Еквівалентний коефіцієнт теплопровідності замкнутої повітряного прошарку. Термічний опір повітряного прошарку. Система утеплення з замкнутої повітряним прошарком

Одним із прийомів, що підвищують теплоізоляційні якості огорож, є пристрій повітряного прошарку. Її використовують в конструкціях зовнішніх стін, перекриттів, вікон, вітражів. У стінах і перекриттях її застосовують і для попередження перезволоження конструкцій.

Повітряний прошарок може бути герметичною або вентильованого.

Розглянемо теплопередачу герметичнійповітряного прошарку.

Термічний опір повітряного прошарку R al можна визначати як опір теплопровідності шару повітря, так як перенесення тепла через прошарок при різниці температур на поверхнях відбувається, в основному, шляхом конвекції і випромінювання (рис.3.14). Кількість тепла,

переданого шляхом теплопровідності, мало, так як малий коефіцієнт теплопровідності повітря (0,026 Вт / (м × ° С)).

У прошарках, в загальному випадку, повітря знаходиться в русі. У вертикальних - він переміщається вгору уздовж теплою поверхні і вниз - уздовж холодної. Має місце конвективний теплообмін, і його інтенсивність зростає зі збільшенням товщини прошарку, оскільки зменшується тертя повітряних струменів об стінки. При передачі тепла конвекцією долається опір прикордонних шарів повітря у двох поверхонь, тому для розрахунку цієї кількості тепла коефіцієнт тепловіддачі α до слід зменшити вдвічі.

Для опису теплопереносу спільно конвекцією і теплопровідністю зазвичай вводять коефіцієнт конвективного теплообміну α "до, рівний

α "к = 0,5 α до + λ a / δ al, (3.23)

де λ a і δ al - коефіцієнт теплопровідності повітря і товщина повітряного прошарку, відповідно.

Цей коефіцієнт залежить від геометричної форми і розмірів повітряних прошарків, напрямку потоку тепла. Шляхом узагальнення великої кількості експериментальних даних на основі теорії подібності М.А.Міхеев встановив певні закономірності для α "к. В таблиці 3.5 наведено приклади значення коефіцієнтів α" до, розраховані їм при середній температурі повітря у вертикальній прошарку t = + 10º С .

Таблиця 3.5

Коефіцієнти конвективного теплообміну в вертикальної повітряному прошарку

Коефіцієнт конвективного теплообміну в горизонтальних повітряних прошарках залежить від напрямку теплового потоку. Якщо верхня поверхня нагріта більше, ніж нижня, руху повітря майже не буде, так як тепле повітря зосереджений вгорі, а холодний - внизу. Тому досить точно буде виконуватися рівність

α "к = λ a / δ al.

Отже, конвективний теплообмін істотно зменшується, а термічний опір прошарку збільшується. Горизонтальні повітряні прошарки ефективні, наприклад, при їх використанні в утеплених цокольних перекриттях над холодними підпілля, де тепловий потік спрямований зверху вниз.

Якщо потік тепла спрямований знизу вгору, то виникають висхідні і низхідні потоки повітря. Передача тепла конвекцією грає істотну роль, і значення α "до зростає.

Для врахування дії теплового випромінювання вводиться коефіцієнт променистого теплообміну α л (Глава 2, п.2.5).

Користуючись формулами (2.13), (2.17), (2.18) визначимо коефіцієнт теплообміну випромінюванням α л в повітряному прошарку між конструктивними шарами цегельної кладки. Температури поверхонь: t 1 = + 15 ° С, t 2 = + 5 ° С; ступінь чорноти цегли: ε 1 = ε 2 = 0,9.

За формулою (2.13) знайдемо, що ε = 0,82. Температурний коефіцієнт θ = 0,91. Тоді α л = 0,82 ∙ 5,7 ∙ 0,91 = 4,25 Вт / (м 2 × ° С).

Величина α л набагато більше α "до (див табл.3.5), отже, основна кількість тепла через прошарок переноситься випромінюванням. Для того, щоб зменшити цей тепловий потік і збільшити опір теплопередачі повітряного прошарку, рекомендують використовувати відбивну ізоляцію, тобто покриття однієї або обох поверхонь, наприклад, алюмінієвою фольгою (так зване «армування»). Таке покриття зазвичай влаштовують на теплій поверхні, щоб уникнути конденсації вологи, погіршує відбивні властивості фольги. «армування» поверхні зменшує променистий потік приблизно в 10 разів.

Термічний опір герметичній повітряного прошарку при постійній різниці температур на її поверхнях визначається за формулою

Таблиця 3.6

Термічний опір замкнутих повітряних прошарків

Значення R al для замкнутих плоских повітряних прошарків наведені в таблиці 3.6. До них можна віднести, наприклад, прошарку між шарами з щільного бетону, який практично не пропускає повітря. Експериментально показано, що в цегляній кладці при недостатньому заповненні швів між цеглинами розчином має місце порушення герметичності, тобто проникнення зовнішнього повітря в прошарок і різке зниження її опору теплопередачі.

При покритті однієї або обох поверхонь прошарку алюмінієвою фольгою її термічний опір слід збільшувати в два рази.

В даний час широкого поширення набули стіни з вентильованоїповітряним прошарком (стіни з вентильованим фасадом). Навісний вентильований фасад - це конструкція, що складається з матеріалів облицювання і подоблицовочной конструкції, яка кріпиться до стіни таким чином, щоб між захисно-декоративної облицюванням і стіною залишався повітряний проміжок. Для додаткового утеплення зовнішніх конструкцій між стіною і облицюванням встановлюється теплоізоляційний шар, так що вентиляційний зазор залишається між облицюванням і теплоізоляцією.

Схема конструкції вентильованого фасаду показана на рис.3.15. Згідно СП 23-101 товщина повітряного прошарку повинна бути в межах від 60 до 150 мм.

Шари конструкції, розташовані між повітряним прошарком та зовнішньою поверхнею, в теплотехнічному розрахунку не враховуються.Отже, термічний опір зовнішнього облицювання не входить в опір теплопередачі стіни, що визначається за формулою (3.6). Як зазначалося в п.2.5, коефіцієнт тепловіддачі зовнішньої поверхні огороджувальної конструкції з вентильованими повітряними прошарками α ext для холодного періоду становить 10,8 Вт / (м 2 × ° С).

Конструкція вентильованого фасаду має низку істотних переваг. В п.3.2 порівнювалися розподілу температур в холодний період в двошарових стінах з внутрішнім і зовнішнім розташуванням утеплювача (рис.3.4). Стіна з зовнішнім утепленням є більш

«Теплою», так як основний перепад температур відбувається в теплоізоляційному шарі. Чи не відбувається утворення конденсату всередині стіни, не погіршуються її теплозахисні властивості, не потрібно додаткової пароізоляції (глава 5).

Повітряний потік, що виникає в прошарку через перепад тиску, сприяє випаровуванню вологи з поверхні утеплювача. Слід зазначити, що значною помилкою є застосування пароізоляції на зовнішній поверхні теплоізоляційного шару, так як вона перешкоджає вільному відведення водяної пари назовні.

* - без урахування паропроникності швів екрану

Термічний опір замкнутої повітряного прошарку приймається по таблиці 7 СП.

Приймаємо коефіцієнт теплотехнічної неоднорідності конструкції r= 0,85, тоді R req /r= 3,19 / 0,85 = 3,75 м 2 × ° С / Вт і необхідна товщина утеплювача

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

Приймаємо товщину утеплювача  3 = 0,15 м = 150 мм (кратно 30 мм), і додаємо в табл. 4.2.

висновки:

За опору теплопередачі конструкція відповідає нормам, так як наведене опір теплопередачі R 0 rвище необхідного значення R req :

R 0 r=3,760,85 = 3,19> R req= 3,19 м 2 × ° С / Вт.

4.6. Визначення теплового і вологісного режиму вентильованого повітряного прошарку

Розрахунок проводимо для умов зимового періоду.

Визначення швидкості руху і температури повітря в прошарку

Чим довше (вище) прошарок, тим більше швидкість руху повітря і його витрата, а, отже, і ефективність виносу вологи. З іншого боку, чим довше (вище) прошарок, тим більша ймовірність неприпустимого влагонакопления в утеплювачі і на екрані.

Відстань між вхідними та вихідними вентиляційними отворами (висоту прошарку) приймаємо рівним Н= 12 м.

Середню температуру повітря в прошарку t 0 попередньо приймаємо як

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

Швидкість руху повітря в прошарку при розташуванні припливних і витяжних отворів на одній стороні будівлі:

де - сума місцевих аеродинамічних опорів течією повітря на вході, на поворотах і на виході з прошарку; в залежності від конструктивного рішення фасадної сістеми = 3 ... 7; прінімаем = 6.

Площа перетину прошарку умовної шириною b= 1 м і прийнятої (в табл. 4.1) толщіной = 0,05 м: F=b = 0,05 м 2.

Еквівалентний діаметр повітряного прошарку:

Коефіцієнт тепловіддачі поверхні повітряного прошарку a 0 попередньо приймаємо по п. 9.1.2 СП: a 0 = 10,8 Вт / (м 2 × ° С).

(М 2 × ° С) / Вт,

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

(М 2 × ° С) / Вт,

K ext = 1 / R 0, ext = 1 / 0,14 = 7,470 Вт / (м 2 × ° С).

коефіцієнти

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

0,351 + 7,198 = 7,470 Вт / (м 2 × ° С).

де з- питома теплоємність повітря, з= 1000 Дж / (кг × ° С).

Середня температура повітря в прошарку відрізняється від прийнятої раніше більш ніж на 5%, тому уточнюємо розрахункові параметри.

Швидкість руху повітря в прошарку:

Щільність повітря в прошарку

Кількість (витрата) повітря, що проходить через прошарок:

Уточнюємо коефіцієнт тепловіддачі поверхні повітряного прошарку:

Вт / (м 2 × ° С).

Опір теплопередачі і коефіцієнт теплопередачі внутрішньої частини стіни:

(М 2 × ° С) / Вт,

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

Опір теплопередачі і коефіцієнт теплопередачі зовнішньої частини стіни:

(М 2 × ° С) / Вт,

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

коефіцієнти

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

0,259 + 2,777 = 3,036 Вт / (м 2 × ° С).

Уточнюємо середню температуру повітря в прошарку:

Уточнюємо ще кілька разів середню температуру повітря в прошарку, поки значення на сусідніх ітераціях не відрізнятимуться більше, ніж на 5% (табл. 4.6).

Контрольна робота

з теплофізики № 11

Термічний опір повітряного прошарку

1. Довести, що лінія зниження температури в товщі багатошарового огородження в координатах «температура - термічний опір» є прямою

2. Від чого залежить термічний опір повітряного прошарку і чому

3. Причини, які призводять до виникнення різниці тиску з однієї й іншої сторони огорожі

температура опір повітря прошарок огорожу

1. Довести, що лінія зниження температури в товщі багатошарового огородження в координатах «температура - термічний опір» є прямою

Користуючись рівнянням опору теплопередачі огородження можна визначити товщину одного з його верств (найчастіше утеплювача - матеріалу з найменшим коефіцієнтом теплопровідності), при якому огорожу матиме задану (необхідну) величину опору теплопередачі. Тоді необхідний опір утеплювача можна обчислити як, де - сума термічних опорів шарів з відомими толщинами, а мінімальну товщину утеплювача - так:. Для подальших розрахунків товщину утеплювача необхідно округляти в більшу сторону кратно уніфікованим (заводським) значенням товщини того чи іншого матеріалу. Наприклад, товщину цегли - кратно половині його довжини (60 мм), товщину бетонних шарів - кратно 50 мм, а товщину шарів з інших матеріалів - кратно 20 або 50 мм в залежності від кроку, з яким вони виготовляються на заводах. При веденні розрахунків опорами зручно користуватися через те, що розподіл температур по опорам буде лінійним, а значить розрахунки зручно вести графічним способом. У цьому випадку кут нахилу ізотерми до горизонту в кожному шарі однаковий і залежить тільки від співвідношення різниці розрахункових температур і опору теплопередачі конструкції. А тангенс кута нахилу є не що інше як щільність теплового потоку, що проходить через дане огорожу:.

При стаціонарних умовах щільність теплового потоку постійна в часі, і значить, де R х- опір частини конструкції, що включає опір теплообміну внутрішньої поверхні і термічні опору шарів конструкції від внутрішнього шару до площини, на якій шукається температура.

Тоді. Наприклад, температура між другим і третім шаром конструкції може бути знайдена так:.

Наведені опору теплопередачі неоднорідних огороджувальних конструкцій або їх ділянок (фрагментів) слід визначати по справ очникам, наведені опору плоских огороджувальних конструкцій з теплопровідних включеннями також слід визначати по справ очникам.

2. Від чого залежить термічний опір повітряного прошарку і чому

Відбувається крім передачі тепла теплопровідністю і конвекцією в повітряному прошарку ще й безпосереднє випромінювання між поверхнями, що обмежують повітряний прошарок.

Рівняння теплообміну випромінюванням:, де бл - коефіцієнт передачі тепла випромінюванням, в більшою мірою залежить від матеріалів поверхонь прошарку (чим нижче коефіцієнти випромінювання матеріалів, тим менше і бл) і середньої температури повітря в прошарку (зі збільшенням температури зростає коефіцієнт теплопередачі випромінюванням).

Таким чином, де лекв - еквівалентний коефіцієнт теплопровідності повітряного прошарку. знаючи лекв, можна визначити термічний опір повітряного прошарку. Втім, опору Rвп можна визначити і по справ очникам. Вони залежать від товщини повітряного прошарку, температури повітря в ній (позитивної або негативної) і виду прошарку (вертикальної або горизонтальної). Про кількість тепла, переданого теплопровідністю, конвекцією і випромінюванням через вертикальні повітряні прошарки, можна судити по наступній таблиці.

Таким чином, при проектуванні зовнішніх огороджень з повітряними прошарками необхідно враховувати наступне:

1) збільшення товщини повітряного прошарку мало впливає на зменшення кількості тепла, що проходить через неї, і ефективними в теплотехнічному відношенні є прошарку невеликої товщини (3-5 см);

2) раціональніше робити в огорожі кілька прошарків малої товщини, ніж одну прошарок великої товщини;

3) товсті прошарку доцільно заповнювати малотеплопроводнимі матеріалами для збільшення термічного опору огорожі;

4) повітряний прошарок повинна бути замкнутою і не єднатися з зовнішнім повітрям, тобто вертикальні прошарку необхідно перегороджувати горизонтальними діафрагмами на рівні міжповерхових перекриттів (більш часте перегороджування прошарків по висоті практичного значення не має). Якщо є необхідність влаштування прошарків, вентильованих зовнішнім повітрям, то вони підлягають особливому розрахунку;

5) внаслідок того, що основна частка тепла, що проходить через повітряний прошарок, передається випромінюванням, прошарку бажано розташовувати ближче до зовнішньої сторони огорожі, що підвищує їх термічний опір;

6) крім того, більш теплу поверхню прошарку рекомендується покривати матеріалом з малим коефіцієнтом випромінювання (наприклад, алюмінієвою фольгою), що значно зменшує променистий потік. Покриття ж таким матеріалом обох поверхонь практично не зменшує передачу тепла.

3. Причини, які призводять до виникнення різниці тиску з однієї й іншої сторони огорожі

У зимовий час повітря в опалювальних приміщеннях має температуру вищу, ніж зовнішнє повітря, і, отже, зовнішнє повітря має великий об'ємною вагою (щільністю) в порівнянні з внутрішнім повітрям. Ця різниця об'ємних ваг повітря і створює різниці його тисків з двох сторін огорожі (теплової натиск). Повітря потрапляє в приміщення через нижню частину зовнішніх його стін, а йде з нього через верхню частину. У разі повітронепроникності верхнього і нижнього огороджень і при закритих прорізах різниця тисків повітря досягає максимальних значень у статі і під стелею, а на середині висоти приміщення дорівнює нулю (нейтральна зона).

подібні документи

Тепловий потік, що проходить через огорожу. Опору теплосприй і тепловіддачі. Щільність теплового потоку. Термічний опір огородження. Розподіл температур по опорам. Нормування опору теплопередачі огороджень.

контрольна робота, доданий 23.01.2012


Передача тепла через повітряний прошарок. Малий коефіцієнт теплопровідності повітря в порах будівельних матеріалів. Основні принципи проектування замкнутих повітряних прошарків. Заходи щодо підвищення температури внутрішньої поверхні огорожі.

реферат, доданий 23.01.2012


Опір від тертя в буксах або підшипниках піввісь тролейбусів. Порушення симетрії розподілу деформацій по поверхні колеса і рейки. Опір руху від впливу повітряного середовища. Формули для визначення питомої опору.

лекція, доданий 14.08.2013


Вивчення можливих заходів щодо підвищення температури внутрішньої поверхні огорожі. Визначення формули по розрахунку опору теплопередачі. Розрахункова температура зовнішнього повітря і теплопередача через огорожу. Координати "температура-товщина".

контрольна робота, доданий 24.01.2012


Проект релейного захисту ліній електропередач. Розрахунок параметрів ЛЕП. Питомий індуктивний опір. Реактивна і питома місткість провідність повітряної лінії. Визначення аварійного максимального режиму при однофазному струмі короткого замикання.

курсова робота, доданий 04.02.2016


Диференціальне рівняння теплопровідності. Умови однозначності. Питомий тепловий потік Термічний опір теплопровідності тришарової плоскої стінки. Графічний метод визначення температур між шарами. Визначення констант інтегрування.

презентація, доданий 18.10.2013


Вплив числа Біо на розподіл температури в пластині. Внутрішнє, зовнішнє термічний опір тіла. Зміна енергії (ентальпії) пластини за період повного її нагрівання, охолодження. Кількість теплоти, віддане пластиною в процесі охолодження.

презентація, доданий 15.03.2014


Втрати напору на тертя в горизонтальних трубопроводах. Повна втрата напору як сума опору на тертя і місцеві опори. Втрати тиску на своєму шляху рідини в апаратах. Сила опору середовища при русі кулястої частинки.

презентація, доданий 29.09.2013


Перевірка теплозахисних властивостей зовнішніх огороджень. Перевірка на відсутність конденсації на внутрішній поверхні зовнішніх стін. Розрахунок тепла на нагрівання повітря, що надходить інфільтрацією. Визначення діаметрів трубопроводів. Термічний опір.

курсова робота, доданий 22.01.2014


Електричний опір - основна електрична характеристика провідника. Розгляд вимірювання опору при постійному і змінному струмі. Вивчення методу амперметра-вольтметра. Вибір методу, при якому похибка буде мінімальна.

Для внесення однаковості опір теплопередачі замкнутих повітряних прошарків, Розташованих між шарами захисної конструкції, називають термічним опором Rв.п, м². ºС / Вт.
Схема передачі теплоти через повітряний прошарок представлена ​​на рис.5.

Рис.5. Теплообмін в повітряному прошарку.

Тепловий потік, що проходить через повітряний прошарок qв.п, Вт / м², складається з потоків, що передаються теплопровідністю (2) qт, Вт / м², конвекцією (1) qк, Вт / м², і випромінюванням (3) qл, Вт / м².

24. Умовне і приведений опір теплопередачі. Каоффіцент теплотехнічної однорідності огороджувальних конструкцій.

25. Нормування опору теплопередачі виходячи з санітарно-гігіеніч.условій

, R 0 = *

Нормуємо Δ t н, тоді R 0 тр = * , тобто для того, щоб Δ t≤ Δ t н Необхідно

R 0 ≥ R 0 тр

СНиП поширює цю вимогу на наведене сопротивл. теплопередачі.

R 0 пр ≥ R 0 тр

t в - розрахункова температура внутрішнього повітря, ° С;

приним. за нормами для проектування та виробництво. будівлі

t н - - розрахункова зимова температура зовнішнього повітря, ° С, рівна середній температурі найбільш холодної п'ятиденки забезпеченістю 0,92

A в (альфа) - коефіцієнт тепловіддачі внутрішньої поверхні огороджувальних конструкцій, що приймається за СНиП

Δt н - нормативний температурний перепад між температурою внутрішнього повітря і температурою внутрішньої поверхні огороджувальної конструкції, що приймаються по CНіП

Необхідний опір теплопередачі R тр продверей і воріт повинно бути не менше 0,6 R тр простін будівель і споруд, що визначається за формулою (1) при розрахунковій зимовій температурі зовнішнього повітря, що дорівнює середній температурі найбільш холодної п'ятиденки забезпеченістю 0,92.

При визначенні необхідного опору теплопередачі внутрішніх ограждаюшіх конструкцій у формулі (1) слід приймати замість t нрозрахункова температуру повітря більш холодного приміщення.

26. Теплотехнічний розрахунок необхідної товщини матеріалу огорожі виходячи з умов досягнення необхідного опору теплопередачі.

27. Вологість матеріалу. Причини зволоження конструкції

Вологість -фізична величина рівна кількістю води, що міститься в порах матеріалу.

Буває по масі і об'ємна

1) Будівельна волога.(При зведенні будівлі). Залежить від конструкції і способу зведення робіт. Хмарно цегляна кладка гірше керамічних блоків. Найбільш сприятлива деревина (збірні стіни). ж / б не завжди. Повинна зникнути за 2 = -3 року експлуатаціі.Мери: просушка стін

Ґрунтова волога. (Капілярне всмоктування). Доходить до рівня 2-2,5 м. Водоізолюючі шари, при правильному пристрої не впливає.

2) Ґрунтова волога,проникає в огорожу з грунту внаслідок капілярного всмоктування

3) Атмосферна волога. (Косий дощ, сніг). Особливо важливо у дахів і карнизів .. суцільні цегельні стіни не вимагають захисту при правильно зробленої расшівке.ж / б, легкобетоні панелі увагу на стики і віконні блоки, фактурний шар з водонепроникних матеріалів. Захист = захисна стінка на схилі

4) Експлуатаційна волога. (В цехах промислових будівель, в основному в підлогах і ниж частині стін) рішення: водонепроникні підлоги, пристрій водовідведення, облицювання нижньої частини керамічною плиткою, водонепроникна штукатурка. Захист = захисне облицювання з внутр. боку

5) Гігроскопічна волога. Обумовлена ​​підвищеною гігроскопічністю мат.-лов (властивість поглинати водяну пару з влажн.воздуха)

6) Конденсація вологи з повітря: А) на поверхню огражденія.б) в товщі огородження

28. Вплив вологості на властивості конструкцій

1) З підвищенням вологості підвищується теплопровідність конструкції.

2) вологісний деформації. Вологість набагато гірше, ніж теплове розширення. Відшаровування штукатурки в рез-ті скопилася вологи під нею, потім волога замерзає, розширюється в обсязі і відриває штукатурку. Невологостійкі мат-ли при зволоженні деформуються. Наприклад гіпс при підвищ вологості набуває повзучість., Фанера набухання, розшарування.

3) Зниження довговічності-кол-ва років безвідмовної роботи конструкції

4) Біологічні пошкодження (грибок, цвіль) через випадання роси

5) Втрата естетичного вигляду

Отже при виборі матеріалів враховують їх вологісний режим і вибирають матеріали з наим вологістю. Також надмірна вологість в приміщенні може викликати поширення захворювань та інфекцій.

З технічної точки зору, призводить до втрат довговічності і конструкції і її морозостійких св-в. Деякі матеріали при підвищеній вологості втрачають механічну міцність, змінюють форму. Наприклад гіпс при підвищ вологості набуває повзучість., Фанера набухання, розшарування. Корозія металу. погіршення зовнішнього вигляду.

29. Сорбція водяної пари будує. матер. Механізми сорбції. Гістерезис сорбції.

сорбція- процес поглинання водяної пари, який призводить до рівноважного вологісного стану матеріалу з повітрям. 2 явища. 1. Поглинання в результаті зіткнення молекули пар з поверхнею пір і прилипання до цієї поверхні (адсорбція) 2. Пряме розчинення вологи в обсязі тіла (абсорбція). Вологість збільшується зі збільшенням відносної пружності і зниженням температури. «Десорбція» якщо влаж.образец помістити в ексикатори (розчин сірчаної кислоти), то він віддає вологу.

Механізми сорбції:

1.Адсорбція

2.Капіллярная конденсація

3.Об'емное заповнення мікропор

4.Заполненіе межслоевой простору

1 стадія. Адсорбція-це явище, при якому поверхня пір покривається одним або декількома шарами молекул води. (В мезопорах і макропор).

2 стадія. Полімолекулярнимі адсорбція - утворюється багатошаровий адсорбований шар.

3 стадія. Капілярна конденсація.

ПРИЧИНА. Тиск насиченої пари над увігнутою поверхнею менше, ніж над плоскою поверхнею рідини. У капілярах малого радіусу волога утворює увігнуті мініскі, тому з'являється можливість капілярної конденсації. Якщо D> 2 * 10 -5 см, то капілярної конденсації не буде.

десорбція -процес природного висушування матеріалу.

Гістерезис ( «відмінність») сорбціїполягає у відмінності ізотерми сорбції, отриманої при зволоженні матеріалу від ізотерми десорбції, отриманої від висушеного матеріалу. показує% різницю між ваговій вологістю при сорбції та вага вологістю десорбції (десорбція 4.3%, сорбція 2,1%, гістерезис 2,2%) при зволоженні ізотерми сорбції. При висиханні десорбції.

30. Механізми влагопереноса в матеріалах будконструкцій. Паропроникність, капілярне всмоктування води.

1.В зимовий час через різницю температур і при різних парціальних тисках через огорожу проходить потік водяної пари (від внутрішньої поверхні до зовнішньої) - дифузія водяної пари.Влітку навпаки.

2. Конвективний перенесення водяної пари(З потоком повітря)

3. Капілярний перенос води(Просочування) крізь пористі матер.

4. Гравітаційний протікання води крізь тріщини, Отвори, макропори.

паропроникність -сво-під матеріалу або конструкції, виконаної з них, пропускати крізь себе водяну пару.

Коеф.поропроніцаемості- Физич. величина чисельно рівна кількістю пара, що пройшов через пластину при одиничної площі, при одиничному перепаді тиску, при одиничної товщині пластини, при одиничному часу при перепаді парціального тиску на сторонах пластини е 1 Па .. При уменьш. Температури, мю зменшується, при повиш.влажності мю збільшити.

Опір паропроніцанію: R = товщина / мю

Мю коеф паропроникності (визначається по СНіП 2379 теплотехніка)

Капілярне всмоктування води будматеріалами -забезпечує постійне перенесення рідкої вологи крізь пористі матеріали з області з високою концентрацією в область з низькою концентрацією.

Чим тонше капіляри, тим більше сила капілярного всмоктування, але в цілому швидкість перенесення зменшується.

Капілярний перенос може бути зменшений або усунутий шляхом влаштування відповідного бар'єра (небольш. Повітряні прошарок або капілярно-неактивний шар (непористий)).

31. Закон Фіка. коефіцієнт паропроникності

P (кількість пара, г) = (EВ-eн) F * z * (мю / товщину),

Мю- коеф. паропроникності (визначається по СНіП 2379 теплотехніка)

Физич. величина чисельно рівна кількістю пара, що пройшов через пластину при одиничної площі, при одиничному перепаді тиску, при одиничної товщині пластини, при одиничному часу при перепаді парціального тиску на сторонах пластини е 1 Па. [мг / (м 2 * Па)]. найменша мю має руберойд 0.00018, найбільше мін.вата = 0,065г / м * ч * мм.рт.ст., віконне скло і метали паронепроникні, повітря найбільша паропроніц-ть. При уменьш. Температури, мю зменшується, при повиш.влажності мю збільшити. Залежить від физич властивості матеріалу і відображає його здатність проводити дифундує через нього водяна пара. Анізотропні матеріали мають різні мю (у дерева вздовж волокон = 0,32, поперек = 0,6).

Еквівалентний опір паропроніцанію огорожі при послідовному розташуванні шарів. Закон Фіка.

Q = (e 1 -e 2) / R n qR n1n = (e n1n-1 -e 2)

32 Розрахунок розподілу парціального тиску водяної пари по товщині конструкції.

Тепловлагопередача через зовнішні огородження

Основи теплопередачі в будівлі

Переміщення теплоти завжди походить від більш теплого середовища до більш холодної. Процес перенесення теплоти з однієї точки простору в іншу за рахунок різниці температури називається теплопередачейі є збірним, бо вбирає в себе три елементарних виду теплообміну: теплопровідність (кондукції), конвекцію і випромінювання. Таким чином, потенціаломперенесення теплоти є різниця температури.

теплопровідність

теплопровідність- вид передачі теплоти між нерухомими частинками твердого, рідкого або газоподібними речовини. Таким чином, теплопровідність - це теплообмін між частинками або елементами структури матеріального середовища, що знаходяться в безпосередньому зіткненні один з одним. При вивченні теплопровідності речовина розглядається як суцільна маса, його молекулярну будову ігнорується. У чистому вигляді теплопровідність зустрічається тільки в твердих тілах, так як в рідких і газоподібних середовищах практично неможливо забезпечити нерухомість речовини.

Більшість будівельних матеріалів є пористими тілами. У порах знаходиться повітря, що має можливість рухатися, тобто переносити теплоту конвекцією. Вважається, що конвективної складової теплопровідності будівельних матеріалів можна знехтувати через її малість. Всередині пори між поверхнями її стінок відбувається променистий теплообмін. Передача теплоти випромінюванням в порах матеріалів визначається головним чином розміром пір, тому що чим більше часу, тим більше різниця температури на її стінках. При розгляді теплопровідності характеристики цього процесу відносять до загальної маси речовини: скелету і порам спільно.

Огороджувальні конструкції будівлі, як правило, є плоско-паралельними стінками, Теплоперенос в яких здійснюється в одному напрямку. Крім того, зазвичай при теплотехнічних розрахунках зовнішніх огороджувальних конструкцій приймається, що теплопередача відбувається при стаціонарних теплових умовах, Тобто при сталості в часі всіх характеристик процесу: теплового потоку, температури в кожній точці, теплофізичних характеристик будівельних матеріалів. Тому важливо розглянути процес одновимірної стаціонарної теплопровідності в однорідному матеріалі, Який описується рівнянням Фур'є:

де q T - поверхнева щільність теплового потоку, Що проходить через площину, перпендикулярну тепловому потоку, Вт / м 2;

λ - теплопровідність матеріалу, Вт / м. о С;

t- температура, змінюється уздовж осі x, оС;

Ставлення, носить назву градієнта температури, О С / м, і позначається grad t. Градієнт температури спрямований в бік зростання температури, яке пов'язане з поглинанням теплоти і зменшенням теплового потоку. Знак мінус, що стоїть в правій частині рівняння (2.1), показує, що збільшення теплового потоку не збігається зі збільшенням температури.

Теплопровідність λ є однією з основних теплових характеристик матеріалу. Як випливає з рівняння (2.1) теплопровідність матеріалу - це міра провідності теплоти матеріалом, що чисельно дорівнює тепловому потоку, що проходить крізь 1 м 2 площі, перпендикулярної напрямку потоку, при градієнті температури вздовж потоку, що дорівнює 1 о С / м (рис.1). Чим більше значення λ, тим інтенсивніше в такому матеріалі процес теплопровідності, більше тепловий потік. Тому теплоізоляційними матеріалами прийнято вважати матеріали з теплопровідністю не більше 0,3 Вт / м. про С.

ізотерми; - ------ - лінії струму теплоти.

Зміна теплопровідності будівельних матеріалів зі зміною їх щільностівідбувається через те, що практично будь-який будівельний матеріал складається з скелета- основного будівельного речовини і повітря. К.Ф. Фокін для прикладу наводить такі дані: теплопровідність абсолютно щільного речовині (без пор) в залежності від природи має теплопровідність від 0,1 Вт / м ° С (у пластмаси) до 14 Вт / м ° С (у кристалічних речовин при потоці теплоти уздовж кристалічної поверхні), в той час як повітря має теплопровідність близько 0,026 Вт / м оС Чим вище щільність матеріалу (менше пористість), тим більше значення його теплопровідності. Зрозуміло, що легкі теплоізоляційні матеріали мають порівняно невелику щільність.

Відмінності в пористості і в теплопровідності скелета призводить до різниці в теплопровідності матеріалів, навіть при однаковій їх щільності. Наприклад, такі матеріали (табл.1) при одній і тій же щільності, ρ 0 = 1800 кг / м 3, мають різні значення теплопровідності:

Таблиця 1.

Теплопровідність матеріалів з однаковою щільністю 1800 кг / м 3.

Зі зменшенням щільності матеріалу його теплопровідність l зменшується, так як знижується вплив кондуктивной складової теплопровідності скелета матеріалу, але, проте при цьому зростає вплив радіаційної складової. Тому, зменшення щільності нижче деякого значення призводить до зростання теплопровідності. Тобто існує деяке значення щільності, при якому теплопровідність має мінімальне значення. Існують оцінки того, що при 20 о С в порах діаметром 1мм теплопровідність випромінюванням становить 0,0007 Вт / (м ° С), діаметром 2 мм - 0,0014 Вт / (м ° С) і т.д. Таким чином, теплопровідність випромінюванням стає значущою у теплоізоляційних матеріалів з малою щільністю і значними розмірами пір.

Теплопровідність матеріалу збільшується з підвищенням температури, при якій відбувається передача теплоти. Збільшення теплопровідності матеріалів пояснюється зростанням кінетичної енергії молекул скелета речовини. Збільшується також і теплопровідність повітря в порах матеріалу, і інтенсивність передачі в них теплоти випромінюванням. У будівельній практиці залежність теплопровідності від температури великого значення не імеет.д.ля перерахунку значень теплопровідності матеріалів, отриманих при температурі до 100 ° С, на значення їх при 0 о С служить емпірична формула О.Е. Власова:

λ про = λ t / (1 + β. t), (2.2)

де λ про - теплопровідність матеріалу при 0 о С;

λ t - теплопровідність матеріалу при t о С;

β - температурний коефіцієнт зміни теплопровідності, 1 / о С, для різних матеріалів, рівний близько 0,0025 1 / о С;

t - температура матеріалу, при якій його коефіцієнт теплопровідності дорівнює λ t.

Для плоскої однорідної стінки завтовшки δ (рис.2) тепловий потік, який передається теплопровідністю через однорідну стінку, може бути виражений рівнянням:

де τ 1, τ 2- значення температури на поверхнях стінки, оС

З виразу (2.3) випливає, що розподіл температури по товщині стінки лінійне. Величина δ / λ названа термічним опором матеріального шаруі позначена R Т, М 2. о С / Вт:

Рис.2. Розподіл температури в плоскої однорідної стінці

Отже, тепловий потік q Т, Вт / м 2, через однорідну плоскопараллельную стінку товщиною δ , М, з матеріалу з теплопровідністю λ, Вт / м. о С, можна записати у вигляді

Термічний опір шару - це опір теплопровідності, рівне різниці температури на протилежних поверхнях шару при проходженні через нього теплового потоку з поверхневою щільністю 1 Вт / м 2.

Теплообмін теплопровідністю має місце в матеріальних шарах огороджувальних конструкцій будівлі.

Конвекція

Конвекція- перенесення теплоти рухомими частинками речовини. Конвекція має місце тільки в рідких і газоподібних речовинах, а також між рідкої або газоподібної середовищем і поверхнею твердого тіла. При цьому відбувається передача теплоти і теплопровідністю. Спільний вплив конвекції і теплопровідності в прикордонній області у поверхні називають конвективним теплообміном.

Конвекція має місце на зовнішній і внутрішній поверхнях огороджень будівлі. У теплообміні внутрішніх поверхонь приміщення конвекція грає істотну роль. При різних значеннях температури поверхні і прилеглого до неї повітря відбувається перехід теплоти в бік меншої температури. Тепловий потік, що передається конвекцією, залежить від режиму руху рідини або газу, що омивають поверхню, від температури, щільності і в'язкості середовища, що рухається, від шорсткості поверхні, від різниці між температурами поверхні і омиває її середовища.

Процес теплообміну між поверхнею і газом (або рідиною) протікає по-різному в залежності від природи виникнення руху газу. розрізняють природну і вимушену конвекцію.У першому випадку рух газу відбувається за рахунок різниці температури поверхні і газу, в другому - за рахунок зовнішніх для даного процесу сил (роботи вентиляторів, вітру).

Вимушена конвекція в загальному випадку може супроводжуватися процесом природної конвекції, але так як інтенсивність вимушеної конвекції помітно перевершує інтенсивність природного, то при розгляді вимушеної конвекції природної часто нехтують.

Надалі будуть розглядатися тільки стаціонарні процеси конвективного теплообміну, які передбачають сталість у часі швидкості і температури в будь-якій точці повітря. Але так як температура елементів приміщення змінюється досить повільно, отримані для стаціонарних умов залежності можуть бути поширені і на процес нестаціонарного теплового режиму приміщення, При якому в кожен даний момент процес конвективного теплообміну на внутрішніх поверхнях огороджень вважається стаціонарним. Отримані для стаціонарних умов залежності можуть бути поширені і на випадок раптової зміни природи конвекції від природної до вимушеної, наприклад, при включенні в приміщенні рециркуляционного апарату нагріву приміщення (фанкойла або спліт-системи в режимі теплового насоса). По-перше, новий режим руху повітря встановлюється швидко і, по-друге, необхідна точність інженерної оцінки процесу теплообміну нижче можливих неточностей від відсутності корекції теплового потоку протягом перехідного стану.

Для інженерної практики розрахунків для опалення та вентиляції важливий конвективний теплообмін між поверхнею огороджувальної конструкції або труби і повітрям (або рідиною). У практичних розрахунках для оцінки конвективного теплового потоку (рис.3) застосовують рівняння Ньютона:

, (2.6)

де q до- тепловий потік, Вт, що передається конвекцією від рухомого середовища до поверхні або навпаки;

t a- температура повітря, що омиває поверхню стінки, о С;

τ - температура поверхні стінки, о С;

α до- коефіцієнт конвективного тепловіддачі на поверхні стінки, Вт / м 2. о С.

Рис.3 Конвективний теплообмін стінки з повітрям

Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, a до- фізична величина, що чисельно дорівнює кількості теплоти, переданої від повітря до поверхні твердого тіла шляхом конвективного теплообміну при різниці між температурою повітря і температурою поверхні тіла, що дорівнює 1 о С.

При такому підході вся складність фізичного процесу конвективного перенесення теплоти укладена в коефіцієнті тепловіддачі, a до. Природно, що величина цього коефіцієнта є функцією багатьох аргументів. Для практичного використання приймаються досить наближені значення a до.

Рівняння (2.5) зручно переписати у вигляді:

де R до - опір конвективного тепловіддачіна поверхні конструкції, м 2. о С / Вт, що дорівнює різниці температури на поверхні огорожі і температури повітря при проходженні теплового потоку з поверхневою щільністю 1 Вт / м 2 від поверхні до повітря або навпаки. опір R доє величиною зворотною коефіцієнту конвективного тепловіддачі a до:

випромінювання

Випромінювання (променистий теплообмін) - перенесення теплоти з поверхні на поверхню через лучепрозрачную середу електромагнітними хвилями, що трансформуються в теплоту (рис.4).

Рис.4. Променистий теплообмін між двома поверхнями

Будь-яке фізичне тіло, має температуру відмінну від абсолютного нуля, випромінює в навколишній простір енергію у вигляді електромагнітних хвиль. Властивості електромагнітного випромінювання характеризуються довжиною хвилі. Випромінювання, яке сприймається як теплове і має довжини хвиль в діапазоні 0,76 - 50 мкм, називається інфрачервоним.

Наприклад, променистий теплообмін відбувається між поверхнями, зверненими в приміщення, між зовнішніми поверхнями різних будівель, поверхнями землі і неба. Важливий променистий теплообмін між внутрішніми поверхнями огороджень приміщення і поверхнею опалювального приладу. У всіх цих випадках лучепрозрачной середовищем, пропускає теплові хвилі, є повітря.

У практиці розрахунків теплового потоку при променистому теплообміні використовують спрощену формулу. Інтенсивність передачі теплоти випромінюванням q л, Вт / м 2, визначається різницею температури поверхонь, що беруть участь в променистому теплообміні:

, (2.9)

де τ 1 і τ 2 - значення температури поверхонь, які обмінюються променевої теплотою, о С;

α л - коефіцієнт променистої тепловіддачі на поверхні стінки, Вт / м 2. о С.

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням, a л- фізична величина, що чисельно дорівнює кількості теплоти, переданої від однієї поверхні до іншої шляхом випромінювання при різниці між температурою поверхонь, що дорівнює 1 о С.

введемо поняття опору променевої теплоотдачеR лна поверхні конструкції, м 2. о С / Вт, що дорівнює різниці температури на поверхнях огороджень, які обмінюються променевої теплотою, при проходженні з поверхні на поверхню теплового потоку з поверхневою щільністю 1 Вт / м 2.

Тоді рівняння (2.8) можна переписати у вигляді:

опір R лє величиною зворотною коефіцієнту променевої тепловіддачі a л:

Термічний опір повітряного прошарку

Для внесення однаковості опір теплопередачі замкнутих повітряних прошарків, Розташованих між шарами захисної конструкції, називають термічним опором R в. п, м 2. о С / Вт.

Схема передачі теплоти через повітряний прошарок представлена ​​на рис.5.

Рис.5. Теплообмін в повітряному прошарку

Тепловий потік, що проходить через повітряний прошарок q в. п, Вт / м 2, складається з потоків, що передаються теплопровідністю (2) q т, Вт / м 2, конвекцією (1) q до, Вт / м 2, і випромінюванням (3) q л, Вт / м 2.

q в. п = q т + q до + q л . (2.12)

При цьому частка потоку, переданого випромінюванням найбільша. Розглянемо замкнуту вертикальну повітряний прошарок, на поверхнях якої різниця температури становить 5 о С. Зі збільшенням товщини прошарку від 10 мм до 200 мм частка теплового потоку за рахунок випромінювання зростає з 60% до 80%. При цьому частка теплоти, переданої шляхом теплопровідності, падає від 38% до 2%, а частка конвективного теплового потоку зростає з 2% до 20%.

Прямий розрахунок цих складових досить громіздкий. Тому в нормативних документах наводяться дані про термічних опорах замкнутих повітряних прошарків, які в 50-х роках ХХ століття була складена К.Ф. Фокіним за результатами експериментів М.А. Міхеєва. При наявності на одній або обох поверхнях повітряного прошарку теплоотражающей алюмінієвої фольги, що утрудняє променистий теплообмін між поверхнями, що обрамляють повітряний прошарок, термічний опір слід збільшити в два рази. Для збільшення термічного опору замкнутими повітряними прошарками рекомендується мати на увазі наступні висновки з досліджень:

1) ефективними в теплотехнічному відношенні є прошарку невеликої товщини;

2) раціональніше робити в огорожі кілька прошарків малої товщини, ніж одну велику;

3) повітряні прошарки бажано розташовувати ближче до зовнішньої поверхні огородження, так як при цьому в зимовий час зменшується тепловий потік випромінюванням;

4) вертикальні прошарку в зовнішніх стінах необхідно перегороджувати горизонтальними діафрагмами на рівні міжповерхових перекриттів;

5) для скорочення теплового потоку, переданого випромінюванням, можна одну з поверхонь прошарку покривати алюмінієвою фольгою, що має коефіцієнт випромінювання близько ε = 0,05. Покриття фольгою обох поверхонь повітряного прошарку практично не зменшує передачу теплоти в порівнянні з покриттям однієї поверхні.

Питання для самоконтролю

1. Що є потенціалом перенесення теплоти?

2. Перерахуйте елементарні види теплообміну.

3. Що таке теплопередача?

4. Що таке теплопровідність?

5. Що таке коефіцієнт теплопровідності матеріалу?

6. Напишіть формулу теплового потоку, переданого теплопровідністю в багатошаровій стінці при відомих температурах внутрішньої t в і зовнішньої t н поверхонь.

7. Що таке термічний опір?

8. Що таке конвекція?

9. Напишіть формулу теплового потоку, переданого конвекцією від повітря до поверхні.

10. Фізичний сенс коефіцієнта конвективної тепловіддачі.

11. Що таке випромінювання?

12. Напишіть формулу теплового потоку, переданого випромінюванням від однієї поверхні до іншої.

13. Фізичний сенс коефіцієнта променевої тепловіддачі.

14. Як називається опір теплопередачі замкнутої повітряного прошарку в захисної конструкції?

15. З теплових потоків якої природи складається загальний тепловий потік через повітряний прошарок?

16. Який природи тепловий потік превалює в тепловому потоці через повітряний прошарок?

17. Як впливає товщина повітряного прошарку на розподіл потоків в ній.

18. Як зменшити тепловий потік через повітряний прошарок?