Koeficient toplotne prevodnosti zračne reže. Toplotna odpornost zračne reže. Testiranje načrta toplotnoizolacijskega sistema z nadzorovano toplotno izolacijo z uporabo prezračevalnih emisij iz stavbe

* - brez upoštevanja paroprepustnosti šivov zaslona

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

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

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

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

Zaključki:

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

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

4.6. Določanje toplotnih in vlažnih pogojev prezračevane zračne reže

Izračun se izvede za razmere zimskega obdobja.

Določanje hitrosti gibanja in temperature zraka v vmesnem sloju

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

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

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

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

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

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

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

Ekvivalentni premer zračne reže:

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

(m 2 × ° С) / W,

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

(m 2 × ° С) / W,

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

Kvote

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

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

kje Z- specifična toplotna kapaciteta zraka, Z= 1000 J / (kg × ° С).

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

Hitrost zraka v vmesnem sloju:

Gostota zraka v vmesnem sloju

Količina (hitrost pretoka) zraka, ki prehaja skozi vmesni sloj:

Pojasnimo koeficient toplotne prehodnosti površine zračne reže:

W / (m 2 × ° C).

Toplotni upor in koeficient prenosa toplote notranjega dela stene:

(m 2 × ° С) / W,

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

Toplotni upor in koeficient prenosa toplote zunanjega dela stene:

(m 2 × ° С) / W,

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

Kvote

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

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

Pojasnimo povprečno temperaturo zraka v vmesnem sloju:

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

Zaradi nizke toplotne prevodnosti zraka se zračni prostori pogosto uporabljajo kot toplotna izolacija. Zračna reža je lahko nepredušna ali prezračevana, v slednjem primeru se imenuje zračni kanal. Če bi zrak miroval, bi bil toplotni upor zelo visok, vendar se zaradi prenosa toplote s konvekcijo in sevanjem upor zračnih plasti zmanjša.

Konvekcija v zračni reži. Pri prenosu toplote se premaga upor obeh mejnih plasti (glej sliko 4.2), zato se koeficient toplotne prehodnosti prepolovi. V navpičnih zračnih prostorih, če je debelina sorazmerna z višino, se navpični zračni tokovi premikajo brez motenj. V tankih zračnih plasteh se medsebojno zavirajo in tvorijo notranje cirkulacijske kroge, katerih višina je odvisna od širine.

riž. 4.2 - Shema prenosa toplote v zaprti zračni reži: 1 - konvekcija; 2 - sevanje; 3 - toplotna prevodnost

V tankih plasteh ali z majhno temperaturno razliko na površinah () pride do vzporednega curka gibanja zraka brez mešanja. Količina toplote, ki se prenese skozi zračno režo, je

. (4.12)

Kritična debelina vmesnega sloja je bila določena eksperimentalno, δ kr, mm, pri katerem se vzdržuje režim laminarnega toka (pri povprečni temperaturi zraka v vmesnem sloju 0 ​​о С):

V tem primeru se prenos toplote izvaja s toplotno prevodnostjo in

Za druge debeline je vrednost koeficienta toplotne prehodnosti

. (4.15)

S povečanjem debeline navpične plasti se poveča α do:

pri δ = 10 mm - za 20 %; δ = 50 mm - za 45% (največja vrednost, potem pride do zmanjšanja); δ = 100 mm - za 25 % in δ = 200 mm - za 5%.

V vodoravnih zračnih plasteh (s toplejšo zgornjo površino) mešanja zraka skoraj ne bo, zato je uporabna formula (4.14). Pri toplejši spodnji površini (nastanejo heksagonalne cirkulacijske cone) vrednost α do najdemo s formulo (4.15).

Prenos sevalne toplote v zračni reži

Sevalna komponenta toplotnega toka je določena s formulo

. (4,16)

Koeficient sevalne toplote je enak α l= 3,97 W / (m 2 ∙ o C), njegova vrednost je večja α do, zato glavni prenos toplote poteka s sevanjem. Na splošno je količina toplote, ki se prenaša skozi vmesni sloj, večkratnik

.

Toplotni tok lahko zmanjšamo tako, da toplo površino (da preprečimo kondenzacijo) pokrijemo s folijo, s t.i. "Ojačitev." Sevalni tok se zmanjša za približno 10-krat, upor pa se podvoji. Včasih se v zračno režo vnesejo celice iz folijskega satja, ki tudi zmanjšajo konvektivni prenos toplote, vendar ta rešitev ni trajna.

V tabeli so prikazane vrednosti toplotne prevodnosti zraka λ odvisno od temperature pri normalnem atmosferskem tlaku.

Vrednost koeficienta toplotne prevodnosti zraka je potrebna pri izračunu prenosa toplote in je vključena v številke podobnosti, na primer, kot so številke Prandtl, Nusselt, Bio.

Toplotna prevodnost je izražena v dimenzijah in je podana za plinasti zrak v temperaturnem območju od -183 do 1200 °C. na primer, pri temperaturi 20 ° C in normalnem atmosferskem tlaku je toplotna prevodnost zraka 0,0259 W / (m deg).

Pri nizkih negativnih temperaturah ima ohlajen zrak nizko toplotno prevodnost, na primer pri temperaturi minus 183 ° C je le 0,0084 W / (m · deg).

Po tabeli se to vidi s povišanjem temperature se poveča toplotna prevodnost zraka... Torej, s povečanjem temperature od 20 do 1200 ° C se vrednost toplotne prevodnosti zraka poveča z 0,0259 na 0,0915 W / (m · deg), torej več kot 3,5-krat.

Toplotna prevodnost zraka v tekočem in plinastem stanju pri nizkih temperaturah in tlakih do 1000 barov

V tabeli so prikazane vrednosti toplotne prevodnosti zraka pri nizkih temperaturah in tlakih do 1000 barov.
Toplotna prevodnost je izražena v W / (m · stopinj), temperaturno območje je od 75 do 300 K (od -198 do 27 ° C).

Vrednost toplotne prevodnosti zraka v plinastem stanju narašča z naraščanjem tlaka in temperature.
Zrak v tekočem stanju s povečanjem temperature nagiba k zmanjšanju koeficienta toplotne prevodnosti.

Črta pod vrednostmi v tabeli pomeni prehod tekočega zraka v plin - številke pod črto se nanašajo na plin, nad njo pa na tekočino.
Sprememba agregacijskega stanja zraka pomembno vpliva na vrednost koeficienta toplotne prevodnosti - toplotna prevodnost tekočega zraka je veliko višja.

Toplotna prevodnost v tabeli je navedena v moči 10 3. Ne pozabite deliti s 1000!

Toplotna prevodnost plinastega zraka pri temperaturah od 300 do 800 K in različnih tlakih

V tabeli so prikazane vrednosti toplotne prevodnosti zraka pri različnih temperaturah glede na tlak od 1 do 1000 barov.
Toplotna prevodnost je izražena v W / (m · deg), temperaturno območje je od 300 do 800 K (od 27 do 527 ° C).

Glede na tabelo je razvidno, da se s povečanjem temperature in tlaka poveča toplotna prevodnost zraka.
Bodi previden! Toplotna prevodnost v tabeli je navedena v moči 10 3. Ne pozabite deliti s 1000!

Toplotna prevodnost zraka pri visokih temperaturah in tlakih od 0,001 do 100 barov

Tabela prikazuje toplotno prevodnost zraka pri visokih temperaturah in tlakih od 0,001 do 1000 barov.
Toplotna prevodnost je izražena v W / (m · deg), temperaturno območje od 1500 do 6000K(od 1227 do 5727 ° C).

Z zvišanjem temperature se molekule zraka disociirajo in največja vrednost njegove toplotne prevodnosti je dosežena pri tlaku (izpustu) 0,001 atm. in temperaturo 5000K.
Opomba: Bodite previdni! Toplotna prevodnost v tabeli je navedena v moči 10 3. Ne pozabite deliti s 1000!

Opomba. Pri lepljenju ene ali obeh površin zračne reže z aluminijasto folijo je treba toplotni upor podvojiti.

Dodatek 5 *

Sheme toplotno prevodnih vključkov v ograjenih konstrukcijah

Dodatek 6 *

(Referenca)

Zmanjšana odpornost na prenos toplote oken, balkonskih vrat in strešnih oken

* v jeklenih vezavah

Opombe:

1. Mehki selektivni premazi stekla vključujejo premaze s toplotno emisijo manj kot 0,15, trdim pa več kot 0,15.

2. Vrednosti zmanjšanih uporov proti prenosu toplote zapolnitev svetlobnih odprtin so podane za primere, ko je razmerje med površino zasteklitve in površino zapolnitve odprtin 0,75.

Vrednosti zmanjšanih uporov prenosa toplote, navedene v tabeli, se lahko uporabijo kot izračunane, če teh vrednosti v standardih ali tehničnih pogojih na konstrukciji ni ali niso potrjene z rezultati preskusa.

3. Temperatura notranje površine konstrukcijskih elementov oken stavb (razen proizvodnje) mora biti najmanj 3 ° C pri projektni temperaturi zunanjega zraka.

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

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

UVOD

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

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

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

IZOLACIJSKI SISTEM Z ZAPRTO ZRAČNO režo

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

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

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

riž. eno. Toplotna izolacija s paroprepustnimi vložki

Za tlak nasičene pare v vmesnem sloju lahko zapišete izraz:

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

(2)

kje Kositer, T ven- temperatura zraka v stavbi in zunanjega zraka približno C;

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

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

(3)

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

S 1 - površina zunanje stene stavbe, m 2;

kпп1 - koeficient paroprepustnosti stene, enak:

tukaj Rпп1 = m 1 / l 1 ;

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

l 1 - debelina stene, m.

Za selitev hlapov iz zračne plasti skozi paroprepustne vložke v toplotni izolaciji stavbe lahko zapišemo enačbo:

(5)

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

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

k pp2 je koeficient paroprepustnosti vložkov, enak:

tukaj Rпп2 = m 2 / l 2 ;

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

l 2 - debelina vložka, m.

Izenačitev desnih strani enačb (3) in (5) in reševanje nastale enačbe za parno ravnovesje v vmesnem sloju glede na P, dobimo vrednost parnega tlaka v vmesnem sloju v obliki:

(7)

kjer je e = S 2 /S 1 .

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

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

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

Tabela 1. Vrednost ε za različne možnosti sten

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

IZOLACIJSKI SISTEM Z NADZOROVANIMI TOPLOTNIMI KARAKTERISTIKAMI

Načrtovanje toplotnoizolacijskih sistemov je v zadnjih petdesetih letih doživelo pomemben razvoj, danes pa imajo projektanti na voljo širok nabor materialov in konstrukcij: od uporabe slame do vakuumske toplotne izolacije. Možna je tudi uporaba aktivnih toplotnoizolacijskih sistemov, katerih značilnosti omogočajo vključitev v sistem oskrbe z električno energijo stavb. V tem primeru se lahko lastnosti toplotnoizolacijskega sistema spreminjajo tudi glede na okoljske razmere, kar zagotavlja konstantno raven toplotnih izgub iz objekta ne glede na zunanjo temperaturo.

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

(10)

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

V sistemu s prozorno toplotno izolacijo pri nizki legi sonca njegovi žarki skoraj brez izgube prehajajo na steno, jo segrejejo in s tem zmanjšajo toplotne izgube iz prostora. Poleti, ko je sonce visoko nad obzorjem, se sončni žarki skoraj v celoti odbijajo od stene stavbe in s tem preprečimo pregrevanje objekta. Za zmanjšanje povratnega toplotnega toka je toplotnoizolacijska plast izdelana v obliki satjaste strukture, ki deluje kot past za sončne žarke. Pomanjkljivost takšnega sistema je nezmožnost prerazporeditve energije vzdolž fasad stavbe in pomanjkanje akumulacijskega učinka. Poleg tega je učinkovitost tega sistema neposredno odvisna od stopnje sončne aktivnosti.

Po mnenju avtorjev bi moral idealen toplotnoizolacijski sistem do neke mere spominjati na živi organizem in v širokem razponu spreminjati svoje lastnosti glede na okoljske razmere. Z znižanjem zunanje temperature naj bi sistem toplotne izolacije zmanjšal toplotne izgube iz stavbe, s povečanjem zunanje temperature pa se lahko njegov toplotni upor zmanjša. V poletnem času mora biti oskrba objekta s sončno energijo odvisna tudi od zunanjih razmer.

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

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

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

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

riž. 3. Shema izračuna toplotnih izgub skozi ogradno konstrukcijo

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

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

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

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

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

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

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

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

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

s - Stefan-Boltzmannova konstanta;

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

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

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

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

in iz pihanega zraka na zaslon:

Nato se sistem enačb razdeli na dva sistema:

Koeficient toplotnega prehoda je izražen z Nusseltovim številom:

kje L- značilna velikost.

Formule za izračun Nusseltovega števila so bile vzete glede na situacijo. Pri izračunu koeficienta prenosa toplote na notranji in zunanji površini ograjenih konstrukcij so bile uporabljene naslednje formule:

kjer je Ra = Pr × Gr - Rayleighov kriterij;

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

Pri določanju Grashofovega števila je bila kot karakteristični padec temperature izbrana razlika med temperaturo stene in temperaturo zunanjega zraka. Izvzete so bile značilne dimenzije: višina stene in debelina vmesnega sloja.

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

(22)

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

(23)

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

d je debelina zračne reže.

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

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

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

riž. 4. Grafi specifičnih toplotnih izgub

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

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

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

riž. 5. Odvisnost temperature zunanje površine stenena zunanjo temperaturo

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

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

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

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

Na sl. 8 prikazuje odvisnost toplotnih izgub za zunanjo temperaturo minus 20 °C od hitrosti zraka v vmesnem sloju z različnimi debelinami. Povečanje hitrosti zraka nad 0,5 m / s ne vpliva bistveno na lastnosti toplotne izolacije.

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

riž. osem. Odvisnost toplotnih izgub od hitrosti zrakaz različno debelino zračne reže

Pozornost je treba nameniti dejstvu, da prezračevana zračna reža omogoča učinkovito nadzorovanje stopnje toplotne izgube skozi površino stene s spreminjanjem hitrosti zraka v območju od 0 do 0,5 m / s, kar je nemogoče za običajno toplotno izolacijo. Na sl. 9 prikazuje odvisnost hitrosti zraka od zunanje temperature za fiksno stopnjo toplotne izgube skozi steno. Ta pristop k toplotni zaščiti stavb omogoča zmanjšanje porabe energije prezračevalnega sistema z naraščanjem zunanje temperature.

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

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

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

Kot zunanjo vpojno plast se lahko uporabi kovinska plošča temne barve. In drugi vpojni sloj je lahko zračna reža v toplotni izolaciji stavbe. Zrak, ki se giblje v vmesnem sloju, se zapira skozi talni toplotni izmenjevalnik, segreva tla v sončnem vremenu, akumulira sončno energijo in jo prerazporeja po fasadah stavbe. Toplota iz zunanje plasti v notranjo plast se lahko prenaša s pomočjo termičnih diod, izdelanih na toplotnih ceveh s faznimi prehodi.

Tako predlagani toplotnoizolacijski sistem z nadzorovanimi termofizikalnimi lastnostmi temelji na zasnovi s toplotno izolacijskim slojem, ki ima tri značilnosti:

- prezračevana zračna reža vzporedno z ovojom stavbe;

- vir energije za zrak znotraj plasti;

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

Ena od možnih možnosti oblikovanja je uporaba prozornega toplotnoizolacijskega sistema. V tem primeru je treba toplotnoizolacijski sistem dopolniti z drugo zračno režo, ki meji na steno stavbe in komunicira z vsemi stenami stavbe, kot je prikazano na sl. 10.

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

riž. 10. Prozoren toplotnoizolacijski sistem z prezračevano zračno režo

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

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

riž. enajst. Toplotnoizolacijski sistem z zemeljskim toplotnim izmenjevalnikom

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

Avtomatski sistem za nadzor njegovih lastnosti bi moral postati nujen element toplotnoizolacijskega sistema. Na sl. 12 je blokovni diagram krmilnega sistema. Krmiljenje temelji na analizi informacij senzorjev temperature in vlažnosti s spremembo načina delovanja ali izklopom ventilatorja ter odpiranjem in zapiranjem zračnih loput.

riž. 12. Blok diagram krmilnega sistema

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

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

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

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

Tako vam predlagani toplotnoizolacijski sistem omogoča dejansko nadzor toplotnih lastnosti.

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

Shema eksperimenta je prikazana na sl. 14. Postavitev toplotnoizolacijskega sistema se montira na opečno steno prostora v zgornjem delu jaška dvigala. Postavitev je sestavljena iz toplotne izolacije, ki je paroodporna toplotnoizolacijska plošča (ena površina je aluminij debeline 1,5 mm, druga je aluminijasta folija), napolnjena s poliuretansko peno debeline 3,0 cm s koeficientom toplotne prevodnosti 0,03 W/(m 2 × о С). Odpornost na prenos toplote plošče je 1,0 m 2 × о С / W, opečne stene - 0,6 m 2 × о С / W. Med toplotnoizolacijskimi ploščami in površino ovoja stavbe je zračna reža debeline 5 cm.Za določitev temperaturnih režimov in gibanja toplotnega toka skozi ovoj stavbe so vanjo vgradili senzorje temperature in toplotnega toka.

riž. 14. Shema eksperimentalnega sistema z nadzorovano toplotno izolacijo

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

Dodatna energija v notranjosti plasti se oskrbuje z zrakom, odvzetim na izhodu iz sistema za rekuperacijo toplote prezračevalnih emisij stavbe. Prezračevalne emisije so bile odvzete iz izpusta prezračevalnega jaška stavbe Državnega podjetja "Inštitut NIPTIS im. Ataeva S.S. "so bili napajani na prvi vhod rekuperatorja (glej sliko 15a). V drugi dovod rekuperatorja je bil zrak doveden iz prezračevalne plasti, iz drugega izhoda rekuperatorja pa spet v prezračevalni sloj. Zrak iz prezračevalnih emisij se ne sme dovajati neposredno v zračno režo zaradi nevarnosti kondenzacije vlage v njej. Zato so prezračevalne emisije stavbe najprej šle skozi toplotni izmenjevalnik-rekuperator, katerega drugi dovod je bil dovajan z zrakom iz vmesnega sloja. V rekuperatorju so ga segrevali in s pomočjo ventilatorja dovajali v zračno plast prezračevalnega sistema skozi prirobnico, nameščeno v spodnjem delu toplotnoizolacijske plošče. Skozi drugo prirobnico v zgornjem delu toplotne izolacije je bil iz plošče odstranjen zrak in zaprt cikel njegovega gibanja na drugem vstopu v toplotni izmenjevalnik. V procesu dela se registracija informacij, ki prihajajo iz senzorjev temperature in toplotnega pretoka, nameščenih po shemi na sl. 14.

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

Na sl. 16 prikazuje grafe temperaturnih sprememb: zunanjega zraka, zraka v zaprtih prostorih in zraka v različnih delih plasti. Od 7.00 do 13.00 sistem preide v stacionarni način delovanja. Izkazalo se je, da je razlika med temperaturo na vstopu zraka v vmesni sloj (senzor 6) in temperaturo na izstopu iz njega (senzor 5) približno 3 ° C, kar kaže na porabo energije iz prehajajočega zraka.

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

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

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

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

ZAKLJUČEK

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

2 Avtorji so predlagali zasnovo toplotne izolacije z zaprto zračno režo med toplotno izolacijo in steno objekta. Da bi preprečili kondenzacijo vlage v zračni plasti brez zmanjšanja toplotnoizolacijskih lastnosti, se upošteva možnost uporabe paroprepustnih vložkov pri toplotni izolaciji. Razvita je bila metoda za izračun površine vložkov glede na pogoje uporabe toplotne izolacije. Pri nekaterih stenskih konstrukcijah, kot v prvem primeru iz tabele 1, je mogoče opustiti paroprepustne vložke. V drugih primerih je lahko površina paroprepustnih vložkov zanemarljiva glede na površino stene, ki jo je treba izolirati.

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

BIBLIOGRAFIJA

1. Bogoslovskiy, VN Gradbena toplotna fizika / VN Bogoslovskiy. - SPb .: AVOK-SEVERO-ZAPAD, 2006. - 400 str.

2. Izolacijski sistemi stavb: TKP.

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

5. Danilevsky, LN O vprašanju zmanjšanja stopnje toplotnih izgub v stavbi. Izkušnje belorusko-nemškega sodelovanja v gradbeništvu / L. N. Danilevsky. - Minsk: Strinko, 2000 .-- Str. 76, 77.

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

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

8. Peter O. Braun, Inovativni Gebaudehullen, Warmetechnik, 9, 1997. P. 510-514.

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

10. Toplotna izolacija z nadzorovanimi lastnostmi za objekte z nizko stopnjo toplotnih izgub: Sab. tr. / Državno podjetje "Inštitut NIPTIS po S. Ataeva"; L. N. Danilevsky. - Minsk, 1998. - S. 13–27.

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

12. Martynenko, OG Prosta konvektivna izmenjava toplote. Referenca / O. G. Martynenko, Yu. A. Sokovišin. - Minsk: Znanost in tehnika, 1982 .-- 400 str.

13. Mihejev, M. A. Osnove prenosa toplote / M. A. Mihejev, I. M. Mihejeva. - M .: Energija, 1977 .-- 321 str.

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

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