvektion spiller en væsentlig rolle i varmeudvekslingen af ​​indvendige overflader i et rum. På forskellige betydninger temperatur af overfladen og luften ved siden af ​​den, overføres varme til en lavere temperatur. Varmestrømmen, der overføres ved konvektion, afhænger af bevægelsesmåden af ​​væsken eller gassen, der vasker overfladen, af temperaturen, densiteten og viskositeten af ​​det bevægelige medium, af overfladens ruhed, af forskellen mellem overfladens temperatur og det omgivende medium.

Varmeudvekslingsprocessen mellem overfladen og gassen (eller væsken) forløber forskelligt afhængigt af arten af ​​gasbevægelsen. Skelne naturlig og tvungen konvektion. I det første tilfælde opstår bevægelsen af ​​gas på grund af forskellen i temperatur mellem overfladen og gassen, i det andet - på grund af kræfter uden for denne proces (drift af ventilatorer, vind).

I det generelle tilfælde kan tvungen konvektion ledsages af processen med naturlig konvektion, men da intensiteten af ​​tvungen konvektion mærkbart overstiger intensiteten af ​​naturlig konvektion, negligeres naturlig konvektion ofte, når man overvejer tvungen konvektion.

I fremtiden vil kun stationære processer med konvektiv varmeoverførsel blive overvejet, som antager konstant hastighed og temperatur over tid på ethvert punkt i luften. Men da temperaturen af ​​rumelementerne ændrer sig ret langsomt, kan de opnåede afhængigheder for stationære forhold udvides til processen ikke-stationære termiske forhold i rummet, hvor processen med konvektiv varmeudveksling på de indre overflader af hegnene i hvert øjeblik betragtes som stationær. De opnåede afhængigheder for stationære forhold kan også udvides til tilfælde af en pludselig ændring i konvektions karakter fra naturlig til tvungen, for eksempel når en recirkulerende rumvarmeanordning (ventilatorkonvektor eller delt system er tændt i varmepumpe). For det første etableres den nye luftbevægelsestilstand hurtigt, og for det andet er den nødvendige nøjagtighed af den tekniske vurdering af varmeoverførselsprocessen lavere end mulige unøjagtigheder fra manglen på varmestrømskorrektion under overgangstilstanden.

For den tekniske praksis af beregninger for opvarmning og ventilation er konvektiv varmeudveksling mellem overfladen af ​​den omsluttende struktur eller rør og luften (eller væsken) vigtig. I praktiske beregninger bruges Newtons ligninger til at estimere konvektiv varmestrøm (fig. 3):

, (2.6)

Hvor q til- varmestrøm, W, overført ved konvektion fra et medium i bevægelse til overfladen eller omvendt;

t a- temperatur af luften, der vasker overfladen af ​​væggen, o C;

τ - vægoverfladetemperatur, o C;

α til- koefficient for konvektiv varmeoverførsel på vægoverfladen, W/m 2. o C.

Fig.3 Konvektiv varmeveksling mellem væg og luft

Varmeoverførselskoefficient ved konvektion, a til - fysisk mængde, numerisk lig med mængden af ​​varme, der overføres fra luft til overfladen af ​​et fast legeme ved konvektiv varmeveksling med en forskel mellem lufttemperaturen og kropsoverfladetemperaturen lig med 1 o C.

Med denne tilgang, al kompleksiteten fysisk proces konvektiv varmeoverførsel er indeholdt i varmeoverførselskoefficienten, a til. Naturligvis er værdien af ​​denne koefficient en funktion af mange argumenter. Til praktisk brug accepteres meget omtrentlige værdier a til.

Ligning (2.5) kan bekvemt omskrives som:

Hvor R til - modstand mod konvektiv varmeoverførsel på overfladen af ​​den omsluttende konstruktion, m 2. o C/W, svarende til forskellen i temperatur på hegnets overflade og lufttemperaturen under passage af en varmestrøm med en overfladetæthed på 1 W/m 2 fra overfladen til luften eller omvendt. Modstand R til er den reciproke af den konvektive varmeoverførselskoefficient a til:

Stråling

Stråling (strålingsvarmeoverførsel) er overførsel af varme fra overflade til overflade gennem et strålingstransparent medium ved elektromagnetiske bølger, der omdannes til varme (fig. 4).

Fig.4. Strålende varmeudveksling mellem to overflader

Enhver fysisk krop, der har en temperatur forskellig fra det absolutte nulpunkt, udsender energi til det omgivende rum i form af elektromagnetiske bølger. Egenskaberne ved elektromagnetisk stråling er karakteriseret ved bølgelængde. Stråling, der opfattes som termisk og har bølgelængder i intervallet 0,76 - 50 mikron, kaldes infrarød.

For eksempel sker der strålevarmeudveksling mellem overflader, der vender mod et rum, mellem de ydre overflader af forskellige bygninger og mellem jordens og himlens overflader. Strålingsvarmeudveksling mellem de indvendige overflader af rumskabene og overfladen af ​​varmeapparatet er vigtig. I alle disse tilfælde er det strålingsmedium, der transmitterer varmebølger, luft.

I praksis med at beregne varmeflow under strålevarmeoverførsel anvendes en forenklet formel. Intensiteten af ​​varmeoverførsel ved stråling q l, W/m 2, bestemmes af forskellen i temperatur på de overflader, der deltager i strålevarmeoverførsel:

, (2.9)

hvor τ 1 og τ 2 er temperaturværdierne for overflader, der udveksler strålevarme, o C;

α l - koefficient for strålevarmeoverførsel på vægoverfladen, W/m 2. o C.

strålings varmeoverførselskoefficient, en l- en fysisk størrelse numerisk lig med mængden af ​​varme, der overføres fra en overflade til en anden ved stråling, når forskellen mellem overfladetemperaturerne er 1 o C.

Lad os introducere konceptet modstand mod strålevarmeoverførselR l på overfladen af ​​den omsluttende konstruktion, m 2. o C/W, svarende til temperaturforskellen på overfladerne af hegnene, der udveksler strålevarme, når en varmestrøm med en overfladetæthed på 1 W/m 2 passerer fra overflade til overflade.

Så kan ligning (2.8) omskrives som:

Modstand R l er den reciproke af strålingsvarmeoverførselskoefficienten en l:

Termisk modstand af luftlaget

For at bringe ensartethed, varmeoverførselsmodstand lukkede luftspalter placeret mellem lagene af den omsluttende struktur kaldes termisk modstand R ind. p, m 2. o C/W.

Diagrammet over varmeoverførsel gennem luftspalten er vist i fig. 5.

Fig.5. Varmeveksling i luftspalten

Varmestrøm passerer gennem luftspalten q ind. P, W/m2, består af strømninger transmitteret af termisk ledningsevne (2) q t, W/m 2 , konvektion (1) q til, W/m2 og stråling (3) ql, W/m2.

q ind. n =qt +qk +ql . (2.12)

I dette tilfælde er andelen af ​​fluxen, der transmitteres af stråling, den største. Lad os betragte et lukket lodret luftlag, på hvis overflader temperaturforskellen er 5 o C. Med en stigning i lagets tykkelse fra 10 mm til 200 mm stiger andelen af ​​varmestrøm på grund af stråling fra 60 % til 80 %. I dette tilfælde falder andelen af ​​varme, der overføres af termisk ledningsevne fra 38 % til 2 %, og andelen af ​​konvektiv varmestrøm stiger fra 2 % til 20 %.

Direkte beregning af disse komponenter er ret besværlig. Derfor i regulatoriske dokumenter giver data om den termiske modstand af lukkede luftlag, som blev udarbejdet af K.F. Fokin baseret på resultaterne af eksperimenter af M.A. Mikheeva. Hvis der er varmereflekterende aluminiumsfolie på den ene eller begge overflader af luftspalten, som hindrer strålevarmeoverførsel mellem de overflader, der indrammer luftspalten, bør den termiske modstand fordobles. For at øge den termiske modstand af lukkede luftlag anbefales det at huske følgende konklusioner fra forskning:

1) lag med lille tykkelse er effektive med hensyn til varmeteknik;

2) det er mere rationelt at lave flere tynde lag i hegnet end et stort;

3) det er tilrådeligt at placere luftspalterne tættere på den ydre overflade af hegnet, da i dette tilfælde vintertid varmeflux ved stråling falder;

4) lodrette lag i ydervægge skal opdeles med vandrette membraner i niveau med gulvlofter;

5) for at reducere varmefluxen, der transmitteres af stråling, kan en af ​​overfladerne af mellemlaget dækkes med aluminiumsfolie med en emissivitet på ca. ε = 0,05. At dække begge overflader af luftspalten med folie reducerer praktisk talt ikke varmeoverførslen sammenlignet med at dække en overflade.

Spørgsmål til selvkontrol

1. Hvad er varmeoverførselspotentialet?

2. Angiv de elementære typer af varmeoverførsel.

3. Hvad er varmeoverførsel?

4. Hvad er termisk ledningsevne?

5. Hvad er et materiales varmeledningsevne?

6. Skriv formlen for den varmestrøm, der overføres af termisk ledningsevne i en flerlagsvæg ved kendte temperaturer på de indre t i og ydre t n overflader.

7. Hvad er termisk modstand?

8. Hvad er konvektion?

9. Skriv formlen for varmestrøm overført ved konvektion fra luft til overfladen.

10. Fysisk betydning af den konvektive varmeoverførselskoefficient.

11. Hvad er stråling?

12. Skriv formlen for varmeflux overført ved stråling fra en overflade til en anden.

13. Fysisk betydning af den strålingsvarmeoverførselskoefficient.

14. Hvad kaldes varmeoverførselsmodstanden for en lukket luftspalte i en klimaskærm?

15. Hvilken type varmestrøm består den samlede varmestrøm gennem luftlaget af?

16. Hvilken karakter af varmestrømmen hersker i varmestrømmen gennem luftlaget?

17. Hvordan påvirker tykkelsen af ​​luftspalten fordelingen af ​​strømninger i den.

18. Hvordan reducerer man varmestrømmen gennem luftspalten?

.
1.3 Bygningen som et samlet energisystem.
2. Varme- og fugtoverførsel gennem udvendige hegn.
2.1 Grundlæggende om varmeoverførsel i en bygning.
2.1.1 Termisk ledningsevne.
2.1.2 Konvektion.
2.1.3 Stråling.
2.1.4 Termisk modstand af luftlaget.
2.1.5 Varmeoverførselskoefficienter på indvendige og udvendige overflader.
2.1.6 Varmeoverførsel gennem en flerlagsvæg.
2.1.7 Reduceret varmeoverførselsmodstand.
2.1.8 Temperaturfordeling over hegnssektionen.
2.2 Fugtforhold for omsluttende konstruktioner.
2.2.1 Årsager til forekomsten af ​​fugt i hegn.
2.2.2 Negative konsekvenser af befugtning af udvendige hegn.
2.2.3 Sammenhæng mellem fugt og byggematerialer.
2.2.4 Fugtig luft.
2.2.5 Materialets fugtindhold.
2.2.6 Sorption og desorption.
2.2.7 Dampgennemtrængelighed af hegn.
2.3 Luftgennemtrængelighed af udvendige hegn.
2.3.1 Grundlæggende bestemmelser.
2.3.2 Trykforskel på yder- og indersiden af ​​hegnene.
2.3.3 Byggematerialers luftgennemtrængelighed.

2.1.4 Luftlagets termiske modstand.

For at bringe ensartethed, varmeoverførselsmodstand lukkede luftspalter placeret mellem lagene af den omsluttende struktur kaldes termisk modstand R v.p, m². ºС/W.
Diagrammet over varmeoverførsel gennem luftspalten er vist i fig. 5.

Fig.5. Varmeveksling i luftlaget.

Varmestrøm, der passerer gennem luftspalten q v.p , W/m² , består af strømninger transmitteret af termisk ledningsevne (2) q t, W/m² , konvektion (1) q к , W/m² og stråling (3) ql, W/m² .

(2.12)

I dette tilfælde er andelen af ​​fluxen, der transmitteres af stråling, den største. Lad os betragte et lukket lodret luftlag, på hvis overflader temperaturforskellen er 5ºC. Med en stigning i lagets tykkelse fra 10 mm til 200 mm stiger andelen af ​​varmeflux på grund af stråling fra 60 % til 80 %. I dette tilfælde falder andelen af ​​varme, der overføres af termisk ledningsevne fra 38 % til 2 %, og andelen af ​​konvektiv varmestrøm stiger fra 2 % til 20 %.
Direkte beregning af disse komponenter er ret besværlig. Derfor giver de regulatoriske dokumenter data om den termiske modstand af lukkede luftlag, som blev udarbejdet af K.F. i 50'erne af det tyvende århundrede. Fokin baseret på resultaterne af eksperimenter af M.A. Mikheeva. Hvis der er varmereflekterende aluminiumsfolie på den ene eller begge overflader af luftspalten, som hindrer strålevarmeoverførsel mellem de overflader, der indrammer luftspalten, bør den termiske modstand fordobles. For at øge den termiske modstand af lukkede luftlag anbefales det at huske følgende konklusioner fra forskning:
1) lag med lille tykkelse er effektive med hensyn til varmeteknik;
2) det er mere rationelt at lave flere tynde lag i hegnet end et stort;
3) det er tilrådeligt at placere luftspalterne tættere på den ydre overflade af hegnet, da dette reducerer varmestrømmen ved stråling om vinteren;
4) lodrette lag i ydervægge skal opdeles med vandrette membraner i niveau med gulvlofter;
5) for at reducere varmefluxen, der transmitteres af stråling, kan en af ​​overfladerne af mellemlaget dækkes med aluminiumsfolie med en emissivitet på ca. ε = 0,05. At dække begge overflader af luftspalten med folie reducerer praktisk talt ikke varmeoverførslen sammenlignet med at dække en overflade.
Spørgsmål til selvkontrol
1. Hvad er varmeoverførselspotentialet?
2. Angiv de elementære typer af varmeoverførsel.
3. Hvad er varmeoverførsel?
4. Hvad er termisk ledningsevne?
5. Hvad er et materiales varmeledningsevne?
6. Skriv formlen for varmestrømmen, der overføres af termisk ledningsevne i en flerlagsvæg ved kendte temperaturer på de indre overflader tв og ydre overflader tн.
7. Hvad er termisk modstand?
8. Hvad er konvektion?
9. Skriv formlen for varmestrøm overført ved konvektion fra luft til overfladen.
10. Fysisk betydning af den konvektive varmeoverførselskoefficient.
11. Hvad er stråling?
12. Skriv formlen for varmeflux overført ved stråling fra en overflade til en anden.
13. Fysisk betydning af den strålingsvarmeoverførselskoefficient.
14. Hvad kaldes varmeoverførselsmodstanden for en lukket luftspalte i en klimaskærm?
15. Hvilken type varmestrøm består den samlede varmestrøm gennem luftlaget af?
16. Hvilken karakter af varmestrømmen hersker i varmestrømmen gennem luftlaget?
17. Hvordan påvirker tykkelsen af ​​luftspalten fordelingen af ​​strømninger i den.
18. Hvordan reducerer man varmestrømmen gennem luftspalten?

Artiklen diskuterer udformningen af ​​et varmeisoleringssystem med en lukket luftspalte mellem den termiske isolering og bygningens væg. Det foreslås at anvende dampgennemtrængelige indsatser i termisk isolering for at forhindre fugtkondensering i luftlaget. En metode er givet til at beregne arealet af indsatser afhængigt af betingelserne for brug af termisk isolering.

Dette papir beskriver det termiske isoleringssystem med dødt luftrum mellem den termiske isolering og bygningens ydervæg. Vanddampgennemtrængelige indsatser foreslås til brug i den termiske isolering for at forhindre fugtkondensering i luftrummet. Metoden til at beregne arealet af indsatserne er blevet tilbudt afhængigt af betingelserne for den termiske isoleringsbrug.

INTRODUKTION

Luftspalten er et element i mange bygningskonvolutter. Arbejdet undersøgte egenskaberne ved at lukke konstruktioner med lukkede og ventilerede luftlag. Samtidig kræver funktionerne i dens anvendelse i mange tilfælde løsning af problemerne med bygningsvarmeteknik under specifikke brugsforhold.

Designet af et termisk isoleringssystem med et ventileret luftlag er kendt og udbredt i byggeriet. Den største fordel ved dette system i forhold til lette gipssystemer er evnen til at udføre arbejde på bygningsisolering hele året rundt. Isoleringsfastgørelsessystemet fastgøres først til bygningens klimaskærm. Isoleringen er fastgjort til dette system. Den ydre beskyttelse af isoleringen er installeret i en vis afstand fra den, så der dannes en luftspalte mellem isoleringen og det ydre hegn. Isoleringssystemets udformning giver mulighed for ventilation af luftspalten for at fjerne overskydende fugt, hvilket reducerer mængden af ​​fugt i isoleringen. Ulemperne ved dette system omfatter kompleksiteten og behovet, sammen med brugen af ​​isoleringsmaterialer, for at bruge sidesporsystemer, der giver den nødvendige frigang til at bevæge luft.

Der kendes et ventilationssystem, hvor luftspalten støder direkte op til bygningens væg. Termisk isolering er lavet i form af tre-lags paneler: det indre lag er varmeisolerende materiale, de ydre lag er aluminium og sølvpapir. Dette design beskytter isoleringen mod indtrængning af både atmosfærisk fugt og fugt fra lokalerne. Derfor forringes dens egenskaber ikke under nogen driftsforhold, hvilket giver mulighed for at spare op til 20% af isoleringen sammenlignet med konventionelle systemer. Ulempen ved disse systemer er behovet for at ventilere laget for at fjerne fugt, der migrerer fra bygningens lokaler. Dette fører til et fald i systemets varmeisoleringsegenskaber. Derudover øges varmetabet fra de nederste etager i bygninger, da kold luft, der kommer ind i laget gennem åbninger i bunden af ​​systemet, tager lidt tid at varme op til en konstant temperatur.

ISOLERINGSSYSTEM MED LUKKET LUFTLAG

Et termisk isoleringssystem svarende til et med lukket luftspalte er muligt. Vær opmærksom på, at luftbevægelse i mellemlaget kun er nødvendig for at fjerne fugt. Hvis vi løser problemet med at fjerne fugt på en anden måde, uden ventilation, får vi et varmeisoleringssystem med en lukket luftspalte uden de ovennævnte ulemper.

For at løse problemet skal varmeisoleringssystemet have formen vist i fig. 1. Varmeisolering af bygningen bør udføres med dampgennemtrængelige indsatser af varmeisoleringsmateriale for eksempel mineraluld. Varmeisoleringssystemet skal indrettes på en sådan måde, at damp fjernes fra mellemlaget, og fugtigheden inde i det er under dugpunktet i mellemlaget.

1 - bygningsvæg; 2 - fastgørelseselementer; 3 - varmeisoleringspaneler; 4 – damp- og varmeisoleringsindsatser

Ris. 1. Termisk isolering med dampgennemtrængelige indsatser

For det mættede damptryk i mellemlaget kan vi skrive udtrykket:

Når vi ignorerer luftens termiske modstand i mellemlaget, bestemmer vi gennemsnitstemperaturen inde i mellemlaget ved hjælp af formlen

(2)

Hvor Tin, T ud– lufttemperatur inde i bygningen og udeluft, henholdsvis o C;

R 1 , R 2 – varmeoverførselsmodstand af henholdsvis væggen og termisk isolering, m 2 × o C/W.

For damp, der migrerer fra et rum gennem væggen af ​​en bygning, kan vi skrive ligningen:

(3)

Hvor Pin, P– delvist damptryk i rummet og mellemlaget, Pa;

S 1 - område af bygningens ydervæg, m2;

k pp1 - koefficient for dampgennemtrængelighed af væggen, lig med:

Her R pp1 = m 1 / l 1 ;

m 1 – koefficient for dampgennemtrængelighed af vægmaterialet, mg/(m×h×Pa);

l 1 – vægtykkelse, m.

For damp, der migrerer fra luftgabet gennem dampgennemtrængelige indsatser i en bygnings varmeisolering, kan vi skrive ligningen:

(5)

Hvor Surmule– partialtryk af damp i udeluften, Pa;

S 2 - område med dampgennemtrængelige varmeisolerende indsatser i bygningens termiske isolering, m2;

k pp2 – dampgennemtrængelighedskoefficient for indsatser, lig med:

Her R pp2 = m 2 / l 2 ;

m 2 – dampgennemtrængelighedskoefficient for materialet i den dampgennemtrængelige indsats, mg/(m×h×Pa);

l 2 – skærtykkelse, m.

Ved at sidestille højre side af ligning (3) og (5) og løse den resulterende ligning for dampbalancen i mellemlaget mhp. P, får vi værdien af ​​damptrykket i mellemlaget i formen:

(7)

hvor e = S 2 /S 1 .

Efter at have skrevet betingelsen for fravær af fugtkondens i luftlaget i form af en ulighed:

og efter at have løst det, opnår vi den nødvendige værdi af forholdet mellem det samlede areal af de dampgennemtrængelige indsatser og vægområdet:

Tabel 1 viser de opnåede data for nogle muligheder for at omslutte strukturer. I beregningerne blev det antaget, at varmeledningskoefficienten for den dampgennemtrængelige indsats lig med koefficienten termisk ledningsevne af den primære varmeisolering i systemet.

Tabel 1. Værdi af ε for forskellige vægmuligheder

Vægmateriale	l 1m	l 1, W/(m× o C)	m 1, mg/(m×h ×Pa)	l 2, m	l 2, W/(m× o C)	m 2, mg/(m×h ×Pa)	Temperatur, omkring C			Tryk, Pa
											P os
Gas silikat mursten
Keramisk mursten

Eksemplerne givet i tabel 1 viser, at det er muligt at designe termisk isolering med lukket luftspalte mellem varmeisoleringen og bygningens væg. For nogle vægkonstruktioner, som i det første eksempel fra tabel 1, kan du undvære dampgennemtrængelige indsatser. I andre tilfælde kan arealet af dampgennemtrængelige indsatser være ubetydeligt sammenlignet med arealet af den isolerede væg.

TERMISK ISOLERINGSSYSTEM MED STYREDE TERMISKE KARAKTERISTIKA

Designet af varmeisoleringssystemer har gennemgået en betydelig udvikling gennem de sidste halvtreds år, og i dag har designere til deres rådighed stort valg materialer og strukturer: fra brug af halm til vakuum termisk isolering. Det er også muligt at bruge aktive varmeisoleringssystemer, hvis funktioner gør det muligt at inkludere dem i bygningers energiforsyningssystem. I dette tilfælde kan egenskaberne af varmeisoleringssystemet også ændre sig afhængigt af forholdene miljø, hvilket sikrer et konstant niveau af varmetab fra bygningen uanset udetemperaturen.

Hvis du indstiller et fast niveau for varmetab Q gennem bygningens klimaskærm vil den nødvendige værdi af den reducerede varmeoverførselsmodstand blive bestemt af formlen

(10)

Et termisk isoleringssystem med et gennemsigtigt ydre lag eller med et ventileret luftlag kan have disse egenskaber. I det første tilfælde bruges solenergi, og i det andet kan jordens varmeenergi yderligere bruges sammen med en jordvarmeveksler.

I et system med gennemsigtig termisk isolering, når solen er i en lav position, passerer dens stråler næsten uden tab til væggen, opvarmer den og reducerer derved varmetabet fra rummet. I sommertid, når solen står højt over horisonten, reflekteres solens stråler næsten fuldstændigt fra bygningens væg og forhindrer derved overophedning af bygningen. For at reducere den omvendte varmestrøm er det termiske isoleringslag lavet i form af en honeycomb-struktur, som spiller rollen som en fælde for sollys. Ulempen ved et sådant system er umuligheden af ​​at omfordele energi langs bygningens facader og fraværet af en akkumulerende effekt. Desuden afhænger effektiviteten af ​​dette system direkte af niveauet af solaktivitet.

Ifølge forfatterne bør et ideelt varmeisoleringssystem til en vis grad ligne en levende organisme og variere dens egenskaber inden for et bredt område afhængigt af miljøforhold. Når udetemperaturen falder, bør varmeisoleringssystemet reducere varmetabet fra bygningen, når udetemperaturen stiger, kan dets termiske modstand falde. Entré om sommeren solenergi bygningen skal også være afhængig af ydre forhold.

Det i mange henseende foreslåede varmeisoleringssystem har de ovenfor formulerede egenskaber. I fig. 2a viser et diagram af en væg med det foreslåede varmeisoleringssystem, i fig. 2b – temperaturgraf i det varmeisolerende lag uden og med tilstedeværelse af en luftspalte.

Det termiske isoleringslag er lavet med et ventileret luftlag. Når luft bevæger sig igennem det med en temperatur, der er højere end ved det tilsvarende punkt i grafen, falder størrelsen af ​​temperaturgradienten i det termiske isoleringslag fra væggen til mellemlaget sammenlignet med termisk isolering uden mellemlag, hvilket reducerer varmetabet fra bygge gennem muren. Man skal huske på, at reduktionen i varmetabet fra bygningen vil blive kompenseret af den varme, der afgives af luftstrømmen i mellemlaget. Det vil sige, at lufttemperaturen ved udløbet af mellemlaget vil være mindre end ved indløbet.

Ris. 2. Diagram over varmeisoleringssystemet (a) og temperaturdiagram (b)

Den fysiske model af problemet med at beregne varmetab gennem en væg med en luftspalte er præsenteret i fig. 3. Varmebalanceligningen for denne model er som følger:

Ris. 3. Beregningsdiagram af varmetab gennem klimaskærmen

Ved beregning af varmestrømme tages der hensyn til ledende, konvektiv og strålingsmekanismer for varmeoverførsel:

Hvor Q 1 - varmestrøm fra rummet til den indvendige overflade af den omsluttende struktur, W/m2;

Q 2 – varmestrøm gennem hovedvæggen, W/m2;

Q 3 - varmestrøm gennem luftspalten, W/m2;

Q 4 – varmestrøm gennem det termiske isoleringslag bag mellemlaget, W/m2;

Q 5 – varmestrøm fra den ydre overflade af den omsluttende struktur til atmosfæren, W/m2;

T 1 , T 2, – temperatur på vægoverfladen, o C;

T 3 , T 4 – temperatur på overfladen af ​​mellemlaget, o C;

Tk, T a– temperatur i henholdsvis rummet og udeluften, o C;

s – Stefan-Boltzmann konstant;

l 1, l 2 – varmeledningskoefficient for hovedvæggen og varmeisolering, henholdsvis W/(m× o C);

e 1 , e 2 , e 12 - graden af ​​emissivitet af den indre overflade af væggen, den ydre overflade af det termiske isoleringslag og den reducerede grad af emissivitet af overfladerne af luftspalten, henholdsvis;

a in, a n, a 0 – varmeoverførselskoefficient på væggens indvendige overflade, på den ydre overflade af varmeisoleringen og på de overflader, der begrænser luftspalten, henholdsvis W/(m 2 × o C).

Formel (14) er skrevet til det tilfælde, hvor luften i laget er ubevægelig. I det tilfælde, hvor luft bevæger sig i mellemlaget med en hastighed u med en temperatur T u, i stedet for Q 3, overvejes to strømme: fra den blæste luft til væggen:

og fra den blæste luft til skærmen:

Så opdeles ligningssystemet i to systemer:

Varmeoverførselskoefficienten udtrykkes gennem Nusselt-tallet:

Hvor L– karakteristisk størrelse.

Formler til beregning af Nusselt-tallet blev taget afhængigt af situationen. Ved beregning af varmeoverførselskoefficienten på de indre og ydre overflader af omsluttende strukturer, formler fra:

hvor Ra= Pr×Gr – Rayleigh-kriterium;

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

Ved bestemmelse af Grashof-tallet blev forskellen mellem vægtemperaturen og den omgivende lufttemperatur valgt som den karakteristiske temperaturforskel. De karakteristiske dimensioner blev taget til at være: væggens højde og tykkelsen af ​​laget.

Når man beregner varmeoverførselskoefficienten a 0 inde i et lukket luftgab, er formlen fra:

(22)

Hvis luften inde i laget bevægede sig, blev en enklere formel brugt til at beregne Nusselt-tallet:

(23)

hvor Re = v×d/n – Reynolds nummer;

d – tykkelsen af ​​luftspalten.

Værdierne af Prandtl-tallet Pr, kinematisk viskositet n og varmeledningskoefficienten for luft l i afhængigt af temperaturen blev beregnet ved lineær interpolation af tabelværdier fra . Ligningssystemer (11) eller (19) blev løst numerisk ved iterativ forfining med hensyn til temperaturer T 1 , T 2 , T 3 , T 4 . Til numerisk modellering blev der valgt et termisk isoleringssystem baseret på termisk isolering svarende til polystyrenskum med en varmeledningskoefficient på 0,04 W/(m 2 × o C). Lufttemperaturen ved indløbet af mellemlaget blev antaget at være 8 o C, den samlede tykkelse af det varmeisolerende lag var 20 cm, tykkelsen af ​​mellemlaget d– 1 cm.

I fig. Figur 4 viser grafer over afhængigheden af ​​specifikt varmetab gennem det isolerende lag af en konventionel varmeisolator i nærværelse af et lukket termisk isoleringslag og med et ventileret luftlag. En lukket luftspalte forbedrer næsten ikke de varmeisolerende egenskaber. For det betragtede tilfælde vil tilstedeværelsen af ​​et varmeisolerende lag med en bevægelig luftstrøm mere end halvere varmetabet gennem væggen ved en udelufttemperatur på minus 20 o C. Den ækvivalente værdi af varmeoverførselsmodstanden for en sådan termisk isolering for denne temperatur er 10,5 m 2 × o C/W, hvilket svarer til laget ekspanderet polystyren med en tykkelse på mere end 40,0 cm.

D d= 4 cm med stillestående luft; række 3 – lufthastighed 0,5 m/s

Ris. 4. Grafer over specifikt varmetab

Effektiviteten af ​​isoleringssystemet øges, når udetemperaturen falder. Ved en udelufttemperatur på 4 o C er effektiviteten af ​​begge systemer den samme. En yderligere stigning i temperaturen gør brugen af ​​systemet upraktisk, da det fører til en stigning i niveauet af varmetab fra bygningen.

I fig. Figur 5 viser afhængigheden af ​​temperaturen på den ydre overflade af væggen af ​​udelufttemperaturen. Ifølge fig. 5, øger tilstedeværelsen af ​​en luftspalte temperaturen af ​​den ydre overflade af væggen ved negative udendørstemperaturer sammenlignet med konventionel termisk isolering. Dette forklares ved, at luft i bevægelse afgiver sin varme til både det indre og ydre lag af termisk isolering. Ved høje udelufttemperaturer spiller et sådant termisk isoleringssystem rollen som et kølelag (se fig. 5).

Række 1 – konventionel termisk isolering, D= 20 cm; række 2 – der er en luftspalte på 1 cm bred i varmeisoleringen, d= 4 cm, lufthastighed 0,5 m/s

Ris. 5. Temperaturafhængighed af væggens ydre overfladepå udetemperaturen

I fig. Figur 6 viser afhængigheden af ​​temperaturen ved udgangen af ​​mellemlaget af udelufttemperaturen. Luften i laget, afkølende, afgiver sin energi til de omsluttende overflader.

Ris. 6. Temperaturafhængighed ved udgangen af ​​mellemlagetpå udetemperaturen

I fig. Figur 7 viser varmetabets afhængighed af tykkelsen af ​​det ydre lag af termisk isolering ved en minimum udetemperatur. Ifølge fig. 7, minimum varmetab observeres kl d= 4 cm.

Ris. 7. Afhængighed af varmetab af tykkelsen af ​​det ydre lag af termisk isolering ved minimum udetemperatur

I fig. Figur 8 viser varmetabets afhængighed for en ydre temperatur på minus 20 o C af lufthastigheden i et lag af forskellig tykkelse. At hæve lufthastigheden over 0,5 m/s påvirker ikke varmeisoleringens egenskaber væsentligt.

Række 1 – d= 16 cm; række 2 – d= 18 cm; række 3 – d= 20 cm

Ris. 8. Afhængighed af varmetab af lufthastighedmed forskellige luftspaltetykkelser

Vær opmærksom på, at et ventileret luftlag giver dig mulighed for effektivt at kontrollere niveauet af varmetab gennem vægoverfladen ved at ændre lufthastigheden i området fra 0 til 0,5 m/s, hvilket er umuligt for konventionel termisk isolering. I fig. Figur 9 viser lufthastighedens afhængighed af udetemperaturen for et fast niveau af varmetab gennem væggen. Denne tilgang til termisk beskyttelse af bygninger gør det muligt at reducere energiintensiteten ventilationssystem når udetemperaturen stiger.

Ris. 9. Lufthastighedens afhængighed af udetemperaturen for et fast niveau af varmetab

Når du opretter det termiske isoleringssystem, der overvejes i artiklen, er hovedproblemet kilden til energi til at øge temperaturen på den pumpede luft. Som sådan kilde foreslås det at tage varmen fra jorden under bygningen ved at bruge en jordvarmeveksler. For mere effektiv udnyttelse af jordenergien forudsættes det, at ventilationsanlægget i luftspalten bør lukkes, uden indsugning af atmosfærisk luft. Da temperaturen på luften, der kommer ind i systemet om vinteren, er lavere end jordtemperaturen, eksisterer problemet med fugtkondensering ikke her.

Mest effektiv brug Forfatterne ser et sådant system som at kombinere brugen af ​​to energikilder: sol- og jordvarme. Hvis vi vender os til de tidligere nævnte systemer med gennemsigtige termisk isoleringslag, bliver det indlysende ønske fra forfatterne af disse systemer til på en eller anden måde at implementere ideen om en termisk diode, det vil sige at løse problemet med rettet transmission af solenergi til væggen af ​​en bygning, mens du tager foranstaltninger til at forhindre bevægelse af termisk energistrøm i den modsatte retning.

Det ydre absorberende lag kan males ind mørk farve metal plade. Og det andet absorberende lag kan være en luftspalte i bygningens varmeisolering. Luften, der bevæger sig i laget, lukker gennem en jordvarmeveksler, opvarmer jorden i solrigt vejr, akkumulerer solenergi og omfordeler den langs bygningens facader. Varme fra det ydre lag til det indre lag kan overføres ved hjælp af termiske dioder lavet på varmerør med faseovergange.

Således er det foreslåede termiske isoleringssystem med kontrollerede termofysiske egenskaber baseret på et design med et termisk isoleringslag, der har tre funktioner:

– en ventileret luftspalte parallelt med bygningens klimaskærm;

– energikilde til luften inde i laget;

– et system til styring af luftstrømsparametre i mellemlaget afhængigt af ydre vejrforhold og indendørs lufttemperatur.

En af de mulige designmuligheder er brugen af ​​et gennemsigtigt termisk isoleringssystem. I dette tilfælde skal varmeisoleringssystemet suppleres med et andet luftlag, der støder op til bygningens væg og kommunikerer med alle bygningens vægge, som vist i fig. 10.

Det termiske isoleringssystem vist i fig. 10, har to luftlag. En af dem er placeret mellem den termiske isolering og det gennemsigtige hegn og tjener til at forhindre overophedning af bygningen. Til dette formål er der luftventiler forbinder laget med udeluften i toppen og bunden af ​​isoleringspanelet. Om sommeren og i tider med høj solaktivitet, hvor der er fare for overophedning af bygningen, åbner spjældene og sørger for ventilation med udeluft.

Ris. 10. Gennemsigtigt varmeisoleringssystem med et ventileret luftlag

Den anden luftspalte støder op til bygningens væg og tjener til at transportere solenergi inden for bygningens klimaskærm. Dette design vil gøre det muligt for hele bygningens overflade at bruge solenergi i dagtimerne, hvilket derudover giver en effektiv akkumulering af solenergi, da hele volumen af ​​bygningens vægge fungerer som et batteri.

Det er også muligt at anvende traditionel varmeisolering i systemet. I dette tilfælde kan en jordvarmeveksler tjene som en kilde til termisk energi, som vist i fig. elleve.

Ris. elleve. Termisk isoleringssystem med jordvarmeveksler

Som en anden mulighed kan vi tilbyde til dette formål ventilations emissioner bygning. I dette tilfælde, for at forhindre fugtkondensering i mellemlaget, er det nødvendigt at føre den fjernede luft gennem en varmeveksler og føre den ind i mellemlaget. udeluft, opvarmet i en varmeveksler. Fra mellemlaget kan luft strømme ind i rummet til ventilation. Luften opvarmes, når den passerer gennem en jordvarmeveksler og afgiver sin energi til den omsluttende struktur.

Et nødvendigt element i varmeisoleringssystemet bør være automatisk system kontrollere dens egenskaber. I fig. Figur 12 viser et blokdiagram af styresystemet. Styring sker baseret på analyse af information fra temperatur- og fugtsensorer ved at ændre driftstilstand eller slukke for ventilatoren og åbne og lukke luftspjældene.

Ris. 12. Kontrolsystem blokdiagram

Et blokdiagram over driftsalgoritmen for et ventilationssystem med kontrollerede egenskaber er vist i fig. 13.

På indledende fase betjening af styresystemet (se fig. 12) baseret på de målte værdier af temperaturen af ​​udeluften og i rummene, beregner styreenheden temperaturen i luftspalten for tilstanden af ​​stillestående luft. Denne værdi sammenlignes med lufttemperaturen i laget af den sydlige facade ved konstruktion af et termisk isoleringssystem, som i fig. 10, eller i en jordvarmeveksler - ved design af et termisk isoleringssystem, som i fig. 11. Hvis den beregnede temperaturværdi er større end eller lig med den målte, forbliver ventilatoren slukket, og luftspjældene i rummet lukkes.

Ris. 13. Blokdiagram af ventilationssystemets driftsalgoritme med administrerede ejendomme

Hvis den beregnede temperaturværdi er mindre end den målte, tændes cirkulationsventilatoren og spjældene åbnes. I dette tilfælde overføres energien fra den opvarmede luft til bygningens vægstrukturer, hvilket reducerer behovet for termisk energi til opvarmning. Samtidig måles luftfugtighedsværdien i mellemlaget. Hvis fugtigheden nærmer sig kondenseringspunktet, åbner et spjæld, der forbinder luftspalten med udeluften, hvilket forhindrer fugt i at kondensere på overfladen af ​​spaltens vægge.

Således gør det foreslåede varmeisoleringssystem det muligt rent faktisk at kontrollere de termiske egenskaber.

TEST AF EN MODEL AF ET TERMISK ISOLERINGSSYSTEM MED KONTROLLERET TERMISK ISOLERING VED ANVENDELSE AF BYGNINGSVENTILATIONSEMISSIONER

Forsøgsskemaet er vist i fig. 14. En model af varmeisoleringssystemet er monteret på rummets murstensvæg i den øverste del af elevatorskakten. Modellen består af termisk isolering, der repræsenterer damptætte varmeisoleringsplader (den ene overflade er aluminium 1,5 mm tyk; den anden er aluminiumsfolie), fyldt med polyurethanskum 3,0 cm tykt med en varmeledningskoefficient på 0,03 W/(m 2 × o C). Pladens varmeoverførselsmodstand er 1,0 m 2 × o C/W, den for en murstensvæg er 0,6 m 2 × o C/W. Mellem de varmeisolerende plader og klimaskærmens overflade er der en luftspalte på 5 cm temperaturforhold og bevægelsen af ​​varmestrømmen gennem den omsluttende struktur, temperatur- og varmestrømssensorer blev installeret i den.

Ris. 14. Diagram over et eksperimentelt system med kontrolleret varmeisolering

Et fotografi af det installerede varmeisoleringssystem med strømforsyning fra ventilationsuder vist i fig. 15.

Yderligere energi tilføres inde i mellemlaget med luft fra udblæsningsvarmegenvindingssystemet af bygningens ventilationsudledninger. Ventilationsemissioner blev taget fra udgangen af ​​ventilationsskakten i bygningen af ​​statsvirksomheden "NIPTIS Institute opkaldt efter. Atayev S.S.,” blev ført til den første indgang på recuperatoren (se fig. 15a). Luft blev tilført til rekuperatorens anden indgang fra ventilationslaget og fra rekuperatorens anden udgang - igen til ventilationslaget. Ventilationsudblæsningsluft kan ikke tilføres direkte ind i luftspalten på grund af risikoen for fugtkondensering inde i den. Derfor passerede bygningens ventilationsemissioner først gennem en varmeveksler-recuperator, hvis anden indgang modtog luft fra mellemlaget. I rekuperatoren blev den opvarmet og ved hjælp af en ventilator tilført ventilationssystemets luftspalte gennem en flange monteret i bunden af ​​isoleringspanelet. Gennem den anden flange i den øvre del af den termiske isolering blev luft fjernet fra panelet og lukkede cyklussen af ​​dets bevægelse ved varmevekslerens anden indgang. Under arbejdet blev der registreret information fra temperatur- og varmeflowsensorer installeret i henhold til diagrammet i fig. 14.

En speciel kontrol- og databehandlingsenhed blev brugt til at styre ventilatorernes driftstilstande og til at fange og registrere eksperimentets parametre.

I fig. Figur 16 viser grafer over temperaturændringer: udeluft, indeluft og luft i forskellige dele af mellemlaget. Fra 7.00 til 13.00 går systemet i en stationær driftstilstand. Forskellen mellem temperaturen ved luftindtaget i laget (føler 6) og temperaturen ved udgangen fra det (føler 5) viste sig at være omkring 3 o C, hvilket indikerer forbruget af energi fra den passerende luft.

EN)

b)

Ris. 16. Temperaturdiagrammer: a – udendørsluft og indendørsluft;b – luft i forskellige dele af laget

I fig. Figur 17 viser grafer over tidsafhængigheden af ​​temperaturen på vægfladerne og varmeisoleringen, samt temperatur og varmestrømning gennem bygningens omsluttende overflade. I fig. 17b viser tydeligt et fald i varmestrømmen fra rummet efter tilførsel af opvarmet luft til ventilationslaget.

EN)

b)

Ris. 17. Grafer kontra tid: a – temperatur på vægoverflader og termisk isolering;b – temperatur og varmestrøm gennem bygningens omsluttende overflade

De eksperimentelle resultater opnået af forfatterne bekræfter muligheden for at kontrollere egenskaberne af termisk isolering med et ventileret lag.

KONKLUSION

1 Vigtigt element energieffektive bygninger er dens skal. De vigtigste udviklingsretninger for at reducere bygningers varmetab gennem klimaskærme er forbundet med aktiv termisk isolering, når klimaskærmen spiller vigtig rolle i dannelsen af ​​parametre indre miljø lokaliteter. Mest et klart eksempel kan fungere som bygningsskærm med luftspalte.

2 Forfatterne foreslog et termisk isoleringsdesign med en lukket luftspalte mellem den termiske isolering og bygningens væg. For at forhindre fugtkondensering i luftlaget uden at reducere de varmeisolerende egenskaber, blev muligheden for at anvende dampgennemtrængelige indsatser i varmeisoleringen overvejet. Der er udviklet en metode til at beregne arealet af indsatser afhængigt af anvendelsesbetingelserne for termisk isolering. For nogle vægkonstruktioner, som i det første eksempel fra tabel 1, kan du undvære dampgennemtrængelige indsatser. I andre tilfælde kan arealet af dampgennemtrængelige indsatser være ubetydeligt i forhold til arealet af den isolerede væg.

3 Der er udviklet en metode til beregning af termiske egenskaber og design af et termisk isoleringssystem med kontrollerede termiske egenskaber. Designet er lavet i form af et system med en ventileret luftspalte mellem to lag termisk isolering. Når luft bevæger sig i et lag med en temperatur, der er højere end ved det tilsvarende punkt på en væg med et konventionelt varmeisoleringssystem, falder størrelsen af ​​temperaturgradienten i det termiske isoleringslag fra væggen til laget sammenlignet med termisk isolering uden et lag , hvilket reducerer varmetabet fra bygningen gennem væggen. Det er muligt at bruge varmen fra jorden under bygningen som energi til at øge temperaturen på den pumpede luft ved hjælp af en jordvarmeveksler eller solenergi. Metoder til beregning af karakteristika for et sådant system er blevet udviklet. Eksperimentel bekræftelse af realiteten i at bruge et termisk isoleringssystem med kontrollerede termiske egenskaber til bygninger blev opnået.

BIBLIOGRAFI

1. Bogoslovsky, V. N. Konstruktions termisk fysik / V. N. Bogoslovsky. – SPb.: AVOK-NORD-VEST, 2006. – 400 s.

2. Termiske isoleringssystemer til bygninger: TKP.

4. Projektering og montering af isoleringssystem med ventileret luftlag baseret på trelags facadeplader: R 1.04.032.07. – Minsk, 2007. – 117 s.

5. Danilevsky, L. N. Om spørgsmålet om at reducere niveauet af varmetab i en bygning. Erfaring med hviderussisk-tysk samarbejde inden for byggeri / L. N. Danilevsky. – Minsk: Strinko, 2000. – S. 76, 77.

6. Alfred Kerschberger "Solares Bauen mit transparenter Warmedammung." Systeme, Wirtschaftlichkeit, Perspektiven, BAUVERLAG GMBH, WEISBADEN UND BERLIN.

7. Die ESA-Solardassade – Dammen mit Licht / ESA-Energiesysteme, 3. Passivhaustagung 19. til 21. februar 1999. Bregenz. -R. 177-182.

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

9. Passivhus som et adaptivt livsstøttesystem: resuméer af rapporter Intern. videnskabelige og tekniske konf. ”Fra termisk rehabilitering af bygninger til et passivhus. Problemer og løsninger” / L. N. Danilevsky. – Minsk, 1996. – S. 32–34.

10. Termisk isolering med kontrollerede egenskaber til bygninger med lavt varmetab: opsamling. tr. / Statsvirksomhed “NIPTIS Institut opkaldt efter. Ataeva S.S.”; L. N. Danilevsky. – Minsk, 1998. – S. 13–27.

11. Danilevsky, L. Termisk isoleringssystem med kontrollerede egenskaber til et passivhus / L. Danilevsky // Arkitektur og konstruktion. – 1998. – Nr. 3. – S. 30, 31.

12. Martynenko, O. G. Fri konvektiv varmeoverførsel. Vejviser / O. G. Martynenko, Yu. – Minsk: Science and Technology, 1982. – 400 s.

13. Mikheev, M. A. Fundamentals of heat transfer / M. A. Mikheev, I. M. Mikheeva. – M.: Energi, 1977. – 321 s.

14. Udvendigt ventileret bygningshegn: Pat. 010822 Evraz. Patentkontoret, IPC (2006.01) E04B 2/28, E04B 1/70 / L. N. Danilevsky; ansøger State Enterprise “NIPTIS Institute opkaldt efter. Atayeva S.S.” – nr. 20060978; udmelding 05.10.2006; publ. 30/12/2008 // Bulletin. Det eurasiske patentkontor. – 2008. – Nr. 6.

15. Udvendigt ventileret bygningshegn: Pat. 11343 Rep. Hviderusland, MPK (2006) E04B1/70, E04B2/28 / L. N. Danilevsky; ansøger State Enterprise “NIPTIS Institute opkaldt efter. Atayeva S.S.” – nr. 20060978; Ansøgning 05.10.2006; publ. 30/12/2008 // Afitsyiny bulletin. / National center intellektuel. Ulasnastsi. – 2008.

LUFT HUL, en af ​​de typer af isolerende lag, der reducerer mediets termiske ledningsevne. I På det sidste Betydningen af ​​luftspalten er især øget på grund af brugen af ​​hule materialer i byggeriet. I et medie adskilt af en luftspalte overføres varme: 1) ved stråling fra overflader, der støder op til luftspalten og ved varmeoverførsel mellem overfladen og luften og 2) ved varmeoverførsel med luft, hvis den er mobil, eller vha. varmeoverførsel fra nogle luftpartikler til andre på grund af termisk ledningsevne den, hvis den er ubevægelig, og Nusselts forsøg beviser, at tyndere lag, hvori luften kan betragtes som næsten ubevægelig, har en lavere varmeledningskoefficient k end tykkere lag, men med konvektionsstrømme, der opstår i dem. Nusselt giver følgende udtryk for at bestemme mængden af ​​varme, der overføres pr. time af luftlaget:

hvor F er en af ​​overfladerne, der begrænser luftspalten; λ 0 - betinget koefficient, numeriske værdier som, afhængigt af bredden af ​​luftspalten (e), udtrykt i m, er angivet på den vedhæftede plade:

s1 og s2 er emissivitetskoefficienterne for begge overflader af luftspalten; s er emissivitetskoefficienten for en fuldstændig sort krop, lig med 4,61; θ 1 og θ 2 er temperaturerne på de overflader, der begrænser luftspalten. Ved at erstatte de tilsvarende værdier i formlen kan du opnå værdierne for k (varmeledningskoefficient) og 1/k (isoleringsevne) af luftlag af forskellige tykkelser, der kræves til beregninger. S. L. Prokhorov kompilerede diagrammer baseret på Nusselt-data (se fig.), der viser ændringen i værdierne af k og 1/k af luftlag afhængigt af deres tykkelse, hvor det mest fordelagtige område er området fra 15 til 45 mm.

Mindre luftlag er praktisk talt vanskelige at implementere, men større giver allerede en betydelig varmeledningskoefficient (ca. 0,07). Følgende tabel angiver værdierne for k og 1/k for forskellige materialer, og for luft er der givet flere værdier for disse værdier afhængig af lagets tykkelse.

At. Det ses, at det ofte er mere rentabelt at lave flere tyndere luftlag end at bruge et eller andet isoleringslag. Et luftlag med en tykkelse på op til 15 mm kan betragtes som en isolator med et stationært luftlag, med en tykkelse på 15-45 mm - med et næsten stationært lag, og endelig luftlag med en tykkelse på over 45 -50 mm bør betragtes som lag med konvektionsstrømme, der opstår i dem og derfor underlagt beregning for generelt grundlag.