Légrés vastagsága. A levegő hővezető képessége a hőmérséklettől és a nyomástól függően. Hővezető zárványok diagramjai zárt szerkezetekben

A hőátadás egy légrésen keresztül, amelynek ellentétes felületein hőmérséklet-különbség van, konvekció, sugárzás és hővezető képesség révén történik (1.12. ábra).

A csendes levegő hővezető képessége nagyon kicsi, és ha a levegő a légrésekben nyugalomban lenne, akkor a hőellenállásuk nagyon nagy lenne. A valóságban a levegő mindig a körülzáró szerkezetek légrétegeiben mozog, például a függőleges rétegek melegebb felületén felfelé, a hideg felületen pedig lefelé mozog. A mozgó levegővel rendelkező rétegekben a vezetés útján átadott hőmennyiség nagyon kicsi a konvekciós hőátadáshoz képest.

A légréteg vastagságának növekedésével a konvekció által átadott hő mennyisége növekszik, mivel a légáramok falakra gyakorolt ​​súrlódási hatása csökken. Erre tekintettel a levegőrétegek esetében nincs a szilárd anyagokra jellemző egyenes arányosság a réteg vastagságának növekedése és a hőellenállás értéke között.

Ha a hőt konvekció útján a levegőréteg melegebb felületéről a hidegebbre adjuk át, akkor az e felületekkel szomszédos két határoló levegőréteg ellenállása leküzdődik, így a szabad konvekcióhoz bármely esetben felvehető együttható értéke. felülete felére csökken.

A melegebb felületről a hidegebbre átadott sugárzó hő mennyisége nem függ a légréteg vastagságától; mint korábban említettük, a felületek emissziós tényezője és a negyedik hatványukkal arányos különbség határozza meg abszolút hőmérsékletek (1.3).

Általában a légrésen áthaladó Q hőáram a következőképpen fejezhető ki:

ahol α k a szabad konvekció hőátbocsátási tényezője; δ - rétegvastagság, m; λ - a levegő hővezetési együtthatója a közbenső rétegben, kcal m h/deg; α l - sugárzás miatti hőátbocsátási tényező.

alapján kísérleti kutatás A légréteg hőátbocsátási tényezőjének értékét általában a konvekción és hővezetésen keresztül végbemenő hőcsere okozza:

de túlnyomórészt a konvekciótól függ (itt λ eq a levegő feltételes ekvivalens hővezető képessége a közbenső rétegben); akkor Δt állandó érték mellett az R v.p légrés hőellenállása a következő lesz:
A légrétegekben a konvektív hőcsere jelenségei attól függenek geometriai alakzat, a hőáramlás mérete és iránya; ennek a hőcserének a jellemzőit a dimenzió nélküli ε konvekciós együttható értékével fejezhetjük ki, amely az ekvivalens hővezető képességnek az álló levegő hővezető képességéhez viszonyított arányát ε = λ eq / λ jelenti.

Általánosítással a hasonlóságelmélet segítségével nagy mennyiségben kísérleti adatok M.A. Mikheev megállapította a konvekciós együttható függését a Grashof- és Prandtl-kritériumok szorzatától, azaz:

A kifejezésből kapott hőátadási együtthatók α - "

t av = +10°-nál ezen függés alapján megállapított hőmérsékletkülönbségre adjuk meg a közbenső réteg felületein, Δt = 10° a táblázatban. 1.6.

A vízszintes rétegeken keresztüli hőátadási együtthatók viszonylag kis értékeit a felülről lefelé irányuló hőáramlás során (például a fűtött épületek alagsorában) az ilyen rétegekben lévő levegő alacsony mobilitása magyarázza; legtöbb meleg levegő a réteg melegebb felső felületére koncentrálódik, ami megnehezíti a konvektív hőátadást.

Az (1.12) képlet alapján meghatározott α l sugárzás általi hőátadás az emissziós együtthatóktól és a hőmérséklettől függ; α l eléréséhez lapos kiterjesztett közbenső rétegekben elegendő az adott kölcsönös besugárzási együtthatót C" megszorozni a megfelelő értékkel. hőmérsékleti együttható táblázat szerint fogadják el 1.7.

Így például, ha C "= 4,2 és a közbenső réteg átlagos hőmérséklete 0°, akkor α l = 4,2 0,81 = 3,4 kcal/m 2 h fokot kapunk.

Nyári körülmények között az α l értéke nő, a közbenső rétegek hőellenállása csökken. Télen a szerkezetek külső részén elhelyezkedő rétegeknél az ellenkező jelenség figyelhető meg.

Gyakorlati számításokhoz az épületfűtéstechnikai normák a zárt szerkezetekre vonatkozó SNiP-k megadják a zárt levegőrétegek hőellenállásának értékeit

táblázatban jelezzük. 1.8.

A táblázatban megadott Rv.pr értékek 10°-os hőmérséklet-különbségnek felelnek meg a közbenső rétegek felületén. 8°-os hőmérséklet-különbség esetén az Rv.pr értékét 1,05-ös tényezővel, 6°-os különbséggel pedig 1,10-el szorozzuk.

A megadott hőellenállási adatok zárt sík légrétegekre vonatkoznak. Zártságon a külső levegő behatolásától elzárt, át nem eresztő anyagok által határolt légrétegeket értjük.

Mivel a porózus építőanyagok légáteresztőek, pl szerkezeti elemek sűrű betonból vagy más sűrű anyagból, amely gyakorlatilag nem engedi át a levegőt a használatban lévő épületekre jellemző nyomáskülönbségi értékeken.

Kísérleti vizsgálatok azt mutatják, hogy a levegőrétegek hőellenállása be téglafalazat a táblázatban feltüntetett értékekhez képest körülbelül a felére csökken. 1.8. Ha a téglák közötti hézagokat nem kellően töltik ki habarccsal (például téli munkavégzéskor), a falazat légáteresztő képessége megnőhet, a légrétegek hőellenállása megközelítheti a nullát. A légréses szerkezetek megfelelő védelme a levegő behatolásától feltétlenül szükséges a burkolószerkezetek szükséges hőfizikai tulajdonságainak biztosításához.

Néha betonban ill kerámia blokkok rövid hosszúságú téglalap alakú üregeket biztosítanak, amelyek gyakran közelítenek egy négyzet alakúhoz. Az ilyen üregekben a sugárzó hő átadása megnő az oldalfalak további sugárzása miatt. Az α l értékének növekedése jelentéktelen, ha a réteg hosszának és vastagságának aránya 3:1 vagy több; négyzet alakú vagy kerek üregekben ez a növekedés eléri a 20%-ot. Az ekvivalens hővezetési együttható, figyelembe véve a hőátadást konvekcióval és sugárzással jelentős méretű (70-100 mm) négyzetes és kerek üregekben, jelentősen megnő, és ezért az ilyen üregek használata korlátozott hővezető képességű anyagokban ( 0,50 kcal/m h fok és kevesebb) hőfizikai szempontból nincs értelme. Nehézbetontermékekben a megadott méretű négyzetes vagy kerek üregek használata főként gazdasági jelentősége(fogyás); ez az érték elvész a fényből készült termékeknél és cellás beton, mivel az ilyen üregek használata a burkolati szerkezetek hőellenállásának csökkenéséhez vezethet.

Ezzel szemben lapos vékony légrétegek alkalmazása javasolt, különösen, ha többsoros, lépcsőzetesen vannak elrendezve (1.13. ábra). A légrétegek egy sorban történő elhelyezésekor hatékonyabb a szerkezet külső részébe helyezni (ha a légtömörsége biztosított), mivel az ilyen rétegek hőállósága hideg időszakév növekszik.

A hideg föld alatti szigetelt pincefödémekben a levegőrétegek alkalmazása ésszerűbb, mint a külső falakban, mivel ezeknek a szerkezeteknek a vízszintes rétegeiben jelentősen csökken a konvekciós hőátadás.

A légrétegek hőfizikai hatásfoka nyári körülmények között (helyiségek túlmelegedése elleni védelem) csökken az év hideg időszakához képest; ezt a hatékonyságot azonban növeli a külső levegővel éjszaka szellőztetett közbenső rétegek alkalmazása.

A tervezésnél célszerű szem előtt tartani, hogy a légréses bekerítő szerkezetek nedvességtehetetlensége kisebb, mint a tömöreknél. Száraz körülmények között a légrésekkel rendelkező (szellőztetett és zárt) szerkezetek gyorsan ki vannak téve a hatásnak természetes szárításés további hővédő tulajdonságokat szerezzen az anyag alacsony nedvességtartalma miatt; be nedves területeképpen ellenkezőleg, a zárt rétegű szerkezetek nagyon bevizesedhetnek, ami a termofizikai tulajdonságok elvesztésével és idő előtti tönkremenetelének valószínűségével jár.

Az előző előadásból egyértelműen kiderült, hogy a levegőrétegeken keresztüli hőátadás nagymértékben függ a sugárzástól. A légrés hőállóságának növelésére korlátozott tartósságú fényvisszaverő szigetelés (alumínium fólia, festék stb.) alkalmazása azonban csak száraz, korlátozott élettartamú épületszerkezetekben lehet célszerű; száraz, állandó épületeknél a fényvisszaverő szigetelés járulékos hatása is hasznos, de figyelembe kell venni, hogy a szerkezetek termofizikai tulajdonságai a fényvisszaverő tulajdonságainak elvesztése mellett sem lehetnek kisebbek a normál működéshez szükségesnél. a szerkezetekről.

Kőben és beton szerkezetek magas kezdeti páratartalom mellett (valamint párás helyiségekben) az alumíniumfólia használata értelmét veszti, mivel fényvisszaverő tulajdonságai gyorsan romolhatnak az alumínium korróziója miatt nedves lúgos környezetben. A fényvisszaverő szigetelés alkalmazása vízszintes zárt légterekben a leghatékonyabb, ha a hőáram fentről lefelé halad (pincepadló stb.), vagyis olyan esetekben, amikor szinte nincs konvekció és a hőátadás főként sugárzással történik.

Elegendő csak a légréteg egyik felületét letakarni fényvisszaverő szigeteléssel (a melegebbet, ami viszonylag garantált az időnkénti páralecsapódás ellen, ami gyorsan rontja a szigetelés fényvisszaverő tulajdonságait).

A légrétegek vastagság szerinti termofizikai megvalósíthatóságával kapcsolatban felmerülő javaslatok vékony alumíniumfóliából készült ernyőkkel a sugárzó hő fluxusának éles csökkentése érdekében nem használhatók állandó épületek szerkezeteinek bekerítésére, mivel az ilyen hővédelem alacsony üzembiztonsága nem felel meg ezen épületek szerkezeteinek megkívánt tartósságának.

A fényvisszaverő szigetelésű légréteg hőellenállásának számított értéke melegebb felületen megközelítőleg kétszerese a táblázatban feltüntetett értékekhez képest. 1.8.

A déli régiókban a légrésekkel rendelkező szerkezetek meglehetősen hatékonyan védik a helyiségeket a túlmelegedéstől; A fényvisszaverő szigetelés alkalmazása ilyen körülmények között különösen hasznossá válik, mivel a meleg évszakban a hő túlnyomó részét sugárzás adja át. A kerítések hőszigetelő tulajdonságainak növelése és súlyuk csökkentése érdekében a külső falakat célszerű árnyékolni többszintes épületek fényvisszaverő tartós felületek (pl. polírozott alumínium lemezek) úgy, hogy a paravánok alatt légrés legyen, amelyek másik felületét festékkel vagy egyéb gazdaságos fényvisszaverő szigeteléssel vonják be.

A légterek megnövekedett konvekciója (például a szomszédos terület árnyékos, zöld és vizes területeiről érkező külső levegővel történő aktív szellőztetés miatt) nyáron pozitív termofizikai folyamattá alakul, ellentétben a téli körülmények, amikor az ilyen típusú hőátadás a legtöbb esetben teljesen nem kívánatos.

Hő- és nedvességátadás külső kerítésen keresztül

A hőátadás alapjai az épületben

A hő mindig a melegebb környezetből a hidegebbbe kerül. Azt a folyamatot, amely a tér egyik pontjából a másikba hőátadja hőmérséklet-különbség hatására, ún hőátadásés kollektív, mivel három alapvető hőcserét tartalmaz: hővezető képesség (vezetés), konvekció és sugárzás. Így, potenciális a hőátadás az hőmérséklet különbség.

Hővezetőképesség

Hővezetőképesség- egyfajta hőátadás szilárd, folyékony vagy gáznemű anyag álló részecskéi között. A hővezető képesség tehát az anyagi környezet egymással közvetlenül érintkező részecskéi vagy szerkezeti elemei közötti hőcsere. A hővezető képesség vizsgálatakor egy anyagot szilárd tömegnek tekintünk, molekulaszerkezetét figyelmen kívül hagyjuk. Tiszta formájában a hővezető képesség csak szilárd anyagokban fordul elő, mivel folyékony és gáznemű közegben szinte lehetetlen biztosítani az anyag mozdulatlanságát.

A legtöbb építőanyag az porózus testek. A pórusok olyan levegőt tartalmaznak, amely képes mozogni, vagyis konvekcióval hőátadni. Úgy tartják, hogy az építőanyagok hővezető képességének konvektív komponense kicsinysége miatt elhanyagolható. A póruson belül sugárzó hőcsere megy végbe a falak felületei között. Az anyagok pórusaiban a sugárzás általi hőátadást főként a pórusok mérete határozza meg, mivel minél nagyobb a pórus, annál nagyobb a hőmérsékletkülönbség a falai között. Ha figyelembe vesszük a hővezető képességet, ennek a folyamatnak a jellemzői az anyag teljes tömegéhez kapcsolódnak: a váz és a pórusok együttesen.

Az épület burkolata általában sík-párhuzamos falak, amelyben a hőátadás egy irányban megy végbe. Ráadásul általában amikor hőtechnikai számítások külső burkolószerkezetek, feltételezzük, hogy hőátadás történik, amikor álló hőviszonyok, azaz a folyamat összes jellemzője időben állandó: hőáramlás, hőmérséklet minden ponton, építőanyagok termofizikai jellemzői. Ezért fontos mérlegelni egydimenziós stacionárius hővezető képesség folyamata homogén anyagban, amelyet a Fourier-egyenlet ír le:

Ahol q T - felületi hőáram sűrűsége rá merőleges síkon áthaladva hőáramlás, W/m2;

λ - az anyag hővezető képessége, W/m. o C;

t- az x tengely mentén változó hőmérséklet, °C;

A kapcsolatot úgy hívják hőmérséklet gradiens, körülbelül S/m, és ki van jelölve grad t. A hőmérsékleti gradiens a hőmérséklet növekedése felé irányul, ami a hőelnyeléssel és a hőáramlás csökkenésével jár. A (2.1) egyenlet jobb oldalán lévő mínusz jel azt mutatja, hogy a hőáramlás növekedése nem esik egybe a hőmérséklet emelkedésével.

A λ hővezető képesség az anyagok egyik fő hőtani jellemzője. A (2.1) egyenletből következően egy anyag hővezető képessége az anyag hővezető képességének mértéke, amely számszerűen egyenlő az áramlási irányra merőlegesen 1 m 2 területen áthaladó hőárammal, hőmérsékleti gradienssel. 1 o C/m-nek megfelelő áramlás mentén (1. ábra). Hogyan több értéketλ, minél intenzívebb a hővezetési folyamat egy ilyen anyagban, annál nagyobb a hőáramlás. Ezért hőszigetelő anyagoknak azokat az anyagokat kell tekinteni, amelyek hővezető képessége kisebb, mint 0,3 W/m. S-ről.

izotermák; - ------ - hőáramlási vezetékek.

Az építőanyagok hővezető képességének változása, azok változásával sűrűség annak a ténynek köszönhető, hogy szinte minden építőanyag áll csontváz- a fő építőanyag és a levegő. K.F. Fokin a következő adatokat hozza fel példaként: egy abszolút sűrű (pórusok nélküli) anyag hővezető képessége természetétől függően 0,1 W/m o C (műanyag esetén) 14 W/m o C (kristályos) hővezető képességgel rendelkezik. anyagok hőáramlása a kristályos felület mentén), míg a levegő hővezető képessége körülbelül 0,026 W/m o C. Minél nagyobb az anyag sűrűsége (kisebb a porozitás), annál nagyobb a hővezető képessége. Nyilvánvaló, hogy a könnyű hőszigetelő anyagok viszonylag alacsony sűrűségűek.

A váz porozitásában és hővezető képességében mutatkozó különbségek az anyagok hővezető képességének különbségeit eredményezik, még azonos sűrűség esetén is. Például a következő anyagok (1. táblázat) azonos sűrűségben, ρ 0 =1800 kg/m 3, különböző hővezető képességgel rendelkeznek:

1. táblázat.

Az azonos sűrűségű anyagok hővezető képessége 1800 kg/m 3.

Az anyag sűrűségének csökkenésével a hővezető képessége l csökken, mivel az anyagváz hővezető képességében a vezető komponens hatása csökken, de a sugárzási komponens hatása nő. Ezért a sűrűség bizonyos érték alatti csökkenése a hővezető képesség növekedéséhez vezet. Vagyis van egy bizonyos sűrűségi érték, amelynél a hővezető képességnek minimális értéke van. Becslések szerint 20 o C-on 1 mm átmérőjű pórusokban a sugárzás általi hővezetési tényező 0,0007 W/ (m°C), 2 mm átmérőjűnél - 0,0014 W/ (m°C) stb. Így a kis sűrűségű és nagy pórusméretű hőszigetelő anyagok esetében a sugárzás általi hővezető képesség jelentőssé válik.

Egy anyag hővezető képessége nő a hőmérséklet emelkedésével, amelyen a hőátadás megtörténik. Az anyagok hővezető képességének növekedése a növekedéssel magyarázható mozgási energia egy anyag vázának molekulái. Az anyag pórusaiban lévő levegő hővezető képessége és a besugárzással beléjük jutó hőátadás intenzitása is megnő. Az építőipari gyakorlatban a hővezető képesség függése a hőmérséklettől nagy jelentőségű Nincs szükség a 100 o C-ig terjedő hőmérsékleten nyert anyagok hővezető képességének átszámítására a 0 o C-os értékekre, az O.E. tapasztalati képlet segítségével. Vlasova:

λ o = λ t / (1+β .t), (2.2)

ahol λ o az anyag hővezető képessége 0 o C-on;

λ t - az anyag hővezető képessége t o C-on;

β - a hővezető képesség változásának hőmérsékleti együtthatója, 1/ o C, különböző anyagok esetén, körülbelül 0,0025 1/ o C;

t az anyag azon hőmérséklete, amelyen a hővezetési együtthatója egyenlő λ t-vel.

Egy δ vastagságú lapos homogén fal esetén (2. ábra) a hővezető képesség által a homogén falon áthaladó hőáramot a következő egyenlettel fejezhetjük ki:

Ahol τ1,τ2- hőmérséklet értékek a falfelületeken, o C.

A (2.3) kifejezésből az következik, hogy a hőmérséklet-eloszlás a falvastagságon lineáris. A δ/λ mennyiség neve az anyagréteg hőállóságaés megjelölve R T, m 2. o C/W:

2. ábra. Hőmérséklet eloszlás lapos homogén falban

Ezért a hőáramlás q T, W/m 2, egyenletes, sík-párhuzamos vastagságú falon keresztül δ , m, λ, W/m hővezető képességű anyagból. o C, formába írható

A réteg hőellenállása a hővezető képességgel szembeni ellenállás, amely megegyezik a réteg szemközti felületeinek hőmérséklet-különbségével, amikor 1 W/m 2 felületi sűrűségű hőáram halad át rajta.

A hővezető képességgel történő hőátadás az épületburkolat anyagrétegeiben történik.

Konvekció

Konvekció- hőátadás anyagrészecskék mozgatásával. Konvekció csak folyékony és gáznemű anyagokban, valamint folyékony vagy gáznemű közeg és felület között szilárd. Ebben az esetben a hőátadás a hővezető képességgel történik. A konvekció és a hővezetés együttes hatását a felszín közelében lévő határterületen konvektív hőátadásnak nevezzük.

A konvekció az épületburkolatok külső és belső felületén történik. A konvekció jelentős szerepet játszik a helyiség belső felületeinek hőcseréjében. at különböző jelentések a felület és a vele szomszédos levegő hőmérséklete, a hőátadás alacsonyabb hőmérséklet felé irányul. A konvekció útján továbbított hőáram függ a felületet mosó folyadék vagy gáz mozgásmódjától, a mozgó közeg hőmérsékletétől, sűrűségétől és viszkozitásától, a felület érdességétől, a felület hőmérséklete közötti különbségtől, ill. a környező közeg.

A felület és a gáz (vagy folyadék) közötti hőcsere a gázmozgás természetétől függően eltérően megy végbe. Megkülönböztetni természetes és kényszerített konvekció. Az első esetben a gáz mozgása a felület és a gáz közötti hőmérséklet-különbség miatt következik be, a másodikban - a folyamaton kívüli erők (ventilátorok működése, szél) miatt.

A kényszerített konvekciót általában a természetes konvekció folyamata is kísérheti, de mivel a kényszerkonvekció intenzitása észrevehetően meghaladja a természetes konvekció intenzitását, a kényszerített konvekciót figyelembe véve a természetes konvekciót gyakran figyelmen kívül hagyják.

A jövőben csak a konvektív hőátadás stacionárius folyamatait veszik figyelembe, amelyek a levegő bármely pontján állandó sebességet és hőmérsékletet vesznek fel. De mivel a helyiség elemek hőmérséklete meglehetősen lassan változik, a stacionárius körülményekre kapott függőségek kiterjeszthetők a folyamatra. a helyiség nem helyhez kötött termikus viszonyai, amelyben minden vizsgált pillanatban a kerítések belső felületein a konvektív hőcsere folyamata állónak tekinthető. A stacionárius körülményekre kapott függőségek kiterjeszthetők arra az esetre is, ha a konvekció természete hirtelen megváltozik természetesről kényszerítettre, például amikor egy recirkulációs helyiségfűtő berendezés (fan coil vagy split rendszer bekapcsolódik a hőszivattyú). Egyrészt az új légmozgási mód gyorsan kialakul, másrészt a hőátadási folyamat mérnöki értékelésének szükséges pontossága kisebb, mint az átmeneti állapot alatti hőáramlási korrekció hiányából adódó esetleges pontatlanságok.

A fűtési és szellőzési számítások mérnöki gyakorlata szempontjából fontos a körülzáró szerkezet vagy cső felülete és a levegő (vagy folyadék) közötti konvektív hőcsere. A gyakorlati számításokban a Newton-egyenleteket használják a konvektív hőáramlás becslésére (3. ábra):

, (2.6)

Ahol q to- hőáramlás, W, amely konvekció útján továbbítódik egy mozgó közegből a felszínre vagy fordítva;

t a- a falfelületet mosó levegő hőmérséklete, o C;

τ - falfelület hőmérséklete, o C;

α to- konvektív hőátadási tényező a falfelületen, W/m 2. o C.

3. ábra Konvektív hőcsere a fal és a levegő között

konvekciós hőátadási tényező, a to - fizikai mennyiség, számszerűen megegyezik a levegőből a szilárd test felületére konvektív hőcserével a levegő hőmérséklete és a testfelület hőmérséklete közötti különbséggel 1 o C-kal átvitt hőmennyiséggel.

Ezzel a megközelítéssel az összes bonyolultságot fizikai folyamat a konvektív hőátadást a hőátbocsátási tényező tartalmazza, a to. Természetesen ennek az együtthatónak az értéke számos érv függvénye. Gyakorlati használatra nagyon közelítő értékeket fogadunk el a to.

A (2.5) egyenlet kényelmesen átírható a következőképpen:

Ahol R to - ellenállás a konvektív hőátadással szemben a körülzáró szerkezet felületén m 2. o C/W, megegyezik a kerítés felületén fellépő hőmérséklet és a levegő hőmérsékletének különbségével 1 W/m 2 felületi sűrűségű hőáram áthaladása során. a felszínt a levegőbe vagy fordítva. Ellenállás R to a konvektív hőátbocsátási tényező reciproka a to:

Sugárzás

A sugárzás (sugárzó hőátadás) a hőnek a felületről a felületre történő átadása egy sugárzás számára átlátszó közegen keresztül, elektromágneses hullámok hővé átalakulásával (4. ábra).

4. ábra. Sugárzó hőcsere két felület között

Bármely fizikai test, amelynek hőmérséklete eltér az abszolút nullától, elektromágneses hullámok formájában energiát bocsát ki a környező térbe. Az elektromágneses sugárzás tulajdonságait a hullámhossz jellemzi. A 0,76-50 mikron közötti hullámhosszúságú sugárzást infravörösnek nevezzük.

Például a sugárzó hőcsere a helyiség felé néző felületek között, különböző épületek külső felületei között, valamint a föld és az ég felülete között megy végbe. Fontos a sugárzó hőcsere a helyiségburkolatok belső felületei és a fűtőberendezés felülete között. Mindezekben az esetekben a hőhullámokat továbbító sugárzó közeg a levegő.

A sugárzó hőátadás során a hőáram kiszámításának gyakorlatában egyszerűsített képletet használnak. A q l sugárzás általi hőátadás intenzitását W/m 2 a sugárzó hőátadásban részt vevő felületek hőmérséklet-különbsége határozza meg:

, (2.9)

ahol τ 1 és τ 2 a sugárzó hőt cserélő felületek hőmérsékleti értékei, o C;

α l - sugárzó hőátadási tényező a falfelületen, W/m 2. o C.

Sugárzási hőátbocsátási tényező, a l- olyan fizikai mennyiség, amely számszerűen megegyezik a sugárzás által egyik felületről a másikra átvitt hőmennyiséggel, ha a felületek hőmérséklete közötti különbség 1 o C.

Mutassuk be a fogalmat sugárzó hőátadással szembeni ellenállásR l a körülzáró szerkezet felületén m 2. o C/W, amely megegyezik a sugárzó hőt cserélő kerítések felületein 1 W/m 2 felületsűrűségű hőáram felületről felületre történő áthaladásakor keletkező hőmérséklet-különbséggel.

Ekkor a (2.8) egyenlet a következőképpen írható át:

Ellenállás R l a sugárzási hőátbocsátási tényező reciproka a l:

A levegőréteg hőellenállása

Az egységesség, a hőátadási ellenállás érdekében zárt légréseket a befoglaló szerkezet rétegei között elhelyezkedő ún hőellenállás R be. p, m 2. o C/W.

A légrésen keresztüli hőátadás diagramja az 5. ábrán látható.

5. ábra. Hőcsere a légrésben

A légrésen áthaladó hőáramlás q be. n, W/m2, a hővezető képesség által átadott áramlásokból áll (2) q t, W/m 2 , konvekció (1) q to, W/m 2 és sugárzás (3) q l, W/m 2 .

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

Ebben az esetben a legnagyobb a sugárzás által átvitt fluxus részaránya. Tekintsünk egy zárt függőleges légréteget, amelynek felületein a hőmérséklet-különbség 5 o C. A réteg vastagságának 10 mm-ről 200 mm-re történő növelésével a sugárzás hatására a hőáramlás aránya 60%-ról nő. 80%-ra. Ebben az esetben a hővezető képesség által átadott hő részaránya 38%-ról 2%-ra csökken, a konvektív hőáram aránya pedig 2%-ról 20%-ra nő.

Ezen összetevők közvetlen kiszámítása meglehetősen körülményes. Ezért be szabályozó dokumentumokat zárt légrétegek hőállóságáról ad adatokat, amelyeket a huszadik század 50-es éveiben állított össze K.F. Fokin kísérleti eredményei alapján M.A. Mikheeva. Ha a légrés egyik vagy mindkét felületén hővisszaverő alufólia van, amely akadályozza a sugárzó hőátadást a légrést keretező felületek között, akkor a hőellenállást meg kell duplázni. A zárt légrétegek hőellenállásának növelése érdekében ajánlott szem előtt tartani az alábbi kutatási következtetéseket:

1) a kis vastagságú rétegek hőtechnikai szempontból hatékonyak;

2) ésszerűbb több kis vastagságú réteget készíteni a kerítésben, mint egy nagyot;

3) célszerű a légréseket közelebb helyezni a kerítés külső felületéhez, mivel ebben az esetben téli idő a sugárzás általi hőáram csökken;

4) a külső falak függőleges rétegeit vízszintes membránokkal kell elválasztani a padlóközi mennyezetek szintjén;

5) a sugárzás által átvitt hőáram csökkentése érdekében a közbenső réteg egyik felületét körülbelül ε = 0,05 emissziós tényezőjű alumíniumfóliával lehet lefedni. A légrés mindkét felületének fóliával való lefedése gyakorlatilag nem csökkenti a hőátadást az egyik felület lefedéséhez képest.

Kérdések az önkontrollhoz

1. Mi a hőátadási potenciál?

2. Sorolja fel a hőátadás elemi típusait!

3. Mi a hőátadás?

4. Mi a hővezető képesség?

5. Mekkora egy anyag hővezető képessége?

6. Írja fel a többrétegű falban a belső t in és a külső t n felületek ismert hőmérsékletén a hővezető képesség által továbbított hőáram képletét!

7. Mi a hőellenállás?

8. Mi a konvekció?

9. Írja fel a levegőből a felületre konvekcióval átvitt hőáramlás képletét!

10. A konvektív hőátbocsátási tényező fizikai jelentése.

11. Mi a sugárzás?

12. Írja fel az egyik felületről a másikra sugárzás által átvitt hőáram képletét!

13. A sugárzási hőátbocsátási tényező fizikai jelentése.

14. Hogyan nevezzük az épületburokban lévő zárt légrés hőátadási ellenállását?

15. Milyen típusú hőáramból áll a légrétegen áthaladó teljes hőáramlás?

16. Milyen jellegű hőáram uralkodik a légrétegen áthaladó hőáramban?

17. Hogyan befolyásolja a légrés vastagsága a benne lévő áramlások eloszlását.

18. Hogyan csökkenthető a hőáramlás a légrésen?

.
1.3 Az épület, mint egységes energiarendszer.
2. Hő- és nedvességátadás külső kerítéseken keresztül.
2.1 Az épület hőátadásának alapjai.
2.1.1 Hővezetőképesség.
2.1.2 Konvekció.
2.1.3 Sugárzás.
2.1.4 A levegőréteg hőellenállása.
2.1.5 Hőátbocsátási tényezők belső és külső felületeken.
2.1.6 Hőátadás többrétegű falon keresztül.
2.1.7 Csökkentett hőátadási ellenállás.
2.1.8 Hőmérséklet eloszlása ​​a kerítés szakaszán.
2.2 Burkolatszerkezetek páratartalmi feltételei.
2.2.1 A kerítésekben a nedvesség megjelenésének okai.
2.2.2 A külső kerítések nedvesítésének negatív következményei.
2.2.3 A nedvesség és az építőanyagok kapcsolata.
2.2.4 Nedves levegő.
2.2.5 Anyag nedvességtartalma.
2.2.6 Szorpció és deszorpció.
2.2.7 A kerítések páraáteresztő képessége.
2.3 Külső kerítések légáteresztő képessége.
2.3.1 Alapvető rendelkezések.
2.3.2 Nyomáskülönbség a kerítések külső és belső felületén.
2.3.3 Építőanyagok légáteresztő képessége.

2.1.4 A levegőréteg hőellenállása.

Az egységesség, a hőátadási ellenállás érdekében zárt légréseket a befoglaló szerkezet rétegei között elhelyezkedő ún hőellenállás R v.p, m². ºС/W.
A légrésen keresztüli hőátadás diagramja az 5. ábrán látható.

5. ábra. Hőcsere a levegőrétegben.

A légrésen áthaladó hőáram q v.p , W/m² , hővezető képességgel átvitt áramlásokból áll (2) q t, W/m² , konvekció (1) q к , W/m² , és sugárzás (3) q l , W/m² .

(2.12)

Ebben az esetben a legnagyobb a sugárzás által átvitt fluxus részaránya. Tekintsünk egy zárt függőleges légréteget, melynek felületein a hőmérsékletkülönbség 5ºC. A réteg vastagságának 10 mm-ről 200 mm-re történő növekedésével a sugárzás okozta hőáram aránya 60%-ról 80%-ra nő. Ebben az esetben a hővezető képesség által átadott hő részaránya 38%-ról 2%-ra csökken, a konvektív hőáram aránya pedig 2%-ról 20%-ra nő.
Ezen összetevők közvetlen kiszámítása meglehetősen körülményes. Ezért a szabályozó dokumentumok a zárt légrétegek hőállóságáról szolgáltatnak adatokat, amelyeket K.F állított össze a huszadik század 50-es éveiben. Fokin kísérleteinek eredményei alapján M.A. Mikheeva. Ha a légrés egyik vagy mindkét felületén hővisszaverő alufólia van, amely akadályozza a sugárzó hőátadást a légrést keretező felületek között, akkor a hőellenállást meg kell duplázni. A zárt légrétegek hőellenállásának növelése érdekében ajánlott szem előtt tartani az alábbi kutatási következtetéseket:
1) a kis vastagságú rétegek hőtechnikai szempontból hatékonyak;
2) ésszerűbb több kis vastagságú réteget készíteni a kerítésben, mint egy nagyot;
3) a légréseket célszerű közelebb helyezni a kerítés külső felületéhez, mivel ez télen csökkenti a sugárzás általi hőáramlást;
4) a külső falak függőleges rétegeit vízszintes membránokkal kell elválasztani a padlóközi mennyezetek szintjén;
5) a sugárzás által átvitt hőáram csökkentése érdekében a közbenső réteg egyik felületét körülbelül ε = 0,05 emissziós tényezőjű alumíniumfóliával lehet lefedni. A légrés mindkét felületének fóliával való lefedése gyakorlatilag nem csökkenti a hőátadást az egyik felület lefedéséhez képest.
Kérdések az önkontrollhoz
1. Mi a hőátadási potenciál?
2. Sorolja fel a hőátadás elemi típusait!
3. Mi a hőátadás?
4. Mi a hővezető képesség?
5. Mekkora egy anyag hővezető képessége?
6. Írja fel a többrétegű falban a hővezető képesség által átadott hőáram képletét a belső felületek tв és a külső felületek tн ismert hőmérsékletén!
7. Mi a hőellenállás?
8. Mi a konvekció?
9. Írja fel a levegőből a felületre konvekcióval átvitt hőáramlás képletét!
10. A konvektív hőátbocsátási tényező fizikai jelentése.
11. Mi a sugárzás?
12. Írja fel az egyik felületről a másikra sugárzás által átvitt hőáram képletét!
13. A sugárzási hőátbocsátási tényező fizikai jelentése.
14. Hogyan nevezzük az épületburokban lévő zárt légrés hőátadási ellenállását?
15. Milyen típusú hőáramból áll a légrétegen áthaladó teljes hőáramlás?
16. Milyen jellegű hőáram uralkodik a légrétegen áthaladó hőáramban?
17. Hogyan befolyásolja a légrés vastagsága a benne lévő áramlások eloszlását.
18. Hogyan csökkenthető a hőáramlás a légrésen?

A cikk olyan hőszigetelő rendszer kialakítását tárgyalja, amelyben a hőszigetelés és az épület fala között zárt légrés van. Javasoljuk, hogy a hőszigetelésben páraáteresztő betéteket alkalmazzanak, hogy megakadályozzák a páralecsapódást a levegőrétegben. Megadunk egy módszert a betétek területének kiszámítására a hőszigetelés használati feltételeitől függően.

Ez a cikk azt a hőszigetelő rendszert írja le, amelyben a hőszigetelés között holt légtér található és a az épület külső fala. A hőszigetelésben vízpára-áteresztő betéteket javasolunk, hogy megakadályozzuk a páralecsapódást a légtérben. A betétek területének kiszámításának módszerét a hőszigetelés használatának körülményeitől függően javasoltuk.

BEVEZETÉS

A légrés számos épületburkolat eleme. A munka a zárt és szellőztetett légrétegű bekerítő szerkezetek tulajdonságait vizsgálta. Ugyanakkor alkalmazásának sajátosságai sok esetben megkívánják az épületfűtéstechnikai problémák megoldását sajátos használati feltételek mellett.

A szellőző légrétegű hőszigetelő rendszer kialakítása ismert és széles körben alkalmazott az építőiparban. Ennek a rendszernek a fő előnye a könnyű vakolatrendszerekkel szemben az épületszigetelési munkák elvégzésének képessége egész évben. A szigetelésrögzítő rendszert először az épület burkolatára kell rögzíteni. A szigetelés ehhez a rendszerhez van rögzítve. A szigetelés külső védelme attól bizonyos távolságra kerül elhelyezésre, így a szigetelés és a külső kerítés között légrés képződik. A szigetelőrendszer kialakítása lehetővé teszi a légrés szellőzését a felesleges nedvesség eltávolítása érdekében, ami csökkenti a szigetelésben lévő nedvesség mennyiségét. Ennek a rendszernek a hátrányai közé tartozik a bonyolultság és a szigetelőanyagok használatának szükségessége, hogy olyan iparvágány-rendszereket kell alkalmazni, amelyek biztosítják a levegő mozgatásához szükséges távolságot.

Ismeretes olyan szellőzőrendszer, amelyben a légrés közvetlenül az épület falával szomszédos. A hőszigetelés háromrétegű panelek formájában készül: a belső réteg hőszigetelő anyag, a külső rétegek alumínium ill. alumínium fólia. Ez a kialakítás megvédi a szigetelést a légköri nedvesség és a helyiség nedvesség behatolásától. Ezért tulajdonságai nem romlanak semmilyen üzemi körülmény között, ami akár 20%-os szigetelést is megtakarít a hagyományos rendszerekhez képest. E rendszerek hátránya, hogy a réteget szellőztetni kell az épület helyiségeiből kivándorló nedvesség eltávolítása érdekében. Ez a rendszer hőszigetelő tulajdonságainak csökkenéséhez vezet. Ezen túlmenően az épületek alsó szintjéről nő a hőveszteség, mivel a rendszer alján lévő nyílásokon keresztül a rétegbe jutó hideg levegőnek időbe telik, hogy állandó hőmérsékletre melegedjen.

SZIGETELŐRENDSZER ZÁRT LEVEGŐRÉTEGVEL

Lehetőség van a zárt légréshez hasonló hőszigetelő rendszer kialakítására. Figyelmet kell fordítani arra a tényre, hogy a légmozgás a közbenső rétegben csak a nedvesség eltávolításához szükséges. Ha a nedvesség elvezetését más módon, szellőztetés nélkül oldjuk meg, akkor a fent említett hátrányok nélkül zárt légrésű hőszigetelő rendszert kapunk.

A probléma megoldásához a hőszigetelő rendszernek az ábrán látható formájúnak kell lennie. 1. Az épület hőszigetelését páraáteresztő betétekkel kell elvégezni hőszigetelő anyag például ásványgyapot. A hőszigetelő rendszert úgy kell elhelyezni, hogy a közbenső rétegből a gőz távozzon, és a benne lévő páratartalom a közbenső réteg harmatpontja alatt legyen.

1 – épület fala; 2 – rögzítőelemek; 3 – hőszigetelő panelek; 4 – gőz- és hőszigetelő betétek

Rizs. 1. Hőszigetelés páraáteresztő betétekkel

A közbenső réteg telített gőznyomására a következő kifejezést írhatjuk fel:

A közbenső rétegben lévő levegő hőellenállását figyelmen kívül hagyva meghatározzuk a közbenső rétegen belüli átlagos hőmérsékletet a képlet segítségével

(2)

Ahol Ón, T ki– az épületen belüli és a külső levegő hőmérséklete, o C;

R 1 , R 2 – a fal és a hőszigetelés hőátadási ellenállása, m 2 × o C/W.

A helyiségből az épület falán át vándorló gőzre felírhatjuk az egyenletet:

(3)

Ahol P be, P– részleges gőznyomás a helyiségben és a közbenső rétegben, Pa;

S 1 – az épület külső falának területe, m2;

k pp1 – a fal páraáteresztő képességének együtthatója, egyenlő:

Itt R pp1 = m 1 / l 1 ;

m 1 – a falanyag páraáteresztőképességi együtthatója, mg/(m×h×Pa);

l 1 – falvastagság, m.

Az épület hőszigetelésében a légrésből a páraáteresztő betéteken keresztül kivándorló gőzre felírhatjuk az egyenletet:

(5)

Ahol P ki– a gőz parciális nyomása a külső levegőben, Pa;

S 2 – páraáteresztő hőszigetelő betétek területe az épület hőszigetelésében, m2;

k pp2 – a betétek páraáteresztő képességének együtthatója, egyenlő:

Itt R pp2 = m 2 / l 2 ;

m 2 – a páraáteresztő betét anyagának páraáteresztőképességi együtthatója, mg/(m×h×Pa);

l 2 – betétvastagság, m.

A (3) és (5) egyenlet jobb oldalának egyenlővé tételével, és az így kapott egyenlet megoldásával a közbenső rétegben lévő gőz egyenlege tekintetében P, a közbenső rétegben lévő gőznyomás értékét a következő formában kapjuk meg:

(7)

ahol e = S 2 /S 1 .

Miután felírta a feltételt, hogy a levegőrétegben ne legyen páralecsapódás egyenlőtlenség formájában:

és ennek megoldása után megkapjuk a páraáteresztő betétek teljes területének és a falfelület arányának szükséges értékét:

Az 1. táblázat bemutatja a zárt szerkezetek egyes lehetőségeire kapott adatokat. A számítások során azt feltételeztük, hogy a páraáteresztő betét hővezetési tényezője egyenlő az együtthatóval a rendszer fő hőszigetelésének hővezető képessége.

1. táblázat: ε értéke különböző fal opciókhoz

Fal anyaga	l 1 , m	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)	Hőmérséklet, kb C			Nyomás, Pa
											P minket
Gáz-szilikát tégla
Kerámia tégla

Az 1. táblázatban szereplő példák azt mutatják, hogy a hőszigetelés és az épület fala között zárt légréssel is lehet hőszigetelést tervezni. Egyes falszerkezeteknél, mint az 1. táblázat első példájában, megteheti páraáteresztő betét nélkül. Más esetekben a páraáteresztő betétek területe jelentéktelen lehet a szigetelt fal területéhez képest.

HŐSZIGETELŐ RENDSZER SZABÁLYOZOTT HŐJELLEMZŐKKEL

A hőszigetelő rendszerek tervezése az elmúlt ötven évben jelentős fejlődésen ment keresztül, ma már a tervezők rendelkezésére állnak nagy választék anyagok és szerkezetek: a szalma felhasználásától a vákuum hőszigetelésig. Lehetőség van aktív hőszigetelő rendszerek alkalmazására is, amelyek adottságai lehetővé teszik az épületek energiaellátó rendszerébe való beépítésüket. Ebben az esetben a hőszigetelő rendszer tulajdonságai is változhatnak a körülményektől függően környezet, állandó szintű hőveszteséget biztosítva az épületből a külső hőmérséklettől függetlenül.

Ha rögzített hőveszteségi szintet állít be K az épületburkon keresztül a csökkentett hőátadási ellenállás szükséges értékét a képlet határozza meg

(10)

Ezekkel a tulajdonságokkal rendelkezhet egy átlátszó külső rétegű vagy szellőző levegőrétegű hőszigetelő rendszer. Az első esetben napenergiát használnak fel, a másodikban pedig a talaj hőenergiáját egy talajhőcserélővel együtt.

Átlátszó hőszigetelésű rendszerben, amikor a nap alacsonyan van, sugarai szinte veszteség nélkül átjutnak a falon, felmelegítik, ezáltal csökkentik a helyiség hőveszteségét. IN nyári időszámítás, amikor a nap magasan a horizont felett van, a napsugarak szinte teljesen visszaverődnek az épület faláról, ezáltal megakadályozzák az épület túlmelegedését. Az ellentétes hőáramlás csökkentése érdekében a hőszigetelő réteg méhsejt szerkezetűvé készül, amely a napfény csapdáját tölti be. Egy ilyen rendszer hátránya az energia újraelosztásának lehetetlensége az épület homlokzatai mentén, valamint a felhalmozó hatás hiánya. Ezenkívül ennek a rendszernek a hatékonysága közvetlenül függ a naptevékenység szintjétől.

A szerzők szerint egy ideális hőszigetelő rendszernek bizonyos mértékig élő szervezetre kell hasonlítania, és tulajdonságait a környezeti feltételektől függően széles tartományban kell variálnia. A külső hőmérséklet csökkenésekor a hőszigetelő rendszernek csökkentenie kell az épület hőveszteségét, amikor a külső levegő hőmérséklete emelkedik, a hőellenállása csökkenhet. Belépő nyáron napenergia az épületnek a külső viszonyoktól is függnie kell.

A javasolt hőszigetelő rendszer sok tekintetben a fent megfogalmazott tulajdonságokkal rendelkezik. ábrán. A 2a. ábra egy fal diagramját mutatja a javasolt hőszigetelő rendszerrel. 2b – hőmérsékleti grafikon a hőszigetelő rétegben légrés nélkül és légrés jelenlétében.

A hőszigetelő réteg szellőző légréteggel készül. Ha a levegő a grafikon megfelelő pontjánál magasabb hőmérséklettel halad át rajta, a hőszigetelő rétegben a faltól a közbenső rétegig terjedő hőmérsékleti gradiens nagysága csökken a közbenső réteg nélküli hőszigeteléshez képest, ami csökkenti a hőszigetelő réteg hőveszteségét. épület a falon keresztül. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy az épület hőveszteségének csökkenését a közbenső rétegben lévő légáramlás által leadott hő kompenzálja. Vagyis a levegő hőmérséklete a közbenső réteg kimeneténél alacsonyabb lesz, mint a bemeneti nyílásnál.

Rizs. 2. A hőszigetelő rendszer diagramja (a) és hőmérsékleti grafikonja (b)

A légréses falon keresztüli hőveszteség számítási problémájának fizikai modelljét az ábra mutatja be. 3. A modell hőmérlegének egyenlete a következő:

Rizs. 3. Az épület burkolatán keresztüli hőveszteség számítási diagramja

A hőáramlás kiszámításakor figyelembe veszik a hőátadás vezetőképes, konvektív és sugárzási mechanizmusait:

Ahol K 1 – hőáramlás a helyiségből a burkolat belső felületére, W/m2;

K 2 – hőáramlás a főfalon keresztül, W/m2;

K 3 – hőáramlás a légrésen, W/m2;

K 4 – hőáramlás a közbenső réteg mögötti hőszigetelő rétegen keresztül, W/m2;

K 5 – hőáramlás a körülzáró szerkezet külső felületéről a légkörbe, W/m2;

T 1 , T 2, – hőmérséklet a falfelületen, o C;

T 3 , T 4 – hőmérséklet a közbenső réteg felületén, o C;

Tk, T a– a szoba és a külső levegő hőmérséklete, o C;

s – Stefan-Boltzmann állandó;

l 1, l 2 – a főfal és a hőszigetelés hővezetési együtthatója, W/(m× o C);

e 1 , e 2 , e 12 – a fal belső felületének emissziós foka, a hőszigetelő réteg külső felületének, illetve a légrés felületeinek csökkent emissziós foka;

a in, a n, a 0 – hőátbocsátási tényező a fal belső felületén, a hőszigetelés külső felületén, illetve a légrést határoló felületeken W/(m 2 × o C).

A (14) képlet arra az esetre íródott, amikor a levegő a rétegben mozdulatlan. Abban az esetben, ha a levegő hőmérséklettel u sebességgel mozog a közbenső rétegben T helyette u K A 3. ábrán két áramlást veszünk figyelembe: a befújt levegőtől a falig:

és a kifújt levegőből a képernyőre:

Ekkor az egyenletrendszer két rendszerre bomlik:

A hőátbocsátási tényezőt a Nusselt-szám fejezi ki:

Ahol L– jellemző méret.

A Nusselt-szám kiszámításához a helyzettől függően képleteket vettek fel. A burkolatok belső és külső felületén a hőátbocsátási tényező kiszámításakor a következő képleteket kell használni:

ahol Ra= Pr×Gr – Rayleigh-kritérium;

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

A Grashof-szám meghatározásakor a falhőmérséklet és a környezeti levegő hőmérséklete közötti különbséget választottuk jellemző hőmérsékletkülönbségnek. A jellemző méreteket a fal magasságának és a rétegvastagságnak vettük.

Az a 0 hőátbocsátási tényező kiszámításakor zárt légrésben a képlet a következőből:

(22)

Ha a rétegben elmozdult a levegő, egy egyszerűbb képletet használtunk a Nusselt-szám kiszámításához:

(23)

ahol Re = v×d/n – Reynolds-szám;

d – a légrés vastagsága.

A Pr Prandtl-szám Pr értékeit, az n kinematikai viszkozitást és a levegő l hővezetési együtthatóját a hőmérséklettől függően a táblázatos értékek lineáris interpolálásával számítottuk ki. A (11) vagy (19) egyenletrendszereket numerikusan oldották meg a hőmérsékletekre vonatkozó iteratív finomítással. T 1 , T 2 , T 3 , T 4. A numerikus modellezéshez a polisztirolhabhoz hasonló, 0,04 W/(m 2 × o C) hővezetési együtthatójú hőszigetelésen alapuló hőszigetelő rendszert választottuk. A levegő hőmérsékletét a közbenső réteg bemeneténél 8 o C-nak feltételeztük, a hőszigetelő réteg teljes vastagsága 20 cm, a közbenső réteg vastagsága d– 1 cm.

ábrán. A 4. ábra a hagyományos hőszigetelő szigetelőrétegén keresztüli fajlagos hőveszteség grafikonját mutatja zárt hőszigetelő réteg jelenlétében és szellőztetett levegőréteggel. A zárt légrés szinte nem javítja a hőszigetelő tulajdonságokat. A vizsgált esetben egy mozgó légáramú hőszigetelő réteg jelenléte több mint felére csökkenti a falon keresztüli hőveszteséget mínusz 20 o C külső levegő hőmérsékleten. Az ilyen hőszigetelés hőátadási ellenállásának egyenértékű értéke ez a hőmérséklet 10,5 m 2 × o C/W, ami a 40,0 cm-nél nagyobb vastagságú expandált polisztirol rétegnek felel meg.

D d= 4 cm csendes levegővel; 3. sor – légsebesség 0,5 m/s

Rizs. 4. A fajlagos hőveszteség grafikonjai

A szigetelőrendszer hatékonysága a külső hőmérséklet csökkenésével nő. 4 o C-os külső levegő hőmérséklet mellett mindkét rendszer hatásfoka azonos. A hőmérséklet további emelkedése célszerűtlenné teszi a rendszer használatát, mivel az épület hőveszteségének növekedéséhez vezet.

ábrán. Az 5. ábra a fal külső felülete hőmérsékletének a külső levegő hőmérséklettől való függését mutatja. ábra szerint. Az 5. ábra szerint a légrés jelenléte a hagyományos hőszigeteléshez képest negatív külső levegőhőmérséklet esetén növeli a fal külső felületének hőmérsékletét. Ez azzal magyarázható, hogy a mozgó levegő a hőszigetelés belső és külső rétegének egyaránt leadja hőjét. Magas külső levegő hőmérsékleten egy ilyen hőszigetelő rendszer hűtőréteg szerepét tölti be (lásd 5. ábra).

1. sor – hagyományos hőszigetelés, D= 20 cm; 2. sor – 1 cm széles légrés van a hőszigetelésben, d= 4 cm, légsebesség 0,5 m/s

Rizs. 5. A fal külső felületének hőmérsékletfüggésekülső hőmérsékleten

ábrán. A 6. ábra a közbenső réteg kilépőnyílásánál mért hőmérséklet függését mutatja a külső levegő hőmérsékletétől. A réteg levegője lehűlve leadja energiáját a körülvevő felületeknek.

Rizs. 6. Hőmérsékletfüggés a közbenső réteg kilépésénélkülső hőmérsékleten

ábrán. A 7. ábra mutatja a hőveszteség függését a külső hőszigetelő réteg vastagságától minimális külső hőmérséklet mellett. ábra szerint. 7, minimális hőveszteség figyelhető meg d= 4 cm.

Rizs. 7. A hőveszteség függése a hőszigetelő külső réteg vastagságától minimális külső hőmérsékleten

ábrán. A 8. ábra mutatja a hőveszteség függését mínusz 20 o C külső hőmérséklet esetén a levegő sebességétől különböző vastagságú rétegben. A légsebesség 0,5 m/s fölé emelése nem befolyásolja jelentősen a hőszigetelés tulajdonságait.

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

Rizs. 8. A hőveszteség függése a levegő sebességétőlkülönböző vastagságú légrésekkel

Figyelmet kell fordítani arra a tényre, hogy a szellőztetett levegőréteg lehetővé teszi a falfelületen keresztüli hőveszteség hatékony szabályozását a levegő sebességének 0 és 0,5 m/s közötti tartományban történő változtatásával, ami a hagyományos hőszigetelésnél lehetetlen. ábrán. A 9. ábra a levegő sebességének a külső hőmérséklettől való függését mutatja egy rögzített szintű hőveszteség esetén a falon keresztül. Az épületek hővédelmének ez a megközelítése lehetővé teszi az energiaintenzitás csökkentését szellőztető rendszer ahogy a külső hőmérséklet emelkedik.

Rizs. 9. A levegő sebességének függése a külső hőmérséklettől fix szintű hőveszteséghez

A cikkben tárgyalt hőszigetelő rendszer kialakításakor a fő kérdés az energiaforrás a szivattyúzott levegő hőmérsékletének növeléséhez. Ilyen forrásként javasoljuk, hogy a hőt az épület alatti talajból vegyék ki talajhőcserélő segítségével. A talajenergia hatékonyabb felhasználása érdekében feltételezzük, hogy a légrésben lévő szellőzőrendszert zárva kell tartani, légköri levegő elszívása nélkül. Mivel télen a rendszerbe belépő levegő hőmérséklete alacsonyabb, mint a talaj hőmérséklete, a páralecsapódás problémája itt nem áll fenn.

Legtöbb hatékony felhasználása A szerzők úgy látják, hogy egy ilyen rendszer két energiaforrás felhasználását kombinálja: a nap- és a talajhőt. Ha áttérünk a korábban említett rendszerekre transzparenssel hőszigetelő réteg nyilvánvalóvá válik e rendszerek szerzőinek vágya, hogy valamilyen módon megvalósítsák a termikus dióda ötletét, vagyis megoldják a napenergia irányított átvitelének problémáját az épület falára, miközben figyelembe veszik. intézkedések a hőenergia áramlás ellenkező irányú mozgásának megakadályozására.

A külső nedvszívó réteg befesthető sötét színű fémlemez. A második elnyelő réteg pedig egy légrés lehet az épület hőszigetelésében. A rétegben mozgó, talajhőcserélőn keresztül záródó levegő napos időben felmelegíti a talajt, felhalmozva a napenergiát és újraelosztva azt az épület homlokzatai mentén. A külső rétegből a belső rétegbe a hőt fázisátalakulással rendelkező hőcsöveken készült hődiódák segítségével lehet átvinni.

Így a javasolt hőszigetelő rendszer szabályozott hőfizikai jellemzőkkel olyan hőszigetelő réteg kialakításán alapul, amelynek három jellemzője van:

– az épületburokkal párhuzamos szellőző légrés;

– energiaforrás a rétegen belüli levegő számára;

– rendszer a légáramlás paramétereinek szabályozására a közbenső rétegben a külső időjárási viszonyoktól és a belső levegő hőmérsékletétől függően.

Az egyik lehetséges tervezési lehetőség az átlátszó hőszigetelő rendszer alkalmazása. Ebben az esetben a hőszigetelő rendszert ki kell egészíteni egy másik légréteggel, amely az épület falával szomszédos, és az épület összes falával kommunikál, amint az ábra mutatja. 10.

ábrán látható hőszigetelő rendszer. 10, két légréteggel rendelkezik. Az egyik a hőszigetelés és az átlátszó kerítés között helyezkedik el, és az épület túlmelegedésének megakadályozására szolgál. Erre a célra vannak légszelepek a réteg összekötése a külső levegővel a szigetelőpanel tetején és alján. Nyáron és magas naptevékenység idején, amikor az épület túlmelegedésének veszélye áll fenn, a csappantyúk kinyílnak, és külső levegővel biztosítják a szellőzést.

Rizs. 10. Átlátszó hőszigetelő rendszer szellőző légréteggel

A második légrés az épület fala mellett található, és a napenergia szállítását szolgálja az épület burkolatán belül. Ez a kialakítás lehetővé teszi az épület teljes felületén a napenergia felhasználását a nappali órákban, emellett hatékony napenergia-felhalmozást biztosít, mivel az épület falainak teljes térfogata akkumulátorként működik.

Lehetőség van hagyományos hőszigetelés alkalmazására is a rendszerben. Ebben az esetben egy talajhőcserélő szolgálhat hőenergia-forrásként, amint az az ábrán látható. 11.

Rizs. 11. Hőszigetelő rendszer talajhőcserélővel

Másik lehetőségként erre a célra tudunk ajánlani szellőzés kibocsátásaépületek Ebben az esetben, hogy megakadályozzuk a nedvesség lecsapódását a közbenső rétegben, az eltávolított levegőt át kell vezetni egy hőcserélőn, és be kell vezetni a közbenső rétegbe. külső levegő, hőcserélőben fűtjük. A közbenső rétegből levegő áramolhat a helyiségbe a szellőzés érdekében. A levegő egy talajhőcserélőn áthaladva felmelegszik, és energiáját a körülvevő szerkezetnek adja le.

A hőszigetelő rendszer szükséges eleme legyen automatikus rendszer irányítani a tulajdonságait. ábrán. A 12. ábra a vezérlőrendszer blokkvázlatát mutatja. A szabályozás a hőmérséklet- és páratartalom-érzékelők információinak elemzése alapján történik az üzemmód megváltoztatásával vagy a ventilátor kikapcsolásával, valamint a légcsappantyúk kinyitásával és zárásával.

Rizs. 12. Vezérlőrendszer blokkvázlata

A szabályozott tulajdonságokkal rendelkező szellőztetőrendszer működési algoritmusának blokkvázlata az ábrán látható. 13.

On kezdeti szakaszban a vezérlőrendszer működése (lásd 12. ábra) a külső levegő és a helyiségek hőmérsékletének mért értékei alapján a vezérlőegység kiszámítja a légrés hőmérsékletét a csendes levegő állapotához. Ezt az értéket a déli homlokzati réteg levegőhőmérsékletével vetjük össze a hőszigetelő rendszer kiépítésekor, mint az ábra. 10. ábra, vagy talajhőcserélőben - hőszigetelő rendszer tervezésekor, mint az ábra. 11. Ha a számított hőmérsékleti érték nagyobb vagy egyenlő, mint a mért érték, a ventilátor kikapcsolva marad, és a térben lévő légcsappantyúk zárva maradnak.

Rizs. 13. A szellőzőrendszer működési algoritmusának blokkvázlata kezelt ingatlanokkal

Ha a számított hőmérsékleti érték kisebb, mint a mért, kapcsolja be a keringtető ventilátort és nyissa ki a csappantyúkat. Ebben az esetben a felmelegített levegő energiája az épület falszerkezeteibe kerül, csökkentve a fűtés hőenergia-szükségletét. Ezzel egyidejűleg megmérjük a levegő páratartalmát a közbenső rétegben. Ha a páratartalom megközelíti a páralecsapódási pontot, kinyílik egy csappantyú, amely összeköti a légrést a külső levegővel, ami megakadályozza a nedvesség lecsapódását a rés falainak felületén.

Így a javasolt hőszigetelő rendszer lehetővé teszi a hőtulajdonságok tényleges szabályozását.

SZABÁLYOZOTT HŐSZIGETELÉSRE VONATKOZÓ HŐSZIGETELŐ RENDSZER MODELLÉNEK VIZSGÁLATA ÉPÜLETSZELLŐZÉSI KIBOCSÁTÁS ALKALMAZÁSÁVAL

A kísérleti séma az ábrán látható. 14. A liftakna felső részében lévő helyiség téglafalára a hőszigetelő rendszer makettjét rögzítjük. A modell hőszigetelésből áll, amely párazáró hőszigetelő lemezeket képvisel (egyik felülete 1,5 mm vastag alumínium; a második alumínium fólia), 3,0 cm vastag poliuretán habbal töltve, 0,03 W/(m 2 × m 2 ×) hővezető képességgel. o C). A lemez hőátbocsátási ellenállása 1,0 m 2 × o C/W, a téglafalé 0,6 m 2 × o C/W. A hőszigetelő lemezek és az épületburok felülete között 5 cm vastag légrés van hőmérsékleti viszonyokés a hőáramlás keringető szerkezeten keresztüli mozgását, hőmérséklet- és hőáram-érzékelőket szereltek fel benne.

Rizs. 14. Ellenőrzött hőszigetelésű kísérleti rendszer diagramja

A beépített hőszigetelő rendszer fényképét a szellőztető elszívó hővisszanyerő rendszer tápellátásával az ábra mutatja. 15.

A közbenső rétegen belül az épület szellőztetési kibocsátását az elszívott hővisszanyerő rendszerből vett levegővel biztosítják a további energiát. elnevezésű Állami Vállalat „NIPTIS Intézet” épületének szellőzőaknájának kijáratán vették ki a szellőző kibocsátást. Atayev S.S.”, a rekuperátor első bemenetére táplálták (lásd 15a. ábra). A rekuperátor második bemenetére a levegőt a szellőztető rétegből, a rekuperátor második kimenetéből pedig ismét a szellőzőrétegbe szállították. A szellőzés elszívott levegője nem vezethető közvetlenül a légrésbe, mert fennáll a benne lévő páralecsapódás veszélye. Ezért az épület szellőzési kibocsátása először egy hőcserélő-rekuperátoron haladt át, melynek második bemenete levegőt kapott a közbenső rétegből. A rekuperátorban fűtött és ventilátor segítségével a szellőzőrendszer légrésébe táplálták a szigetelőpanel aljára szerelt karimán keresztül. A hőszigetelés felső részén lévő második karimán keresztül levegő távozott a panelből, és a hőcserélő második bemeneténél lezárta annak mozgási ciklusát. A munka során az ábrán látható diagram szerint telepített hőmérséklet- és hőáramlás-érzékelőkből származó információkat rögzítettek. 14.

Speciális vezérlő és adatfeldolgozó egységgel vezérelték a ventilátorok működési módjait, illetve a kísérlet paramétereit rögzítették és rögzítették.

ábrán. A 16. ábra a hőmérséklet-változások grafikonját mutatja: külső levegő, beltéri levegő és levegő a közbenső réteg különböző részein. 7.00 és 13.00 óra között a rendszer álló üzemmódba lép. A rétegbe belépő levegő (6. érzékelő) és az abból kilépő levegő hőmérséklete (5. szenzor) közötti hőmérsékletkülönbség körülbelül 3 o C-nak bizonyult, ami az áthaladó levegő energiafogyasztását jelzi.

A)

b)

Rizs. 16. Hőmérséklet diagramok: a – kültéri és beltéri levegő;b – levegő a réteg különböző részein

ábrán. A 17. ábra a falfelületek és a hőszigetelés hőmérsékletének időfüggését, valamint az épület körülvevő felületén áthaladó hőmérsékletet és hőáramot ábrázolja grafikonokat. ábrán. A 17b. ábra jól mutatja a helyiségből származó hőáramlás csökkenését, miután felmelegített levegőt juttattunk a szellőzőrétegbe.

A)

b)

Rizs. 17. Grafikonok az idő függvényében: a – falfelületek és hőszigetelés hőmérséklete;b – hőmérséklet és hőáramlás az épület burkolatán keresztül

A szerzők által kapott kísérleti eredmények megerősítik a hőszigetelés tulajdonságainak szellőző réteggel történő szabályozásának lehetőségét.

KÖVETKEZTETÉS

1 Fontos elem energiahatékony épületek a héja. Az épületek burkolatokon keresztüli hőveszteségének csökkentésének fejlesztésének fő irányai az aktív hőszigeteléshez kapcsolódnak, amikor az épületburok játszik fontos szerepet a paraméterek kialakításában belső környezet helyiségek. Legtöbb egyértelmű példa Légréses körülzáró szerkezet szolgálhat.

2 A szerzők olyan hőszigetelési kialakítást javasoltak, amelyben a hőszigetelés és az épület fala között zárt légrés található. Annak érdekében, hogy a légrétegben a páralecsapódás elkerülhető legyen a hőszigetelő tulajdonságok csökkentése nélkül, szóba került a páraáteresztő betétek hőszigetelésben történő alkalmazásának lehetősége. Kidolgoztak egy módszert a betétek területének kiszámítására a hőszigetelés használati feltételeitől függően. Egyes falszerkezeteknél, mint az 1. táblázat első példájában, megteheti páraáteresztő betét nélkül. Más esetekben a páraáteresztő betétek területe jelentéktelen lehet a szigetelt fal területéhez képest.

3 Kidolgozásra került a hőtani jellemzők számítási módszertana és szabályozott hőszigetelésű hőszigetelő rendszer tervezése. A kialakítás két hőszigetelő réteg között szellőző légrésszel ellátott rendszer formájában készült. Ha a levegő egy hagyományos hőszigetelő rendszerrel rendelkező fal megfelelő pontjánál magasabb hőmérsékletű rétegben mozog, a hőszigetelő rétegben a faltól a rétegig terjedő hőmérsékleti gradiens nagysága csökken a réteg nélküli hőszigeteléshez képest. , amely csökkenti az épület hőveszteségét a falon keresztül. Lehetőség van az épület alatti talaj hőjének energiaként történő felhasználására a szivattyúzott levegő hőmérsékletének növelésére, talajhőcserélő, vagy napenergia felhasználásával. Módszereket dolgoztak ki egy ilyen rendszer jellemzőinek kiszámítására. Kísérleti megerősítést nyert, hogy az épületekben szabályozott hőszigetelő rendszert alkalmaznak.

IRODALOM

1. Bogoslovsky, V. N. Építési hőfizika / V. N. Bogoslovsky. – SPb.: AVOK-ÉSZAK-NYUGAT, 2006. – 400 p.

2. Épületek hőszigetelő rendszerei: TKP.

4. Háromrétegű homlokzati panelekre épülő szellőző légrétegű szigetelőrendszer tervezése és beépítése: R 1.04.032.07. – Minszk, 2007. – 117 p.

5. Danilevsky, L. N. Az épület hőveszteségének csökkentésének kérdéséről. Fehérorosz-német együttműködés tapasztalata az építőiparban / L. N. Danilevsky. – Minszk: Strinko, 2000. – 76., 77. o.

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 1999. február 19-21. Bregenz. –R. 177–182.

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

9. Passzívház, mint adaptív életfenntartó rendszer: jelentéskivonatok Gyakornok. tudományos és műszaki konf. „Az épületek hőrehabilitációjától a passzívházig. Problémák és megoldások” / L. N. Danilevsky. – Minszk, 1996. – P. 32–34.

10. Ellenőrzött tulajdonságú hőszigetelés kis hőveszteségű épületeknél: gyűjtés. tr. / Állami Vállalat „NIPTIS Intézet elnevezése. Ataeva S.S.”; L. N. Danilevszkij. – Minszk, 1998. – P. 13–27.

11. Danilevsky, L. Szabályozott tulajdonságú hőszigetelő rendszer passzívházhoz / L. Danilevsky // Építészet és kivitelezés. – 1998. – 3. sz. – 30., 31. o.

12. Martynenko, O. G. Szabad konvektív hőátadás. Címtár / O. G. Martynenko, Yu A. Sokovishin. – Minszk: Tudomány és Technika, 1982. – 400 p.

13. Mikheev, M. A. A hőátadás alapjai / M. A. Mikheev, I. M. Mikheeva. – M.: Energia, 1977. – 321 p.

14. Külső szellőztetésű épületkerítés: 1. sz. 010822 Evraz. Szabadalmi Hivatal, IPC (2006.01) E04B 2/28, E04B 1/70 / L. N. Danilevsky; pályázó Állami Vállalkozás „NIPTIS Intézet néven. Atayeva S.S. – 20060978 sz.; nyilatkozat 2006.10.05.; publ. 2008.12.30. // Bulletin. Eurázsiai Szabadalmi Hivatal. – 2008. – 6. sz.

15. Külső szellőztetésű épületkerítés: sz. 11343 Rep. Fehéroroszország, MPK (2006) E04B1/70, E04B2/28 / L. N. Danilevsky; pályázó Állami Vállalkozás „NIPTIS Intézet néven. Atayeva S.S. – 20060978 sz.; alkalmazás 2006.10.05.; publ. 2008.12.30. // Afitsyiny bulletin. / Országos központ értelmiségi. Ulasnastsi. – 2008.

LÉGRÉS, a közeg hővezető képességét csökkentő szigetelőrétegek egyik fajtája. IN utóbbi időben A légrés jelentősége különösen az üreges anyagok építőipari felhasználása miatt nőtt meg. A légréssel elválasztott közegben a hő átadása: 1) a légréssel szomszédos felületek sugárzásával, valamint a felület és a levegő közötti hőátadással és 2) levegő általi hőátadással, ha az mozgékony, ill. Egyes levegőrészecskékről a többiekre a hőátadás a hővezető képesség miatt, ha mozdulatlan, és Nusselt kísérletei igazolják, hogy a vékonyabb rétegek, amelyekben a levegő szinte mozdulatlannak tekinthető, kisebb k hővezetési együtthatóval rendelkeznek, mint a vastagabb rétegek, de bennük fellépő konvekciós áramok. Nusselt a következő kifejezést adja a levegőréteg által óránként átadott hőmennyiség meghatározására:

ahol F a légrést korlátozó felületek egyike; λ 0 - feltételes együttható, számértékek amelyek a légrés (e) m-ben kifejezett szélességétől függően a mellékelt táblán vannak megadva:

s 1 és s 2 a légrés mindkét felületének emissziós tényezője; s egy teljesen fekete test emissziós együtthatója, amely 4,61; θ 1 és θ 2 a légrést korlátozó felületek hőmérséklete. Ha a megfelelő értékeket behelyettesíti a képletbe, megkaphatja a számításokhoz szükséges különböző vastagságú levegőrétegek k (hővezetési együttható) és 1/k (szigetelőképesség) értékét. S. L. Prokhorov Nusselt adatok alapján állított össze diagramokat (lásd ábra), amelyek a légrétegek k és 1/k értékeinek változását mutatják vastagságuk függvényében, a legelőnyösebb terület a 15-45 mm közötti terület.

A kisebb légrétegek gyakorlatilag nehezen kivitelezhetők, de a nagyobbak már jelentős hővezetési együtthatót biztosítanak (kb. 0,07). A következő táblázat a k és 1/k értékeket adja meg különböző anyagokra, levegőre pedig ezekhez az értékekhez a réteg vastagságától függően több érték is megadható.

Hogy. látható, hogy sokszor kifizetődőbb több vékonyabb légréteget készíteni, mint egy-egy szigetelőréteget használni. A legfeljebb 15 mm vastag levegőréteg szigetelőnek tekinthető álló levegőréteggel, 15-45 mm vastagságú - szinte álló réteggel, és végül 45 feletti vastagságú levegőrétegekkel. -50 mm-es rétegnek kell tekinteni, amelyben konvekciós áramok keletkeznek, és ezért általánosan számítandó.