Ako fungujú uzavreté vzdušné priestory. Vzduchové medzery

Článok pojednáva o návrhu zatepľovacieho systému s uzavretou vzduchovou medzerou medzi tepelnou izoláciou a stenou budovy. V tepelnej izolácii sa navrhuje použiť paropriepustné vložky, aby sa zabránilo kondenzácii vlhkosti vo vzduchovej vrstve. Je uvedený spôsob výpočtu plochy vložiek v závislosti od podmienok použitia tepelnej izolácie.

Tento článok popisuje tepelnoizolačný systém s mŕtvym vzduchovým priestorom medzi tepelnou izoláciou a vonkajšou stenou budovy. Do tepelnej izolácie sa navrhujú paropriepustné vložky, aby sa zabránilo kondenzácii vlhkosti vo vzduchovom priestore. Spôsob výpočtu plochy vložiek bol ponúknutý v závislosti od podmienok použitia tepelnej izolácie.

ÚVOD

Vzduchová medzera je prvkom mnohých obvodových plášťov budov. Článok skúma vlastnosti uzatváracích konštrukcií s uzavretými a vetranými vzduchovými priestormi. Zároveň si osobitosti jeho aplikácie v mnohých prípadoch vyžadujú riešenie problémov stavebnej tepelnej techniky v špecifických podmienkach použitia.

Návrh tepelnoizolačného systému s odvetrávanou vzduchovou medzerou je známy a v stavebníctve široko používaný. Hlavnou výhodou tohto systému oproti ľahkým omietkovým systémom je možnosť vykonávať stavebné izolačné práce počas celého roka. Upevňovací systém izolácie sa najskôr pripevní k obvodovej konštrukcii. K tomuto systému je pripevnená izolácia. Vonkajšia ochrana izolácie je inštalovaná v určitej vzdialenosti od nej, takže medzi izoláciou a vonkajším plotom sa vytvorí vzduchová medzera. Konštrukcia zatepľovacieho systému umožňuje vetranie vzduchovej medzery za účelom odvádzania prebytočnej vlhkosti, čím sa znižuje množstvo vlhkosti v izolácii. Medzi nevýhody tohto systému patrí zložitosť a nutnosť, spolu s použitím izolačných materiálov, použiť obkladové systémy, ktoré poskytujú potrebnú vôľu pre pohybujúci sa vzduch.

Známy ventilačný systém, v ktorom vzduchová medzera prilieha priamo k stene budovy. Tepelná izolácia je vyrobená vo forme trojvrstvových panelov: vnútorná vrstva je tepelnoizolačný materiál, vonkajšie vrstvy sú hliník a hliníková fólia. Tento dizajn chráni izoláciu pred prenikaním atmosférickej vlhkosti a vlhkosti z priestorov. Preto sa jeho vlastnosti nezhoršujú v žiadnych prevádzkových podmienkach, čo umožňuje ušetriť až 20 % izolácie v porovnaní s bežnými systémami. Nevýhodou týchto systémov je potreba odvetrávania vrstvy, aby sa odstránila vlhkosť migrujúca z priestorov budovy. To vedie k zníženiu tepelnoizolačných vlastností systému. Okrem toho sa zvyšujú tepelné straty spodných poschodí budov, pretože studenému vzduchu vstupujúceho do vrstvy cez otvory v spodnej časti systému trvá určitý čas, kým sa zohreje na stanovenú teplotu.

IZOLAČNÝ SYSTÉM S UZAVRETNOU VZDUCHOVOU MEDZEROU

Podobný tepelnoizolačný systém s uzavretou vzduchovou medzerou je možný. Je potrebné venovať pozornosť skutočnosti, že pohyb vzduchu v medzivrstve je potrebný iba na odstránenie vlhkosti. Ak problém odvádzania vlhkosti vyriešime iným spôsobom, bez vetrania, získame tepelnoizolačný systém s uzavretou vzduchovou medzerou bez vyššie uvedených nevýhod.

Na vyriešenie tohto problému by mal mať tepelnoizolačný systém podobu znázornenú na obr. 1. Tepelnú izoláciu budovy je vhodné vykonať paropriepustnými vložkami z tepelne izolačného materiálu, napríklad minerálnej vlny. Tepelnoizolačný systém musí byť usporiadaný tak, aby bol zabezpečený odvod pár z medzivrstvy a vo vnútri je vlhkosť pod rosným bodom v medzivrstve.

1 - stena budovy; 2 - spojovacie prvky; 3 - tepelnoizolačné panely; 4 - parné a tepelne izolačné vložky

Ryža. jeden. Tepelná izolácia s paropriepustnými vložkami

Pre tlak nasýtenej pary v medzivrstve môžete napísať výraz:

Pri zanedbaní tepelného odporu vzduchu v medzivrstve je priemerná teplota vo vnútri medzivrstvy určená vzorcom

(2)

kde T in, T von- teplota vzduchu vo vnútri budovy a vonkajšieho vzduchu približne С;

R 1 , R 2 - odolnosť proti prestupu tepla steny a tepelnej izolácie, m 2 × о С / W.

Pre migráciu pary z miestnosti cez stenu budovy môžete napísať rovnicu:

(3)

kde P in, P- parciálny tlak pary v miestnosti a vo vrstve, Pa;

S 1 - plocha vonkajšej steny budovy, m 2;

kпп1 - koeficient paropriepustnosti steny, rovný:

tu Rпп1 = m 1 / l 1 ;

m 1 - koeficient paropriepustnosti materiálu steny, mg / (m × h × Pa);

l 1 - hrúbka steny, m.

Pre paru migrujúcu zo vzduchovej vrstvy cez paropriepustné vložky v tepelnej izolácii budovy môžete napísať rovnicu:

(5)

kde P out- parciálny tlak pary vo vonkajšom vzduchu, Pa;

S 2 - plocha paropriepustných tepelnoizolačných vložiek v tepelnej izolácii budovy, m 2;

k pp2 je koeficient paropriepustnosti vložiek, ktorý sa rovná:

tu Rпп2 = m 2 / l 2 ;

m 2 je súčiniteľ paropriepustnosti materiálu paropriepustnej vložky, mg / (m × h × Pa);

l 2 - hrúbka vložky, m.

Prirovnanie pravých strán rovníc (3) a (5) a vyriešenie výslednej rovnice pre bilanciu pár v medzivrstve vzhľadom na P, získame hodnotu tlaku pary v medzivrstve v tvare:

(7)

kde e = S 2 /S 1 .

Zapísanie podmienky neprítomnosti kondenzácie vlhkosti vo vzduchovej medzere vo forme nerovnosti:

a jeho riešením získame požadovanú hodnotu pomeru celkovej plochy paropriepustných vložiek k ploche steny:

Tabuľka 1 zobrazuje údaje získané pre niektoré možnosti pre obvodové konštrukcie. Pri výpočtoch sa vychádzalo z predpokladu, že súčiniteľ tepelnej vodivosti paropriepustnej vložky sa rovná súčiniteľu tepelnej vodivosti hlavnej tepelnej izolácie v systéme.

Tabuľka 1. Hodnota ε pre rôzne možnosti stien

Príklady uvedené v tabuľke 1 ukazujú, že je možné konštruovať tepelnú izoláciu s uzavretou vzduchovou medzerou medzi tepelnou izoláciou a stenou budovy. Pri niektorých stenových konštrukciách, ako v prvom príklade z tabuľky 1, možno upustiť od paropriepustných vložiek. V iných prípadoch môže byť plocha paropriepustných vložiek zanedbateľná v porovnaní s plochou steny, ktorá sa má izolovať.

IZOLAČNÝ SYSTÉM S RIADENÝMI TEPELNÝMI CHARAKTERISTIKAMI

Dizajn zatepľovacích systémov prešiel za posledných päťdesiat rokov výrazným vývojom a dnes majú projektanti k dispozícii širokú škálu materiálov a konštrukcií: od použitia slamy až po vákuové tepelné izolácie. Je možné použiť aj aktívne zatepľovacie systémy, ktorých vlastnosti umožňujú zaradiť ich do systému napájania budov. V tomto prípade sa vlastnosti zatepľovacieho systému môžu meniť aj v závislosti od podmienok prostredia, čím sa zabezpečí konštantná úroveň tepelných strát z budovy bez ohľadu na vonkajšiu teplotu.

Ak nastavíte pevnú úroveň tepelných strát Q cez obvodový plášť budovy, požadovaná hodnota zníženého odporu prestupu tepla sa určí vzorcom

(10)

Takéto vlastnosti môže mať tepelnoizolačný systém s priehľadnou vonkajšou vrstvou alebo s odvetrávanou vzduchovou medzerou. V prvom prípade sa využíva slnečná energia a v druhom možno dodatočne využiť energiu pôdneho tepla spolu so zemným výmenníkom tepla.

V systéme s priehľadnou tepelnou izoláciou pri nízkej polohe slnka prechádzajú jeho lúče prakticky bez straty na stenu, ohrievajú ju, čím znižujú tepelné straty z miestnosti. V lete, keď je slnko vysoko nad obzorom, sa slnečné lúče takmer úplne odrážajú od steny budovy, čím sa bráni prehrievaniu budovy. Pre zníženie spätného toku tepla je tepelnoizolačná vrstva vyrobená vo forme plástovej štruktúry, ktorá funguje ako lapač slnečných lúčov. Nevýhodou takéhoto systému je nemožnosť prerozdeľovania energie po fasádach budovy a chýbajúci akumulačný efekt. Okrem toho účinnosť tohto systému priamo závisí od úrovne slnečnej aktivity.

Ideálny tepelnoizolačný systém by mal podľa autorov do istej miery pripomínať živý organizmus a v širokom rozsahu meniť svoje vlastnosti v závislosti od podmienok prostredia. Pri poklese vonkajšej teploty by mal zatepľovací systém znižovať tepelné straty z objektu, pri zvýšení vonkajšej teploty môže dôjsť k zníženiu jeho tepelného odporu. V letnom období musí dodávka slnečnej energie do budovy závisieť aj od vonkajších podmienok.

Tepelnoizolačný systém navrhnutý v mnohých ohľadoch má vlastnosti formulované vyššie. Na obr. 2a je schéma steny s navrhovaným tepelnoizolačným systémom, na obr. 2b - teplotný graf v tepelnoizolačnej vrstve bez a s prítomnosťou vzduchovej medzery.

Tepelnoizolačná vrstva je vyhotovená s prevetrávanou vzduchovou medzerou. Keď sa v nej pohybuje vzduch s teplotou vyššou ako v príslušnom bode grafu, hodnota teplotného spádu v tepelnoizolačnej vrstve od steny k medzivrstve klesá v porovnaní s tepelnou izoláciou bez medzivrstvy, čím sa znižujú tepelné straty. z budovy cez stenu. Treba mať na pamäti, že pokles tepelných strát z budovy bude kompenzovaný teplom, ktoré uvoľní prúdenie vzduchu vo vrstve. To znamená, že teplota vzduchu na výstupe z medzivrstvy bude nižšia ako na vstupe.

Ryža. 2. Schéma tepelnoizolačného systému (a) a teplotný graf (b)

Fyzikálny model problému výpočtu tepelných strát stenou so vzduchovou medzerou je na obr. 3. Rovnica tepelnej bilancie pre tento model je nasledovná:

Ryža. 3. Schéma výpočtu tepelných strát cez obvodovú konštrukciu

Pri výpočte tepelných tokov sa berú do úvahy vodivé, konvekčné a sálavé mechanizmy prenosu tepla:

kde Q 1 - tok tepla z miestnosti na vnútorný povrch uzatváracej konštrukcie, W / m 2;

Q 2 - tok tepla cez hlavnú stenu, W / m 2;

Q 3 - tok tepla vzduchovou medzerou, W / m 2;

Q 4 - tepelný tok cez tepelnoizolačnú vrstvu za medzivrstvou, W / m 2;

Q 5 - tepelný tok z vonkajšieho povrchu uzatváracej konštrukcie do atmosféry, W / m 2;

T 1 , T 2, - teplota na povrchu steny, о С;

T 3 , T 4 - teplota na povrchu medzivrstvy, о С;

Tk, T a- teplota v miestnosti a vonkajšom vzduchu približne С;

s - Stefan-Boltzmannova konštanta;

l 1, l 2 - koeficient tepelnej vodivosti hlavnej steny a tepelnej izolácie, W / (m × о С);

e 1, e 2, e 12 - stupeň čiernosti vnútorného povrchu steny, vonkajšieho povrchu tepelnoizolačnej vrstvy a znížený stupeň čiernosti povrchov vzduchovej medzery;

a b, a n, a 0 je súčiniteľ prestupu tepla na vnútornom povrchu steny, na vonkajšom povrchu tepelnej izolácie a na povrchoch vymedzujúcich vzduchovú medzeru W / (m 2 × o C).

Vzorec (14) je napísaný pre prípad, keď je vzduch vo vrstve nehybný. V prípade, keď sa vzduch v medzivrstve pohybuje rýchlosťou u s teplotou T u namiesto Q 3 sú uvažované dva prúdy: od vyfukovaného vzduchu k stene:

a z vyfukovaného vzduchu na obrazovku:

Potom sa systém rovníc rozdelí na dva systémy:

Koeficient prestupu tepla je vyjadrený Nusseltovým číslom:

kde L- charakteristická veľkosť.

Vzorce na výpočet Nusseltovho čísla boli prijaté v závislosti od situácie. Pri výpočte súčiniteľa prestupu tepla na vnútorných a vonkajších povrchoch obvodových konštrukcií sa použili tieto vzorce:

kde Ra = Pr × Gr - Rayleighovo kritérium;

Gr = g× b × D T× L 3 / n 2 - Grashofovo číslo.

Pri určovaní Grashofovho čísla bol ako charakteristický teplotný spád zvolený rozdiel medzi teplotou steny a teplotou okolitého vzduchu. Boli prijaté charakteristické rozmery: výška steny a hrúbka medzivrstvy.

Pri výpočte koeficientu prestupu tepla a 0 vo vnútri uzavretej vzduchovej medzery na výpočet Nusseltovho čísla sa použil vzorec z:

(22)

Ak sa vzduch vo vrstve pohyboval, na výpočet Nusseltovho čísla sa použil jednoduchší vzorec z:

(23)

kde Re = v× d / n - Reynoldsovo číslo;

d je hrúbka vzduchovej medzery.

Hodnoty Prandtlovho čísla Pr, kinematickej viskozity n a súčiniteľa tepelnej vodivosti vzduchu lv v závislosti od teploty boli vypočítané lineárnou interpoláciou tabuľkových hodnôt z. Sústavy rovníc (11) alebo (19) boli riešené numericky iteratívnym spresňovaním vzhľadom na teploty T 1 , T 2 , T 3 , T 4. Pre numerické modelovanie bol zvolený tepelnoizolačný systém na báze tepelnej izolácie podobnej penovému polystyrénu so súčiniteľom tepelnej vodivosti 0,04 W / (m 2 × cca C). Teplota vzduchu na vstupe medzivrstvy bola predpokladaná 8 °C, celková hrúbka tepelnoizolačnej vrstvy bola 20 cm, hrúbka medzivrstvy bola d- 1 cm.

Na obr. 4 sú znázornené grafy závislosti mernej tepelnej straty cez izolačnú vrstvu klasického tepelného izolantu v prítomnosti uzavretej tepelnoizolačnej vrstvy a s odvetrávanou vzduchovou medzerou. Uzavretá vzduchová medzera takmer nezlepšuje tepelnoizolačné vlastnosti. Pre uvažovaný prípad prítomnosť tepelnoizolačnej vrstvy s pohybujúcim sa prúdom vzduchu viac ako o polovicu znižuje tepelné straty cez stenu pri teplote vonkajšieho vzduchu mínus 20 °C. Ekvivalentná hodnota odporu prestupu tepla takejto tepelnej izolácie pre túto teplotu je 10,5 m 2 × ° C / W, čo zodpovedá expandovanému polystyrénu s hrúbkou viac ako 40,0 cm.

D d= 4 cm s nehybným vzduchom; rad 3 - rýchlosť vzduchu 0,5 m / s

Ryža. 4. Grafy špecifických tepelných strát

Účinnosť zatepľovacieho systému stúpa so znižovaním vonkajšej teploty. Pri vonkajšej teplote 4 °C je účinnosť oboch systémov rovnaká. Ďalšie zvýšenie teploty spôsobuje, že používanie systému je nepraktické, pretože vedie k zvýšeniu úrovne tepelných strát z budovy.

Na obr. 5 je znázornená závislosť teploty vonkajšieho povrchu steny od teploty vonkajšieho vzduchu. Podľa obr. 5, prítomnosť vzduchovej medzery zvyšuje teplotu vonkajšieho povrchu steny pri zápornej vonkajšej teplote v porovnaní s konvenčnou tepelnou izoláciou. Je to spôsobené tým, že pohybujúci sa vzduch odovzdáva svoje teplo vnútornej aj vonkajšej vrstve tepelnej izolácie. Pri vysokých teplotách vonkajšieho vzduchu pôsobí tento tepelnoizolačný systém ako chladiaca vrstva (viď obr. 5).

1. rad - konvenčná tepelná izolácia, D= 20 cm; rad 2 - v tepelnej izolácii je vzduchová medzera široká 1 cm, d= 4 cm, rýchlosť vzduchu 0,5 m/s

Ryža. 5. Závislosť teploty vonkajšieho povrchu stenyna vonkajšej teplote

Na obr. 6 je znázornená závislosť teploty na výstupe z medzivrstvy od teploty vonkajšieho vzduchu. Vzduch vo vrstve, ochladzujúci sa, odovzdáva svoju energiu obklopujúcim povrchom.

Ryža. 6. Závislosť teploty na výstupe z medzivrstvyna vonkajšej teplote

Na obr. 7 je znázornená závislosť tepelných strát od hrúbky vonkajšej vrstvy tepelnej izolácie pri minimálnej vonkajšej teplote. Podľa obr. 7 je dodržaná minimálna tepelná strata d= 4 cm.

Ryža. 7. Závislosť tepelných strát od hrúbky vonkajšej vrstvy tepelnej izolácie pri minimálnej vonkajšej teplote

Na obr. 8 je znázornená závislosť tepelných strát pre vonkajšiu teplotu mínus 20 °C od rýchlosti vzduchu v medzivrstve s rôznou hrúbkou. Zvýšenie rýchlosti vzduchu nad 0,5 m/s výrazne neovplyvňuje vlastnosti tepelnej izolácie.

Riadok 1 - d= 16 cm; riadok 2 - d= 18 cm; riadok 3 - d= 20 cm

Ryža. osem. Závislosť tepelných strát od rýchlosti vzduchus rôznou hrúbkou vzduchovej medzery

Je potrebné venovať pozornosť tomu, že vetraná vzduchová medzera umožňuje efektívne kontrolovať úroveň tepelných strát povrchom steny zmenou rýchlosti vzduchu v rozsahu od 0 do 0,5 m/s, čo je pri bežnej tepelnej izolácii nemožné. Na obr. 9 je znázornená závislosť rýchlosti vzduchu od vonkajšej teploty pre pevnú úroveň tepelných strát cez stenu. Tento prístup k tepelnej ochrane budov umožňuje znížiť spotrebu energie ventilačného systému pri stúpajúcej vonkajšej teplote.

Ryža. 9. Závislosť rýchlosti vzduchu od vonkajšej teploty pre pevnú úroveň tepelných strát

Pri vytváraní tepelnoizolačného systému uvažovaného v článku je hlavnou otázkou zdroj energie na zvýšenie teploty čerpaného vzduchu. Ako taký zdroj má odoberať teplo z pôdy pod budovou pomocou pôdneho výmenníka tepla. Pre efektívnejšie využitie energie pôdy sa predpokladá uzavretie ventilačného systému vo vzduchovej medzere, bez nasávania atmosférického vzduchu. Keďže teplota vzduchu vstupujúceho do systému v zime je nižšia ako teplota zeme, nevzniká problém s kondenzáciou vlhkosti.

Najefektívnejšie využitie takéhoto systému autori vidia v kombinácii využitia dvoch zdrojov energie: solárneho a zemného tepla. Ak sa obrátime na vyššie uvedené systémy s priehľadnou tepelne izolačnou vrstvou, je zrejmé, že chcú autori týchto systémov tak či onak implementovať myšlienku tepelnej diódy, to znamená vyriešiť problém. smerovaného prenosu slnečnej energie na stenu budovy, pričom sa prijmú opatrenia, ktoré zabránia pohybu toku tepelnej energie v opačnom smere.

Ako vonkajšia absorbujúca vrstva môže byť použitá kovová platňa tmavej farby. A druhou absorbujúcou vrstvou môže byť vzduchová medzera v tepelnej izolácii budovy. Vzduch pohybujúci sa v medzivrstve, uzatvárajúci sa cez zemný výmenník tepla, za slnečného počasia ohrieva zem, akumuluje slnečnú energiu a prerozdeľuje ju po fasádach budovy. Teplo z vonkajšej vrstvy do vnútornej je možné prenášať pomocou tepelných diód vyrobených na tepelných trubiciach s fázovými prechodmi.

Navrhovaný tepelnoizolačný systém s riadenými termofyzikálnymi charakteristikami je teda založený na návrhu s tepelnoizolačnou vrstvou, ktorá má tri vlastnosti:

- vetraná vzduchová medzera rovnobežná s plášťom budovy;

- zdroj energie pre vzduch vo vnútri vrstvy;

- systém riadenia parametrov prúdenia vzduchu v medzivrstve v závislosti od vonkajších poveternostných podmienok a teploty vzduchu v miestnosti.

Jednou z možných konštrukčných možností je použitie transparentného zatepľovacieho systému. V tomto prípade musí byť tepelnoizolačný systém doplnený ďalšou vzduchovou medzerou priľahlou k stene budovy a komunikujúcou so všetkými stenami budovy, ako je znázornené na obr. 10.

Tepelnoizolačný systém znázornený na obr. 10 má dva vzduchové priestory. Jeden z nich je umiestnený medzi tepelnou izoláciou a priehľadným plotom a slúži na zamedzenie prehrievania objektu. Na tento účel sú v hornej a spodnej časti tepelnoizolačného panelu vzduchové ventily spájajúce medzivrstvu s vonkajším vzduchom. V lete a v čase vysokej slnečnej aktivity, kedy hrozí prehriatie budovy, sa otvárajú klapky, ktoré zabezpečujú vetranie vonkajšieho vzduchu.

Ryža. 10. Transparentný tepelnoizolačný systém s prevetrávanou vzduchovou medzerou

Druhá vzduchová medzera prilieha k stene budovy a slúži na transport slnečnej energie v obvodovom plášti budovy. Tento dizajn umožní využitie slnečnej energie na celom povrchu budovy počas denného svetla, navyše poskytuje efektívnu akumuláciu slnečnej energie, pretože celý objem stien budovy funguje ako batéria.

V systéme je možné použiť aj tradičnú tepelnú izoláciu. V tomto prípade môže slúžiť ako zdroj tepelnej energie zemný výmenník tepla, ako je znázornené na obr. jedenásť.

Ryža. jedenásť. Tepelnoizolačný systém so zemným výmenníkom tepla

Ako ďalšiu možnosť možno na tento účel navrhnúť emisie vetrania budovy. V tomto prípade, aby sa zabránilo kondenzácii vlhkosti v medzivrstve, je potrebné previesť odvádzaný vzduch cez výmenník tepla a vonkajší vzduch ohriaty vo výmenníku tepla sa musí priviesť do medzivrstvy. Z medzivrstvy môže vzduch vstúpiť do miestnosti na vetranie. Vzduch sa ohrieva, prechádza cez zemný výmenník tepla a odovzdáva svoju energiu obvodovému plášťu budovy.

Nevyhnutným prvkom zatepľovacieho systému by sa mal stať automatický systém riadenia jeho vlastností. Na obr. 12 je bloková schéma riadiaceho systému. Riadenie je založené na analýze informácií zo snímačov teploty a vlhkosti zmenou prevádzkového režimu alebo vypnutím ventilátora a otváraním a zatváraním vzduchových klapiek.

Ryža. 12. Bloková schéma riadiaceho systému

Bloková schéma prevádzkového algoritmu ventilačného systému s riadenými vlastnosťami je znázornená na obr. trinásť.

V počiatočnej fáze činnosti riadiaceho systému (pozri obr. 12) sa na základe nameraných hodnôt teploty vonkajšieho vzduchu a v miestnostiach riadiacej jednotky vypočítava teplota vo vzduchovej medzere pre stacionárnu klimatizáciu. . Táto hodnota sa porovnáva s teplotou vzduchu vo vrstve južnej fasády pri výstavbe zatepľovacieho systému, ako na obr. 10, alebo v zemnom výmenníku tepla - s vybudovaním tepelno-izolačného systému, ako na obr. 11. Ak je hodnota vypočítanej teploty väčšia alebo rovná nameranej, ventilátor zostane vypnutý a vzduchové klapky v medzivrstve sú zatvorené.

Ryža. trinásť. Bloková schéma algoritmu činnosti ventilačného systému so spravovanými nehnuteľnosťami

Ak je hodnota vypočítanej teploty menšia ako nameraná, zapnite obehový ventilátor a otvorte klapky. V tomto prípade sa energia ohriateho vzduchu prenáša do stenových konštrukcií budovy, čím sa znižuje potreba tepelnej energie na vykurovanie. Zároveň sa meria hodnota vlhkosti vzduchu v medzivrstve. Ak sa vlhkosť priblíži ku kondenzačnému bodu, otvorí sa klapka spájajúca vzduchovú medzeru s vonkajším vzduchom, ktorá zabraňuje kondenzácii vlhkosti na povrchu stien medzery.

Navrhovaný tepelnoizolačný systém teda umožňuje skutočne kontrolovať tepelné vlastnosti.

TESTOVANIE DISPOZÍCIE TEPELNOIZOLAČNÉHO SYSTÉMU S RIADENOU TEPELNOU IZOLÁCIOU VYUŽITÍM VETRANÝCH EMISIÍ BUDOVY

Schéma experimentu je znázornená na obr. 14. Dispozícia zatepľovacieho systému sa montuje na murovanú stenu miestnosti v hornej časti výťahovej šachty. Dispozične pozostáva z tepelnej izolácie, ktorou sú parotesné tepelnoizolačné dosky (jedna plocha je hliníková s hrúbkou 1,5 mm, druhá je hliníková fólia) vyplnená polyuretánovou penou hrúbky 3,0 cm so súčiniteľom tepelnej vodivosti 0,03 W/(m 2 × о С). Odpor prestupu tepla dosky je 1,0 m 2 × о С / W, tehlovej steny - 0,6 m 2 × о С / W. Medzi tepelnoizolačnými doskami a povrchom obvodového plášťa budovy je vzduchová medzera o hrúbke 5 cm Pre zisťovanie teplotných režimov a pohybu tepelného toku obvodovým plášťom budovy boli inštalované snímače teploty a tepelného toku v r. to.

Ryža. 14. Schéma experimentálneho systému s riadenou tepelnou izoláciou

Fotografia inštalovaného zatepľovacieho systému s napájaním zo systému spätného získavania tepla emisií z vetrania je na obr. 15.

Dodatočná energia vo vnútri vrstvy je dodávaná so vzduchom odoberaným na výstupe zo systému rekuperácie tepla z ventilačných emisií budovy. Emisie z ventilácie boli odoberané z výustu ventilačnej šachty budovy štátneho podniku „Ústav NIPTIS pomenovaný po Ataeva S.S.“ boli napájané na prvý vstup rekuperátora (pozri obr. 15a). Do druhého vstupu rekuperátora bol privádzaný vzduch z ventilačnej vrstvy a z druhého výstupu rekuperátora - opäť do ventilačnej vrstvy. Vzduch z emisií z ventilácie sa nesmie privádzať priamo do vzduchovej medzery z dôvodu nebezpečenstva kondenzácie vlhkosti v nej. Emisie vetrania budovy preto najskôr prechádzali cez tepelný výmenník-rekuperátor, ktorého druhý vstup bol privádzaný vzduchom z medzivrstvy. V rekuperátore sa ohrieval a pomocou ventilátora sa privádzal do vzduchovej vrstvy vzduchotechnického systému cez prírubu namontovanú v spodnej časti tepelnoizolačného panelu. Cez druhú prírubu v hornej časti tepelnej izolácie sa odvádzal vzduch z panelu a uzatváral cyklus jeho pohybu na druhom vstupe výmenníka tepla. V procese práce sa zaznamenávajú informácie pochádzajúce zo snímačov teploty a tepelného toku inštalovaných podľa schémy na obr. 14.

Na riadenie prevádzkových režimov ventilátorov a na zaznamenávanie a zaznamenávanie parametrov experimentu bola použitá špeciálna riadiaca jednotka a jednotka na spracovanie dát.

Na obr. 16 sú znázornené grafy teplotných zmien: vonkajší vzduch, vnútorný vzduch a vzduch v rôznych častiach vrstvy. Od 7.00 do 13.00 sa systém prepne do stacionárneho režimu prevádzky. Rozdiel medzi teplotou na vstupe vzduchu do medzivrstvy (snímač 6) a teplotou na výstupe z nej (snímač 5) sa ukázal byť asi 3°C, čo udáva spotrebu energie z prechádzajúceho vzduchu.

Ryža. šestnásť. Teplotné grafy: a - vonkajší vzduch a vnútorný vzduch;b - vzduch v rôznych častiach vrstvy

Na obr. 17 sú znázornené grafy časovej závislosti teploty povrchov steny a tepelnej izolácie, ako aj teploty a tepelného toku obvodovým povrchom budovy. Na obr. 17b je zreteľne vidieť pokles tepelného toku z miestnosti po privedení ohriateho vzduchu do ventilačnej vrstvy.

Ryža. 17. Časové grafy: a - teploty povrchov stien a tepelnej izolácie;b - teplota a tepelný tok cez obvodový povrch budovy

Experimentálne výsledky získané autormi potvrdzujú možnosť kontroly vlastností tepelnej izolácie s odvetranou vrstvou.

ZÁVER

1 Dôležitým prvkom energeticky efektívnych budov je plášť. Hlavné smery vývoja znižovania tepelných strát budov obvodovými konštrukciami sú spojené s aktívnou tepelnou izoláciou, kedy obvodová konštrukcia zohráva významnú úlohu pri formovaní parametrov vnútorného prostredia priestorov. Najzrejmejším príkladom je plášť budovy so vzduchovou medzerou.

2 Autori navrhli návrh tepelnej izolácie s uzavretou vzduchovou medzerou medzi tepelnou izoláciou a stenou objektu. Aby nedochádzalo ku kondenzácii vlhkosti vo vzduchovej vrstve bez zníženia tepelno-izolačných vlastností, zvažuje sa možnosť použitia paropriepustných vložiek do tepelnej izolácie. Bola vyvinutá metóda na výpočet plochy vložiek v závislosti od podmienok použitia tepelnej izolácie. Pri niektorých stenových konštrukciách, ako v prvom príklade z tabuľky 1, možno upustiť od paropriepustných vložiek. V iných prípadoch môže byť plocha paropriepustných vložiek zanedbateľná v porovnaní s plochou steny, ktorá sa má izolovať.

3 Bola vyvinutá metóda na výpočet tepelných charakteristík a návrh tepelnoizolačného systému s regulovateľnými tepelnými vlastnosťami. Konštrukcia je navrhnutá ako systémová s prevetrávanou vzduchovou medzerou medzi dvoma vrstvami tepelnej izolácie. Pri pohybe vo vzduchovej vrstve s teplotou vyššou ako v zodpovedajúcom mieste steny s bežným tepelnoizolačným systémom sa hodnota teplotného spádu v tepelnoizolačnej vrstve od steny k vrstve znižuje v porovnaní s tepelnou izoláciou bez medzivrstvy, ktorá znižuje tepelné straty z budovy cez stenu. Ako energiu na zvýšenie teploty čerpaného vzduchu je možné využiť teplo pôdy pod budovou, pomocou pôdneho výmenníka alebo slnečnú energiu. Boli vyvinuté metódy na výpočet charakteristík takéhoto systému. Bolo získané experimentálne potvrdenie reálnosti použitia tepelnoizolačného systému s kontrolovaným tepelným výkonom pre budovy.

BIBLIOGRAFIA

1. Bogoslovskiy, VN Stavebná tepelná fyzika / VN Bogoslovskiy. - SPb .: AVOK-SEVERO-ZAPAD, 2006. - 400 s.

2. Stavebné izolačné systémy: TKP.

4. Návrh a zhotovenie zatepľovacieho systému s prevetrávanou vzduchovou medzerou na báze trojvrstvových fasádnych panelov: R 1.04.032.07. - Minsk, 2007 .-- 117 s.

5. Danilevskij, LN K problematike znižovania úrovne tepelných strát v budove. Skúsenosti bielorusko-nemeckej spolupráce v stavebníctve / L. N. Danilevsky. - Minsk: Strinko, 2000 .-- S. 76, 77.

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

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

8. Peter O. Braun, Innovative Gebaudehullen, Warmetechnik, 9, 1997. S. 510-514.

9. Pasívny dom ako adaptívny systém podpory života: abstrakty z medzinárodnej konferencie. vedecké a technické conf. „Od tepelnej obnovy budov až po pasívny dom. Problémy a riešenia “/ LN Danilevsky. - Minsk, 1996. - S. 32–34.

10. Tepelná izolácia s kontrolovateľnými vlastnosťami pre budovy s nízkou úrovňou tepelných strát: So. tr. / Štátny podnik "Inštitút NIPTIS pomenovaný po S. Ataeva“; L. N. Danilevskij. - Minsk, 1998. - S. 13–27.

11. Danilevsky, L. Tepelnoizolačný systém s kontrolovanými vlastnosťami pre pasívny dom / L. Danilevsky // Architektúra a stavebníctvo. - 1998. - Číslo 3. - S. 30, 31.

12. Martynenko, OG Voľná ​​konvekčná výmena tepla. Odkaz / O. G. Martynenko, Yu. A. Sokovishin. - Minsk: Veda a technika, 1982 .-- 400 s.

13. Mikheev, M. A. Základy prenosu tepla / M. A. Mikheev, I. M. Mikheeva. - M .: Energiya, 1977 .-- 321 s.

14. Vonkajšie vetrané oplotenie budovy: US Pat. 010822 Evraz. Patentový úrad, IPC (2006.01) E04B 2/28, E04B 1/70 / L.N.Danilevsky; žiadateľ SE „Inštitút NIPTIS im. Ataeva S.S." - č. 20060978; vyslovený 5. 10. 2006; publ. 30.12.2008 // Byull. Euroázijský patentový úrad. - 2008. - č. 6.

15. Vonkajšie vetrané oplotenie budovy: US Pat. 11343 Rep. Bielorusko, IPC (2006) E04B1 / 70, E04B2 / 28 / L.N.Danilevsky; žiadateľ SE „Inštitút NIPTIS im. Ataeva S.S." - č. 20060978; vyhlásil 5. 10. 2006; publ. 30.12.2008 // Afitsyiny bul. / Nat. centrum intelektuála. ulasnastsi. - 2008.

Počiatočné údaje pre vrstvy obklopujúcich štruktúr;
- drevená podlaha(ryhovaná doska); 51 = 0,04 m; Xi = 0,18 W/m°C;
- parozábrana; nedôležité.
- vzduchová medzera Rpr = 0,16 m2 °C/W; 52 = 0,04 m A2 = 0,18 W/m °C; ( Tepelný odpor uzavretej vzduchovej medzery >>>.)
- izolácia(polystyrén); δ ut =? m; Aut = 0,05 W/m°C;
- podklad(doska); 53 = 0,025 m; A3 = 0,18 W/m °C;

Ako sme už uviedli, pre zjednodušenie tepelnotechnického výpočtu sa použije násobiaci koeficient ( k), čím sa hodnota vypočítaného tepelného odporu dostane na odporúčaný tepelný odpor obvodových konštrukcií; pre suterén a suterénne podlažia je tento koeficient 2,0. Potrebný tepelný odpor sa vypočíta na základe skutočnosti, že teplota vonkajšieho vzduchu (v podpoli) je rovná; -10 °C. (každý si však môže nastaviť teplotu, ktorú považuje za potrebnú pre svoj konkrétny prípad).

Uvážime:

Kde Rtr- požadovaný tepelný odpor,
tv- návrhová teplota vnútorného vzduchu, ° С. Je prijatý podľa SNiP a rovná sa 18 ° С, ale keďže všetci milujeme teplo, navrhujeme zvýšiť vnútornú teplotu vzduchu na 21 ° С.
tн- návrhová teplota vonkajšieho vzduchu, ° С, rovná priemernej teplote najchladnejšieho päťdňového obdobia v danej oblasti výstavby. Ponúkame teplotu v podpoli tн akceptovať "-10 ° С", to je samozrejme veľká rezerva pre moskovský región, ale tu je podľa nášho názoru lepšie znovu sľúbiť, ako nepočítať. No, ak budete dodržiavať pravidlá, potom sa vonkajšia teplota vzduchu tn berie podľa SNiP "Stavebná klimatológia". Taktiež požadovanú normovú hodnotu je možné zistiť v miestnych stavebných organizáciách, prípadne krajských odboroch architektúry.
δt n α in- súčin v menovateli zlomku sa rovná: 34,8 W / m2 - pre vonkajšie steny, 26,1 W / m2 - pre nátery a podkrovné podlahy, 17,4 W / m2 ( v našom prípade) - pre suterénne podlahy.

Teraz vypočítame hrúbku izolácie z extrudovanej polystyrénovej peny (styrofoam).

Kdeδ ut - hrúbka izolačnej vrstvy m;
δ 1 …… δ 3 - hrúbka jednotlivých vrstiev obvodových konštrukcií m;
λ 1 …… λ 3 - súčiniteľov tepelnej vodivosti jednotlivých vrstiev, W / m ° С (pozri Príručku pre staviteľa);
Rpr - tepelný odpor vzduchovej medzery, m2 ° С / W. Ak sa v uzatváracej konštrukcii nenachádza vzduchové potrubie, potom je táto hodnota zo vzorca vylúčená;
α in, α n - koeficienty prestupu tepla vnútorného a vonkajšieho povrchu podlahy rovná 8,7 a 23 W / m2 ° C;
λ ut - súčiniteľ tepelnej vodivosti izolačnej vrstvy(v našom prípade je polystyrén extrudovaná polystyrénová pena), W / m ° C.

Záver; Aby boli splnené požiadavky na teplotný režim prevádzky domu, hrúbka izolačnej vrstvy z dosiek z expandovaného polystyrénu umiestnených v podlahe suterénu pozdĺž drevených trámov (hrúbka trámov je 200 mm) musí byť minimálne 11 cm. . Keďže sme na začiatku nastavili nadhodnotené parametre, možnosti môžu byť nasledovné; je to buď koláč z dvoch vrstiev 50 mm polystyrénových dosiek (minimálne), alebo koláč zo štyroch vrstiev 30 mm polystyrénových dosiek (maximálne).

Výstavba domov v regióne Moskva:
- Výstavba domu z penového bloku v moskovskom regióne. Hrúbka stien domu z penových blokov >>>
- Výpočet hrúbky tehlových stien pri stavbe domu v moskovskom regióne. >>>
- Výstavba dreveného zrubového domu v Moskovskej oblasti. Hrúbka steny zrubového domu. >>>

Poznámka. Pri prelepovaní jednej alebo oboch plôch vzduchovej medzery hliníkovou fóliou by sa mal tepelný odpor zdvojnásobiť.

Dodatok 5 *

Schémy tepelne vodivých inklúzií v obvodových konštrukciách

Dodatok 6 *

(odkaz)

Znížená odolnosť okien, balkónových dverí a svetlíkov proti prestupu tepla

* v oceľových väzbách

Poznámky:

1. Mäkké selektívne povlaky skla zahŕňajú povlaky s tepelnou emisiou menšou ako 0,15 a pre tvrdé - viac ako 0,15.

2. Hodnoty znížených odporov proti prestupu tepla výplní svetelných otvorov sú uvedené pre prípady, keď pomer plochy zasklenia k ploche výplne otvorov je 0,75.

Hodnoty znížených odporov prestupu tepla uvedené v tabuľke môžu byť použité ako vypočítané, ak takéto hodnoty nie sú uvedené v normách alebo technických podmienkach na konštrukcii alebo nie sú potvrdené výsledkami skúšok.

3. Teplota vnútorného povrchu konštrukčných prvkov okien budov (okrem výrobných) musí byť minimálne 3 °C pri výpočtovej teplote vonkajšieho vzduchu.

.
1.3 Budova ako jednotný energetický systém.
2. Prenos tepla a vlhkosti cez vonkajšie ploty.
2.1 Základy prestupu tepla v budove.
2.1.1 Tepelná vodivosť.
2.1.2 Konvekcia.
2.1.3 Žiarenie.
2.1.4 Tepelný odpor vzduchovej medzery.
2.1.5 Koeficienty prestupu tepla na vnútorných a vonkajších povrchoch.
2.1.6 Prestup tepla cez viacvrstvovú stenu.
2.1.7 Znížený odpor voči prenosu tepla.
2.1.8 Rozloženie teploty v priereze oplotenia.
2.2 Vlhkostný režim obvodových konštrukcií.
2.2.1 Dôvody výskytu vlhkosti v plotoch.
2.2.2 Negatívne účinky vlhnutia vonkajších plotov.
2.2.3 Vzťah vlhkosti so stavebnými materiálmi.
2.2.4 Vlhký vzduch.
2.2.5 Vlhkosť materiálu.
2.2.6 Sorpcia a desorpcia.
2.2.7 Paropriepustnosť plotov.
2.3 Priedušnosť vonkajších plotov.
2.3.1 Základné ustanovenia.
2.3.2 Rozdiel v tlaku na vonkajší a vnútorný povrch plotov.
2.3.3 Priedušnosť stavebných materiálov.

2.1.4 Tepelný odpor vzduchovej medzery.

Pre konzistenciu, odolnosť proti prestupu tepla uzavreté vzduchové vrstvy umiestnené medzi vrstvami uzatváracej konštrukcie sa nazývajú tepelná odolnosť R vp, m². ºС / W.
Schéma prestupu tepla vzduchovou medzerou je na obr.5.

Obr. Prenos tepla vo vzduchovej medzere.

Medzery dostupné pre prúdenie vzduchu sú vetracie otvory, ktoré zhoršujú tepelnoizolačné vlastnosti stien. Uzavreté medzery (rovnako ako uzavreté póry peny) sú tepelne izolačné prvky. Vetrom nafúkané dutiny sa v stavebníctve široko používajú na zníženie tepelných strát cez uzatváracie konštrukcie (trhliny v tehlách a blokoch, kanály v betónových paneloch, medzery v oknách s dvojitým zasklením atď.). Dutiny vo forme vetruodolných vzduchových vrstiev sa používajú aj v stenách vaní, vrátane rámových. Tieto dutiny sú často hlavnými prvkami tepelnej ochrany. Najmä je to prítomnosť dutín na horúcej strane steny, ktorá umožňuje použitie polystyrénu s nízkou teplotou topenia (expandovaný polystyrén a penový polyetylén) v hlbokých zónach stien vysokoteplotných kúpeľov.

Dutiny v stenách sú zároveň tými najzákernejšími prvkami. Veternú izoláciu sa oplatí porušiť čo i len trochu a z celého systému dutín sa môže stať jediný vháňaný chladiaci vzduch, ktorý vypne všetky vonkajšie tepelnoizolačné vrstvy zo systému zatepľovania stien. Preto sa snažia, aby boli dutiny malé a zaručene sa od seba izolovali.

Koncepciu tepelnej vodivosti vzduchu (a ešte viac ultranízku hodnotu súčiniteľa tepelnej vodivosti nehybného vzduchu 0,024 W/m°) nie je možné použiť na posúdenie procesov prenosu tepla reálnym vzduchom, keďže vzduch vo veľkých dutinách je mimoriadne pohyblivá látka. Preto sa v praxi pre tepelnotechnické výpočty procesov prenosu tepla aj cez konvenčne „stacionárny“ vzduch využívajú empirické (experimentálne, experimentálne) vzťahy. Najčastejšie (v najjednoduchších prípadoch) v teórii prenosu tepla sa predpokladá, že tepelný tok zo vzduchu na povrch telesa vo vzduchu je Q = α∆Т, kde α - empirický koeficient prestupu tepla „nehybného“ vzduchu, ∆Т- rozdiel teplôt medzi povrchom tela a vzduchom. V bežných životných podmienkach je súčiniteľ prestupu tepla približne α = 10 W / m2 krupobitie. Práve tohto čísla sa budeme držať pri výpočte zahrievania stien a ľudského tela vo vani. Pomocou prúdenia vzduchu s rýchlosťou V (m/s) sa tepelný tok zvyšuje o hodnotu konvekčnej zložky. Q = βV∆T, kde β zhruba rovnaké 6 W s / m³ stup... Všetky veličiny závisia od priestorovej orientácie a drsnosti povrchu. Takže podľa súčasných noriem SNiP 23-02-2003 sa koeficient prestupu tepla zo vzduchu na vnútorné povrchy obvodových konštrukcií rovná 8,7 W / m2 stupňa pre steny a hladké stropy s mierne vyčnievajúcimi rebrami (s pomer výšky rebier „h“ k vzdialenosti „a »Medzi plochami susedných hrán h / a< 0,3); 7,6 Вт/м² град для потолков с сильно выступающими рёбрами (при отношении h/a >0,3); 8,0 W / m² stupňa pre okná a 9,9 W / m² stupňa pre strešné svetlíky. Fínski odborníci akceptujú súčiniteľ prestupu tepla v „nehybnom“ vzduchu suchých sáun rovný 8 W / m2 ° (čo sa v rámci chyby merania zhoduje s hodnotou, ktorú akceptujeme) a 23 W / m2 ° za prítomnosti prúdenia vzduchu s priemernou rýchlosťou 2 m/s.

Taká malá hodnota súčiniteľa prestupu tepla v konvenčne „nehybnom“ vzduchu α = 10 W / m2 krupobitie zodpovedá pojmu vzduch ako tepelný izolant a vysvetľuje potrebu využitia vysokých teplôt v saunách na rýchle zahriatie ľudského tela. Vzhľadom na steny to znamená, že pri charakteristických tepelných stratách cez steny vane (50-200) W/m2 môže dosahovať rozdiel teploty vzduchu vo vani a teplôt vnútorných povrchov stien vane ( 5 až 20 °C. Ide o veľmi veľkú hodnotu, ktorú často nikto neberie do úvahy. Prítomnosť silného prúdenia vzduchu v kúpeli umožňuje zníženie poklesu teploty na polovicu. Upozorňujeme, že takéto vysoké poklesy teploty, typické pre kúpele, sú v obytných priestoroch neprijateľné. Takže teplotný rozdiel medzi vzduchom a stenami, štandardizovaný v SNiP 23-02-2003, by nemal prekročiť 4 ° C v obytných priestoroch, 4,5 ° C vo verejných priestoroch a 12 ° C v priemyselných priestoroch. Vyššie poklesy teplôt v obytných priestoroch nevyhnutne vedú k pocitom chladu zo stien a roseniu stien.

Pomocou zavedeného konceptu súčiniteľa prestupu tepla z povrchu do vzduchu možno dutiny vo vnútri steny považovať za postupné usporiadanie teplosmenných plôch (pozri obr. 35). Vzduchové zóny pri stene, kde sú pozorované vyššie uvedené teplotné rozdiely ∆T, sa nazývajú hraničné vrstvy. Ak sú v stene (alebo sklenenej jednotke) dva prázdne miesta (napríklad tri poháre), potom je v skutočnosti 6 hraničných vrstiev. Ak cez takúto stenu (alebo presklenú jednotku) prechádza tepelný tok 100 W / m2, potom sa pri každej hraničnej vrstve teplota mení o ∆T = 10 ° С a na všetkých šiestich vrstvách je teplotný rozdiel 60 °C. Vzhľadom na to, že tepelné toky cez každú jednotlivú hraničnú vrstvu a cez celú stenu ako celok sú navzájom rovnaké a stále dosahujú hodnotu 100 W / m2, výsledný súčiniteľ prestupu tepla pre stenu bez dutín ("dvojsklo" s jedným sklo) bude 5 W / m2 stupňa, pre stenu s jednou prázdnou vrstvou (okno s dvojitým zasklením s dvoma sklami) 2,5 W / m² stupňa a s dvoma dutými medzivrstvami (okno s dvojitým zasklením s tromi sklami) 1,67 W / m² stupeň To znamená, že čím viac dutín (alebo čím viac skla), tým je stena teplejšia. V tomto prípade bola tepelná vodivosť materiálu stien (skla) v tomto výpočte predpokladaná ako nekonečne veľká. Inými slovami, dokonca aj z veľmi "studeného" materiálu (napríklad ocele) je v zásade možné vyrobiť veľmi teplú stenu, ktorá poskytuje iba prítomnosť mnohých vzduchových vrstiev v stene. Na tomto princípe fungujú vlastne všetky sklenené okná.

Pre zjednodušenie odhadovaných výpočtov je vhodnejšie použiť nie súčiniteľ prestupu tepla α, ale jeho prevrátenú hodnotu - odpor prestupu tepla (tepelný odpor hraničnej vrstvy) R = 1/a... Tepelný odpor dvoch hraničných vrstiev zodpovedajúci jednej vrstve materiálu steny (jedno sklo) alebo jednej vzduchovej medzere (medzivrstva) sa rovná R = 0,2 m2 deg / W a tri vrstvy materiálu steny (ako na obrázku 35) - súčet odporov šiestich hraničných vrstiev, to znamená 0,6 m² deg / W. Z definície pojmu odolnosť proti prestupu tepla Q = ∆T / R z toho vyplýva, že pri rovnakom tepelnom toku 100 W / m² a tepelnom odpore 0,6 m² deg / W bude teplotný spád na stene s dvoma vzduchovými priestormi rovnakých 60 ° C. Ak sa počet vzduchových vrstiev zvýši na deväť, potom teplotný spád na stene s rovnakým tepelným tokom 100 W / m2 bude 200 ° C, to znamená, že vypočítaná teplota vnútorného povrchu steny vo vani s tepelný tok 100 W / m2 sa zvýši zo 60 ° C na 200 ° С (ak je vonku 0 ° С).

Súčiniteľ prestupu tepla je výsledný ukazovateľ, ktorý komplexne sumarizuje dôsledky všetkých fyzikálnych procesov prebiehajúcich vo vzduchu na povrchu teplosmenného alebo teplo pohlcujúceho telesa. Pri malých rozdieloch teplôt (a malých tepelných tokoch) sú konvekčné prúdenia vzduchu malé, k prenosu tepla dochádza hlavne vodivo v dôsledku tepelnej vodivosti stacionárneho vzduchu. Hrúbka hraničnej vrstvy by bola malá a = AR = 0,0024 m kde A = 0,024 W/m st- súčiniteľ tepelnej vodivosti nehybného vzduchu, R = 0,1 m2 deg / W- tepelný odpor hraničnej vrstvy. Vo vnútri hraničnej vrstvy má vzduch rôzne teploty, v dôsledku čoho sa v dôsledku gravitačných síl vzduch na horúcom vertikálnom povrchu začína vznášať (a pri studenom - ponoriť), získava rýchlosť a turbulizuje (víri). . Víry zvyšujú prenos tepla vzduchu. Ak sa príspevok tejto konvekčnej zložky formálne zavedie do hodnoty súčiniteľa tepelnej vodivosti λ, potom zvýšenie tohto súčiniteľa tepelnej vodivosti bude zodpovedať formálnemu zvýšeniu hrúbky hraničnej vrstvy. a = λR(ako uvidíme nižšie, približne 5-10 krát od 0,24 cm do 1-3 cm). Je zrejmé, že táto formálne zvýšená hrúbka hraničnej vrstvy zodpovedá veľkosti prúdenia vzduchu a vírov. Bez toho, aby sme zachádzali hlboko do zložitosti štruktúry hraničnej vrstvy, poznamenávame, že je oveľa dôležitejšie pochopiť, že teplo prenášané do vzduchu môže „odletieť“ nahor konvekčným prúdením bez toho, aby sa dostalo na ďalšiu dosku viacvrstvovej steny. alebo ďalší pohár sklenenej jednotky. To zodpovedá prípadu ohrievačov vzduchu, ktoré budú uvažované nižšie pri analýze tienených kovových pecí. Tu uvažujeme prípad, keď prúdenie vzduchu v medzivrstve má obmedzenú výšku, napríklad 5-20 krát väčšiu ako je hrúbka medzivrstvy δ. V tomto prípade vznikajú vo vzduchových priestoroch cirkulačné prúdenia, ktoré sa vlastne podieľajú na prenose tepla spolu s vodivými tepelnými tokmi.

Pri malých hrúbkach vzduchových vrstiev sa protiprúdy vzduchu na protiľahlých stenách medzery začnú navzájom ovplyvňovať (miešať). Inými slovami, hrúbka vzduchovej medzery je menšia ako dve nenarušené hraničné vrstvy, v dôsledku čoho sa zvyšuje koeficient prestupu tepla a zodpovedajúcim spôsobom klesá odpor prestupu tepla. Navyše pri zvýšených teplotách stien vzduchových vrstiev začínajú hrať úlohu procesy prenosu tepla sálaním. Revidované údaje v súlade s oficiálnymi odporúčaniami SNiP P-3-79 * sú uvedené v tabuľke 7, z ktorej je zrejmé, že hrúbka nenarušených hraničných vrstiev je 1 až 3 cm, ale dochádza k výraznej zmene prenosu tepla. sa vyskytuje len vtedy, keď je hrúbka vzduchových vrstiev menšia ako 1 cm. To znamená, že vzduchové medzery medzi sklom v sklenenej jednotke by nemali byť menšie ako 1 cm.

Tabuľka 7. Tepelný odpor uzavretej vzduchovej medzery, m2 deg / W

Z ich tabuľky 7 tiež vyplýva, že teplejšie vzduchové vrstvy majú nižší tepelný odpor (lepšie prepúšťajú teplo). Je to spôsobené vplyvom sálavého mechanizmu na prenos tepla, o ktorom budeme uvažovať v ďalšej časti. Všimnite si, že viskozita vzduchu sa zvyšuje s teplotou, takže teplý vzduch je menej turbulizovaný.

Ryža. 36.. Označenia sú rovnaké ako na obrázku 35. V dôsledku nízkej tepelnej vodivosti materiálu steny vznikajú teplotné rozdiely ∆Тc = QRc, kde Rc je tepelný odpor steny Rc = 5c / λc(δc - hrúbka steny, λc - súčiniteľ tepelnej vodivosti materiálu steny). S rastúcim c klesá teplota ∆Тc klesá, ale poklesy teploty na hraničných vrstvách ∆Т zostávajú nezmenené. Ilustruje to distribúcia Tvint s odkazom na prípad vyššej tepelnej vodivosti materiálu steny. Prúdenie tepla cez celú stenu Q = ∆T / R = ∆Тc / Rc = (Tvnutr - Tout) / (3Rc + 6R)... Tepelný odpor hraničných vrstiev R a ich hrúbka a nezávisia od tepelnej vodivosti materiálu steny λc a ich tepelného odporu Rc.

Ryža. 37 .: a - tri vrstvy kovu (alebo skla) vzdialené od seba s medzerami 1,5 cm, ekvivalentné drevu (drevenej doske) s hrúbkou 3,6 cm; b - päť vrstiev kovu s medzerami 1,5 cm, čo zodpovedá drevu s hrúbkou 7,2 cm; c - tri vrstvy preglejky s hrúbkou 4 mm s medzerami 1,5 cm, čo zodpovedá drevu s hrúbkou 4,8 cm; d - tri vrstvy polyetylénovej peny s hrúbkou 4 mm s medzerami 1,5 cm, čo zodpovedá drevu s hrúbkou 7,8 cm; e - tri vrstvy kovu s medzerami 1,5 cm, vyplnené účinnou izoláciou (expandovaný polystyrén, penový polyetylén alebo minerálna vlna), zodpovedajú drevu s hrúbkou 10,5 cm, veľkosť medzier v rozmedzí (1-30) cm.

Ak má konštrukčný materiál steny nízku tepelnú vodivosť, potom je potrebné vo výpočtoch zohľadniť jeho príspevok k tepelnému odporu steny (obr. 36). Aj keď je príspevok dutín spravidla významný, vyplnenie všetkých dutín účinnou izoláciou umožňuje (v dôsledku úplného zastavenia pohybu vzduchu) výrazne (3-10 krát) zvýšiť tepelný odpor steny (obr. 37). ).

Už samotná možnosť získania celkom vhodných do kúpeľa (aspoň letných) teplých stien z niekoľkých vrstiev "studeného" kovu je samozrejme zaujímavá a využívajú ju napríklad Fíni na protipožiarnu ochranu stien v saunách pri piecke. . V praxi sa však takéto riešenie ukazuje ako veľmi náročné vzhľadom na nutnosť mechanickej fixácie rovnobežných kovových vrstiev s početnými mostíkmi, ktoré zohrávajú úlohu nežiaducich „mostíkov“ chladu. Tak či onak, aj jedna vrstva kovu či látky „hreje“, ak ju neprefúkne vietor. Na tomto fenoméne sú založené stany, jurty, mory, ktoré, ako viete, sa dodnes používajú (a po stáročia používajú) ako kúpele v nomádskych podmienkach. Takže jedna vrstva látky (bez ohľadu na to, ak len odolná voči vetru) je len dvakrát „studenšia“ ako tehlová stena s hrúbkou 6 cm a zohreje sa stokrát rýchlejšie. Napriek tomu zostáva látka stanu oveľa chladnejšia ako vzduch v stane, čo neumožňuje realizovať žiadne zdĺhavé parné režimy. Okrem toho akékoľvek (aj malé) poryvy tkaniva okamžite vedú k silným stratám tepla konvekciou.

Vzduchové medzery v oknách majú najväčší význam v kúpeľoch (ako aj v obytných budovách). V tomto prípade sa znížený odpor prestupu tepla okien meria a vypočítava pre celú plochu okenného otvoru, teda nielen pre sklenenú časť, ale aj pre kryt (drevo, oceľ, hliník, plast ), ktorý má spravidla lepšie tepelnoizolačné vlastnosti ako sklo. Pre orientáciu uvádzame štandardné hodnoty tepelného odporu okien rôznych typov podľa SNiP P-3-79 * a voštinových materiálov s prihliadnutím na tepelný odpor vonkajších hraničných vrstiev vo vnútri a mimo miestnosti (viď. tabuľka 8).

Tabuľka 8. Znížená odolnosť okien a okenných materiálov voči prestupu tepla