Зазоры, доступные потокам воздуха, являются продухами, ухудшающими теплоизоляционные характеристики стен. Зазоры же замкнутые (так же как закрытые поры вспененного материала) являются теплоизолирующими элементами. Ветронепродуваемые пустоты широко применяются в строительстве для снижения теплопотерь через ограждающие конструкции (щели в кирпичах и блоках, каналы в бетонных панелях, зазоры в стеклопакетах и т. п.). Пустоты в виде непродуваемых воздушных прослоек используются и в стенах бань, в том числе каркасных. Эти пустоты зачастую являются основными элементами теплозащиты. В частности, именно наличие пустот с горячей стороны стены позволяет использовать легкоплавкие пенопласты (пенополистирол и пенополиэтилен) в глубинных зонах стен высокотемпературных бань.

В то же время пустоты в стенах являются самыми коварными элементами. Стоит в малейшей степени нарушить ветроизоляцию, и вся система пустот может стать единым продуваемым выхолаживающим продухом, выключающим из системы теплоизоляции стен все внешние теплоизоляционные слои. Поэтому пустоты стараются делать небольшими по размеру и гарантированно изолируют друг от друга.

Использовать понятие теплопроводности воздуха (а тем более использовать ультранизкое значение коэффициента теплопроводности неподвижного воздуха 0,024 Вт/м град) для оценки процессов теплопередачи через реальный воздух невозможно, поскольку воздух в крупных пустотах является крайне подвижной субстанцией. Поэтому на практике для теплотехнических расчётов процессов передачи тепла даже через условно «неподвижный» воздух применяют эмпирические (опытные, экспериментальные) соотношения. Чаще всего (в простейших случаях) в теории теплопередачи считается, что тепловой поток из воздуха на поверхность тела в воздухе равен Q = α∆Т , где α - эмпирический коэффициент теплопередачи «неподвижного» воздуха, ∆Т - разность температур поверхности тела и воздуха. В обычных условиях жилых помещений коэффициент теплопередачи равен ориентировочно α = 10 Вт/м² град. Именно этой цифры мы будем придерживаться при оценочных расчётах прогрева стен и тела человека в бане. При помощи потоков воздуха со скоростью V (м/сек), тепловой поток увеличивается на величину конвективной составляющей Q=βV∆T , где β примерно равен 6 Вт сек/м³ град . Все величины зависят от пространственной ориентации и шероховатости поверхности. Так, по действующим нормам СНиП 23-02-2003 коэффициент теплопередачи от воздуха к внутренним поверхностям ограждающих конструкций принимается равным 8,7 Вт/м² град для стен и гладких потолков со слабо выступающими рёбрами (при отношении высоты рёбер «h» к расстоянию «а» между гранями соседних рёбер h/a < 0,3); 7,6 Вт/м² град для потолков с сильно выступающими рёбрами (при отношении h/a > 0,3); 8,0 Вт/м² град для окон и 9,9 Вт/м² град для зенитных фонарей. Финские специалисты принимают коэффициент теплопередачи в «неподвижном» воздухе сухих саун равным 8 Вт/м² град (что в пределах ошибок измерений совпадает с принимаемым нами значением) и 23 Вт/м² град при наличии потоков воздуха со скоростью в среднем 2 м/сек.

Столь малое значение коэффициента теплопередачи в условно «неподвижном» воздухе α = 10 Вт/м² град соответствует понятию воздуха как теплоизолятора и объясняет необходимость использования высоких температур в саунах для быстрого согрева тела человека. Применительно же к стенам это означает, что при характерных теплопотерях через стены бани (50- 200) Вт/м² разница температур воздуха в бане и температур внутренних поверхностей стен бани может достигать (5-20)°С. Это очень большая величина, часто никак и никем не учитывающаяся. Наличие в бане сильной конвекции воздуха позволяет снизить перепад температуры вдвое. Отметим, что столь высокие перепады температур, характерные для бань, недопустимы в жилых помещениях. Так, нормируемый в СНиП 23-02-2003 температурный перепад между воздухом и стенами не должен превышать 4°С в жилых помещениях, 4,5°С в общественных и 12°С в производственных. Более высокие перепады температур в жилых помещениях неминуемо приводят к ощущениям холода от стен и выпадению росы на стенах.

Используя введенное понятие коэффициента теплопередачи от поверхности в воздух, пустоты внутри стены можно рассматривать как последовательное расположение теплопередающих поверхностей (см. рис. 35). Пристеночные зоны воздуха, где и наблюдаются вышеуказанные перепады температур ∆T, называются пограничными слоями. Если в стене (или стеклопакете) имеются два пустотных промежутка (например, три стекла), то фактически имеется 6 пограничных слоев. Если через такую стену (или стеклопакет) проходит тепловой поток 100 Вт/м², то на каждом пограничном слое температура изменяется на ∆T = 10°С , а на всех шести слоях перепад температуры составляет 60°С. Учитывая, что тепловые потоки через каждый в отдельности пограничный слой и через всю стену в целом равны между собой и составляют всё же 100 Вт/м², то результирующий коэффициент теплопередачи для стены без пустот («стеклопакет» с одним стеклом) составит 5 Вт/м² град, для стены с одной пустотной прослойкой (стеклопакет с двумя стёклами) 2,5 Вт/м² град, а с двумя пустотными прослойками (стеклопакет с тремя стёклами) 1,67 Вт/м² град. То есть, чем больше пустот (или чем больше стёкол), тем теплей стена. При этом теплопроводность самого материала стен (стёкол) в этом расчёте предполагалась бесконечно большой. Иными словами, даже из очень «холодного» материала (например, стали) можно в принципе изготовить очень тёплую стену, предусмотрев лишь наличие в стене множества воздушных прослоек. Собственно, на этом принципе и работают все стеклянные окна.

Для упрощения оценочных расчётов удобней использовать не коэффициент теплопередачи α, а его обратную величину - сопротивление теплопередаче (термическое сопротивление пограничного слоя) R = 1/ α . Термическое сопротивление двух пограничных слоев, отвечающее одному слою материала стены (одного стекла) или одному воздушному промежутку (прослойке), равно R = 0,2 м² град/Вт , а трёх слоев материала стены (как на рисунке 35) - сумме сопротивлений шести пограничных слоев, то есть 0,6 м² град/Вт. Из определения понятия сопротивления теплопередаче Q =∆T/R следует, что при том же тепловом потоке 100 Вт/м² и термическом сопротивлении 0,6 м² град/Вт перепад температуры на стене с двумя воздушными прослойками составит те же 60°С. Если же число воздушных прослоек увеличить до девяти, то перепад температуры на стене при том же тепловом потоке 100 Вт/м² составит 200°С, то есть расчётная температура внутренней поверхности стены в бане при тепловом потоке 100 Вт/м² повысится с 60 °С до 200°С (если на улице 0°С).

Коэффициент теплопередачи является результирующим показателем, комплексно суммирующим последствия всех физических процессов, происходящих в воздухе у поверхности теплоотдающего или тепловоспринимающего тела. При малых перепадах температур (и малых тепловых потоках) конвективные потоки воздуха малы, теплопередача в основном происходит кондуктивно за счёт теплопроводности неподвижного воздуха. Толщина пограничного слоя составляла бы малую величину, всего лишь a=λR=0,0024 м, где λ=0,024 Вт/м град - коэффициент теплопроводности неподвижного воздуха, R=0,1 м²град/Вт -термическое сопротивление пограничного слоя. В пределах пограничного слоя воздух имеет разные температуры, вследствие чего за счёт гравитационных сил воздух у горячей вертикальной поверхности начинает всплывать (а у холодной - погружаться), набирая скорость, и турбулизируется (взвихривается). За счёт вихрей теплопередача воздуха увеличивается. Если вклад этой конвективной составляющей формально ввести в значение коэффициента теплопроводности λ, то увеличение этого коэффициента теплопроводности будет отвечать формальному увеличению толщины пограничного слоя a=λR (как мы увидим ниже, примерно в 5-10 раз с 0,24 см до 1-3 см). Ясно, что это формально увеличенная толщина пограничного слоя корреспондируется с размерами воздушных потоков и вихрей. Не углубляясь в тонкости структуры пограничного слоя, отметим, что значительно большее значение имеет понимание того, что передающееся в воздух тепло может «улететь» вверх с конвективным потоком, так и не достигнув следующей пластины многослойной стены или следующего стекла стеклопакета. Это отвечает случаю калориферного нагрева воздуха, который будет рассмотрен ниже при анализе экранированных металлических печей. Здесь же мы рассматриваем случай, когда воздушные потоки в прослойке имеют ограниченную высоту, например, в 5-20 раз превышающую толщину прослойки δ. При этом в воздушных прослойках возникают циркуляционные потоки, которые фактически участвуют в переносе тепла совместно с кондуктивными потоками тепла.

При малых толщинах воздушных прослоек встречные потоки воздуха у противоположных стенок зазора начинают влиять друг на друга (перемешиваются). Иными словами, толщина воздушной прослойки становится меньше двух невозмущенных пограничных слоев, вследствие чего коэффициент теплопередачи увеличивается, а сопротивление теплопередачи соответственно уменьшается. Кроме того, при повышенных температурах стенок воздушных прослоек начинают играть роль процессы теплопередачи излучением. Уточнённые данные в соответствии с официальными рекомендациями СНиП П-3-79* приводятся в таблице 7, откуда видно, что толщина невозмущенных пограничных слоев составляет 1-3 см, но существенное изменение теплопередачи наступает лишь при толщинах воздушных прослоек менее 1 см. Это означает, в частности, что воздушные промежутки между стёклами в стеклопакете не следует делать толщиной менее 1 см.

Таблица 7. Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, м² град/Вт

Толщина воздушной прослойки, см	для горизонтальной прослойки при потоке тепла снизу вверх или для вертикальной прослойки		для горизонтальной прослойки при потоке тепла сверху вниз
	при температуре воздуха в прослойке
	положительной	отрицательной	положительной	отрицательной
1	0,13	0,15	0,14	0,15
2	0,14	0,15	0,15	0,19
3	0,14	0,16	0,16	0,21
5	0,14	0,17	0,17	0,22
10	0,15	0,18	0,18	0,23
15	0,15	0,18	0,19	0,24
20-30	0,15	0,19	0,19	0,24

Их таблицы 7 также следует, что более тёплые воздушные прослойки имеют более низкие термические сопротивления (лучше пропускают через себя тепло). Это объясняется влиянием на теплоперенос лучистого механизма, который мы рассмотрим в следующем разделе. Отметим при этом, что вязкость воздуха растёт с температурой, так что тёплый воздух турбулизуется хуже.

Рис. 36. . Обозначения те же, что и на рисунке 35. За счёт низкой теплопроводности материала стенок возникают перепады температур ∆Тc = QRc , где Rc - термическое сопротивление стенки Rc = δc / λc (δc - толщина стенки, λc - коэффициент теплопроводности материала стенки). При увеличении с перепады температур ∆Тc уменьшаются, но перепады температур на пограничных слоях ∆Т сохраняются неизменными. Это иллюстрируется распределением Твнутр, относящимся к случаю более высокой теплопроводности материала стенок. Тепловой поток через всю стену Q = ∆T/R = ∆Тc/Rc = (Твнутр - Tвнешн) /(3Rc+6R) . Термическое сопротивление пограничных слоев R и их толщина а не зависят от теплопроводности материала стенок λc и их термического сопротивления Rc.

Рис. 37. : а - три слоя металла (или стекла), отстоящих друг от друга с зазорами по 1,5 см, эквивалентны древесине (деревянной доске) толщиной 3,6 см; б - пять слоев металла с зазорами по 1,5 см, эквивалентны древесине толщиной 7,2 см; в - три слоя фанеры толщиной по 4 мм с зазорами по 1,5 см, эквивалентны древесине толщиной 4,8 см; г - три слоя пенополиэтилена толщиной по 4 мм с зазорами по 1,5 см, эквивалентны древесине толщиной 7,8 см; д - три слоя металла с зазорами по 1,5 см, заполненными эффективным утеплителем (пенополистиролом, пенополиэтиленом или минватой), эквивалентны древесине толщиной 10,5 см. Принятая величина зазоров является условной, эквивалентные толщины древесины в примерах а-г слабо изменяются при изменении величины зазоров в пределах (1-30) см.

Если конструкционный материал стены обладает низкой теплопроводностью, то при расчётах необходимо учитывать его вклад в теплосопротивление стены (рис. 36). Хотя вклад пустот, как правило, является значительным, заполнение всех пустот эффективным утеплителем позволяет (за счёт полной остановки движения воздуха) существенно (в 3-10 раз) повысить тепловое сопротивление стены (рис. 37).

Сама по себе возможность получения вполне пригодных для бань (по крайней мере, летних) тёплых стен из нескольких слоев «холодного» металла, конечно же, интересна и используется, например, финнами для противопожарной защиты стен в саунах около печи. На практике, однако, такое решение оказывается весьма сложным ввиду необходимости механической фиксации параллельных слоев металла многочисленными перемычками, которые играют роль нежелательных «мостиков» холода. Так или иначе, даже один слой металла или ткани «греет», если не продувается ветром. На этом явлении основаны палатки, юрты, чумы, которые, как известно, до сих пор используются (и использовались веками) в качестве бань в кочевых условиях. Так, один слой ткани (всё равно какой, лишь бы непродуваемой) лишь в два раза «холодней» кирпичной стены толщиной 6 см, а прогревается в сотни раз быстрее. Тем не менее, ткань палатки остаётся намного холодней воздуха в палатке, что не позволяет реализовать сколько бы то ни было длительных паровых режимов. К тому же, любые (даже мелкие) порывы ткани сразу же приводят к мощным конвективным теплопотерям.

Наибольшее значение в бане (так же как и в жилых зданиях) имеют воздушные прослойки в окнах. При этом приведённое сопротивление теплопередаче окон измеряется и рассчитывается на всю площадь оконного проёма, то есть не только на стеклянную часть, но и на переплёт (деревянный, стальной, алюминиевый, пластиковый), который, как правило, имеет лучшие теплоизолирующие характеристики, чем стекло. Для ориентировки приведём нормативные значения термического сопротивления окон разных типов по СНиП П-3-79* и сотовых материалов с учётом теплового сопротивления внешних пограничных слоев внутри и вне помещения (см. таблицу 8).

Таблица 8. Приведенное сопротивление теплопередаче окон и оконных материалов

Тип конструкции		Сопротивление теплопередаче, м² град/Вт
Одинарное остекление		0,16
Двойное остекление в спаренных переплётах		0,40
Двойное остекление в раздельных переплётах		0,44
Тройное остекление в раздельно-спаренных переплётах		0,55
Четырёхслойное остекление в двух спаренных переплётах		0,80
Стеклопакет с межстекольным расстоянием 12 мм:	однокамерный	0,38
	двухкамерный	0,54
Блоки стеклянные пустотные (с шириной швов 6 мм) размером:	194x194x98 мм	0,31
	244x244x98 мм	0,33
Поликарбонат сотовый «Акууег» толщиной:	двухслойный 4 мм	0,26
	двухслойный 6 мм	0,28
	двухслойный 8 мм	0,30
	двухслойный 10 мм	0,32
	трёхслойный 16 мм	0,43
	многоперегородчатый 16 мм	0,50
	многоперегородчатый 25 мм	0,59
Полипропилен сотовый «Акувопс!» толщиной:	двухслойный 3,5 мм	0,21
	двухслойный 5 мм	0,23
	двухслойный 10 мм	0,30
Брусовая стена (для сравнения) толщиной:	5 см	0,55
	10 см	0,91

Малый коэффициент теплопроводности воздуха в порах строительных материалов, достигающий 0,024 Вт/(м °С), привел к идее замены в наружных ограждающих конструкциях строительных материалов воздухом, т. е. созданию наружных ограждений из двух стенок с воздушной прослойкой между ними. Однако теплотехнические качества таких стен оказались чрезвычайно низкими, т.к. передача теплоты воздушными прослойками происходит иначе, чем в телах твердых и сыпучих. Для воздушной прослойки такой пропорциональности не существует. В твердом материале передача теплоты происходит только теплопроводностью, в воздушной прослойке к этому присоединяется еще передача теплоты конвекцией и излучением.

На рис показан вертикальный разрез воздушной прослойки, имеющей толщину δ, и температуры на ограничивающих поверхностях τ 1 и τ 2 , причем τ 1 > τ 2 . При такой разности температур через воздушную прослойку будет проходить тепловой поток Q.

Передача теплоты теплопроводностью подчиняется закону передачи теплоты в твердом теле. Следовательно, можно написать:

Q 1 =(τ 1 - τ 2)λ 1 /δ

где λ 1 - коэффициент теплопроводности неподвижного воздуха (при температуре 0 °С λ 1 = 0,023 Вт/(м °С)), Вт/(м °С); δ - толщина прослойки, м.

Конвекция воздуха в прослойке возникает вследствие разности температур на ее поверхностях и имеет характер естественной конвекции. При этом у поверхности с более высокой температурой воздух нагревается и движется в направлении снизу вверх, а у более холодной поверхности охлаждается и движется в направлении сверху вниз. Таким образом, в вертикальной воздушной прослойке создается постоянная циркуляция воздуха, показанная на рис стрелками. По аналогии с формулой для количества теплоты, передаваемой конвекцией, можно написать:

Q 2 =(τ 1 - τ 2)λ 2 /δ 2

где λ 2 - условный коэффициент, называемый коэффициентом передачи теплоты конвекцией, Вт/(м °С).

В отличие от обычного коэффициента теплопроводности этот коэффициент не является постоянной величиной, а зависит от толщины прослойки, температуры воздуха в ней, разности температур на поверхностях прослойки и расположения прослойки в ограждении.

Для вертикальных прослоек значения величин коэффициентов влияние температуры воздуха в пределах от +15 до -10 °С на теплопередачу конвекцией не превышает 5 %, а поэтому им можно пренебречь.

Коэффициент передачи теплоты конвекцией возрастает с увеличением толщины прослойки. Это возрастание объясняется тем, что в тонких прослойках восходящий и нисходящий токи воздуха взаимно тормозятся и в очень тонких прослойках (меньше 5 мм) величина λ 2 становится равной нулю. С увеличением толщины прослойки, наоборот, конвекционные токи воздуха становятся более интенсивными, увеличивая значение λ 2 . С увеличением разности температур на поверхностях прослойки величина λ 2 возрастает вследствие повышения интенсивности конвекционных токов в прослойке.

Увеличение значений λ 1 + λ 2 в горизонтальных прослойках при потоке теплоты снизу вверх объясняется непосредственным направлением конвекционных токов по вертикали от нижней поверхности, имеющей более высокую температуру, к верхней поверхности, имеющей более низкую температуру. В горизонтальных прослойках при потоке теплоты сверху вниз конвекция воздуха отсутствует, поскольку поверхность с более высокой температурой расположена над поверхностью с более низкой температурой. В этом случае принимается λ 2 = 0.

Кроме передачи теплоты теплопроводностью и конвекцией в воздушной прослойке происходит еще непосредственное излучение между поверхностями, ограничивающими воздушную прослойку. Количество теплоты Q 3 , передаваемой в воздушной прослойке излучением от поверхности с более высокой температурой τ 1 к поверхности с более низкой температурой τ 2 , можно выразить по аналогии с предыдущими выражениями в виде:

Q 2 =(τ 1 - τ 2)α л

где α л - коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м2 °С).

В этом равенстве отсутствует множитель δ, т. к. количество теплоты, передаваемой излучением, в воздушных прослойках, ограниченных параллельными плоскостями, не зависит от расстояния между ними.

Коэффициент α л определяется по формуле. Коэффициент α л также не является постоянной величиной, а зависит от коэффициентов излучения поверхностей, ограничивающих воздушную прослойку и, кроме того, от разности четвертых степеней абсолютных температур этих поверхностей.

При температуре, равной 25 °С, значение температурного коэффициента увеличивается на 74 % по сравнению с его значением при температуре -25 °С. Следовательно, теплозащитные свойства воздушной прослойки будут улучшаться по мере понижения ее средней температуры. В теплотехническом отношении лучше располагать воздушные прослойки ближе к наружной поверхности ограждения, где температуры в зимнее время будут более низкими.

Выражение λ 1 + λ 2 + α л δ можно рассматривать как коэффициент теплопроводности воздуха в прослойке, подчиняющийся законам передачи теплоты через твердые тела. Этот суммарный коэффициент носит название «эквивалентного коэффициента теплопроводности воздушной прослойки» λ э Таким образом, имеем:

λ э = λ 1 + λ 2 + α л δ

Зная эквивалентный коэффициент теплопроводности воздуха в прослойке, термическое сопротивление его определяют по формуле так же, как и для слоев из твердых или сыпучих материалов, т. е.

Эта формула применима только для замкнутых воздушных прослоек, т. е. не имеющих сообщения с наружным или внутренним воздухом. Если прослойка имеет сообщение с наружным воздухом, то в результате проникания холодного воздуха термическое сопротивление ее может не только стать равным нулю, но и послужить причиной уменьшения сопротивления теплопередаче ограждения.

Для уменьшения количества теплоты, проходящей через воздушную прослойку, необходимо уменьшить одну из составляющих полного количества теплоты, передаваемой прослойкой. Эта задача прекрасно решена в стенках сосудов, предназначенных для хранения жидкого воздуха. Стенки этих сосудов состоят из двух стеклянных оболочек, между которыми выкачивается воздух; поверхности стекла, обращенные внутрь прослойки, покрываются тонким слоем серебра. При этом количество теплоты, передаваемой конвекцией, сводится к нулю вследствие значительного разрежения воздуха в прослойке.

В строительных конструкциях с воздушными прослойками передача теплоты излучением

значительно сокращается при покрытии излучающих поверхностей алюминием, имеющим малый коэффициент излучения С = 0,26 Вт/(м 2 К 4). Передача теплоты теплопроводностью при обычных разрежениях воздуха не зависит от его давления, и только при разрежении ниже 200 Па коэффициент теплопроводности воздуха начинает уменьшаться

В порах строительных материалов передача теплоты происходит так же, как и в воздушных прослойках Вот почему коэффициент теплопроводности воздуха в порах материала имеет различные значения в зависимости от размеров пор. Повышение теплопроводности воздуха в порах материала при повышении температуры происходит, главным образом, вследствие увеличения теплопередачи излучением.

При проектировании наружных ограждений с воздушными прослойками необходимо

учитывать следующее:

1) эффективными в теплотехническом отношении являются прослойки небольшой

2) при выборе толщины воздушных прослоек желательно учитывать, чтобы λ э воздуха в них не был больше коэффициента теплопроводности материала, которым можно было бы заполнить прослойку; обратный случай может быть, если это оправдывается экономическими соображениями;

3) рациональнее делать в ограждающей конструкции несколько прослоек малой

толщины, чем одну большой толщины;

4) воздушные прослойки желательно располагать ближе к наружной стороне ограждения,

т. к. при этом в зимнее время уменьшается количество теплоты, передаваемой излучением;

5) воздушная прослойка должна быть замкнутой и не сообщаться с воздухом; если необходимость сообщения прослойки с наружным воздухом вызывается другими соображениями, как например, обеспечением бесчердачных покрытий от конденсации в них влаги, то это необходимо учитывать при расчете;

6) вертикальные прослойки в наружных стенах необходимо перегораживать горизонтальными

диафрагмами на уровне междуэтажных перекрытий; более частое перегораживание прослоек по высоте практического значения не имеет;

7) для сокращения количества теплоты, передаваемой излучением, можно рекомендовать одну из поверхностей прослойки покрывать алюминиевой фольгой, имеющей коэффициент излучения С = 1,116 Вт/(м 2 К 4). Покрытие фольгой обеих поверхностей практически не уменьшает передачу теплоты.

Также в строительной практике нередко встречаются наружные ограждения, имеющие воздушные прослойки, сообщающиеся с наружным воздухом. Особенно большое распространение получили прослойки, вентилируемые наружным воздухом, в бесчердачных совмещенных покрытиях как наиболее эффективная мера борьбы с конденсацией в них влаги. При вентилировании воздушной прослойки наружным воздухом последний, проходя через ограждение, отнимает от него теплоту, увеличивая теплоотдачу ограждения. Это приводит к ухудшению теплозащитных свойств ограждения и повышению его коэффициента теплопередачи. Расчет ограждений с вентилируемой воздушной прослойкой проводится с целью определения температуры воздуха в прослойке и действительных величин сопротивления теплопередаче и коэффициента теплопередачи таких ограждений.

23.Конструктивные решения отдельных узлов зданий (оконные перемычки, откосы, углы, стыки и т.п.) с целью недопущения конденсации на внутренних поверхностях.

Дополнительное количество теплоты, теряемое через наружные углы, невелико по сравнению с полной теплопотерей наружных стен. Понижение же температуры поверхности стены в наружном углу особенно неблагоприятно с санитарно-гигиени­ ческой точки зрения как единственная причина отсыревания и промерзания наруж­ ных углов*. Это понижение температуры вызывается двумя причинами:

1) геометрической формой угла, т. е. неравенством площадей тепловосприятия и теплоотдачи в наружном углу; в то время как на глади стены площадь тешювоспри­ ятия F в равна площади теплоотдачи F н, в наружном углу площадь тепловосприятия F в оказывается меньше площади теплоотдачи F н; таким образом, наружный угол испытывает большее охлаждение, чем гладь стены;

2) уменьшением коэффициента α в тепловосприятия в наружном углу против гла­ ди стены в основном вследствие уменьшения передачи теплоты излучением, а также в результате понижения интенсивности конвекционных токов воздуха в наружном углу. Уменьшение величины α в увеличивает сопротивление тепловосприятию R в, а это оказывает влияние на понижение температуры наружного угла Ту.

При конструировании наружных углов необходимо принимать меры к повыше­ нию температуры на их внутренней поверхности, т. е. утеплять углы, что можно де­ лать следующими способами.

1. Скашиванием внутренних поверхностей наружного угла вертикальной плоскостью. При этом с внутренней стороны прямой угол разбивается на два тупых угла (рис. 50а). Ши­ рина скашивающей плоскости должна быть не менее 25 см. Это скашивание можно делать или тем же материалом, из которого состоит стена, или другим материалом с несколько меньшим коэффициентом теплопроводности (рис. 506). В последнем случае утепление уг­ лов можно делать независимо от возведения стен. Эта мера рекомендуется для утепления углов уже существующих зданий, если теп­ лотехнический режим этих углов оказывает­ ся неудовлетворительным (отсыревание или промерзание). Скашивание утла при ширине скашивающей плоскости 25 см снижает раз­ ность температур между гладью стены и наружным углом, по данным опыта, при­

мерно на 30 %.
Какое влияние оказывает утепление угла скашиванием, видно на примере 1,5-кир-

пичной стены опытного дома в Москве. При /н = -40 °С угол промерз (рис. 51).
В ребрах двух тупых углов, образованных пересечением плоскости скашивания с гранями прямого угла, промерзание поднялось на 2 м от пола; на самой же плоскости

скашивания это промерзание поднялось только до высоты около 40 см от пола, т. е. на середине плоскости скашивания температура поверхности оказалась более высокой, чем у ее примыкания к поверхности наружных стен. Если бы угол не был утеплен, то он промерз бы на всю высоту.

2. Скруглением наружного угла. Внутренний радиус скругления должен быть не менее 50 см. Скругле- ние угла можно делать как по обеим поверхностям угла, так и по одной его внутренней поверхности (рис. 50г).

В последнем случае утепление аналогично скашиванию угла и радиус скругления может быть уменьшен до 30 см.

В гигиеническом отношении скругление угла дает еще бо­ лее благоприятный результат, поэтому в первую очередь ре­ комендуется для лечебных и других зданий, к чистоте кото­ рых предъявляются повышенные требования. Скругление угла при радиусе 50 см снижает разность температур между

гладью стены и наружным углом примерно на 25 %.
3. Устройством на наружной поверхности угла утепля­ ющих пилястр (рис. 50д) - обычно в деревянных домах.

В брусчатых и рубленых домах эта мера имеет особенно
большое значение при рубке стен в лапу, в этом случае пи­
лястры защищают угол от излишней потери теплоты по тор­
цам бревен вследствие большей теплопроводности древеси­ ны вдоль волокон. Ширина пилястр, считая от наружной грани угла, должна быть не менее полуторной толщины стены. Пилястры должны иметь достаточное термичес­ кое сопротивление (ориентировочно не менее R = 0,215 м2 °С/Вт, что соответствует деревянным пилястрам из досок 40 мм). Дощатые пилястры на углах стен, рубленных в лапу, желательно ставить на слой утеплителя.

4. Установкой в наружных углах стояков разводящего трубопровода центрально­ го отопления. Эта мера наиболее эффективна, т. к. при этом температура внутренней поверхности наружного угла может стать даже выше температуры на гла­ ди стены. Поэтому при проектировании систем центрального отопления стояки раз­ водящего трубопровода, как правило, прокладываются во всех наружных углах зда­ ния. Стояк отопления повышает температуру в углу примерно на 6 °С при расчетной температуре наружного воздуха.

Карнизным узлом назовем узел примыкания чердачного перекрытия или совме­ щенного покрытия к наружной стене. Теплотехнический режим такого узла близок к теплотехническому режиму наружного угла, но отличается от него тем, что примы­ кающее к стене покрытие имеет более высокие теплозащитные качества, чем стена, а при чердачных перекрытиях температура воздуха на чердаке будет несколько выше температуры наружного воздуха.

Неблагоприятный теплотехнический режим карнизных узлов вызывает необ­ ходимость их дополнительного утепления в выстроенных домах. Это утепление приходится делать со стороны помещения, причем оно должно проверяться рас­ четом температурного поля карнизного узла, т. к. иногда излишнее утепление мо­ жет привести к отрицательным результатам.

Утепление более теплопроводными древесноволокнистыми плитами оказалось значительно эффективнее, чем малотеплопроводным пенополистиролом.

Аналогичным температурному режиму карнизного узла является режим цоколь­ ного узла. Понижение температуры в углу примыкания пола первого этажа к поверх­ ности наружной стены может оказаться значительным и приближаться к температуре в наружных углах.

Для повышения температуры пола первых этажей у наружных стен желательно повышать теплозащитные свойства пола по периметру здания. Необходимо также, чтобы цоколь имел достаточные теплозащитные качества. Это имеет особенно боль­ шое значение при полах, расположенных непосредственно на грунте или бетонной подготовке. В этом случае рекомендуется устройство за цоколем по периметру здания теплой отсыпки, например, шлаком.

Полы, укладываемые по балкам с подпольным пространством между конструк­ цией цокольного перекрытия и поверхностью земли, имеют более высокие тепло­ защитные свойства по сравнению с полом на сплошном основании. Плинтус, при­ биваемый к стенам у пола, утепляет угол между наружной стеной и полом. Поэтому в первых этажах зданий необходимо обращать внимание на повышение теплозащит­ ных свойств плинтусов, что может быть достигнуто увеличением их размеров и уста­ новкой на слое мягкого утеплителя.

Понижение температуры внутренней поверхности наружных стен крупнопанель­ ных домов наблюдается также против стыков панелей. В однослойных панелях это вызвано заполнением полости стыка более теплопроводным материалом, чем мате­ риал панели; в многослойных панелях -бетонными ребрами, окаймляющими па­ нель.

Для предупреждения конденсации влаги на внутренней поверхности вертикаль­ ных стыков панелей наружных стен домов серии П-57 используют прием повышения температуры путем замоноличивания стояка отопления в примыкающей к стыку пе­ регородке.

Недостаточное утепление наружных стен в междуэтажном поясе может вызвать значительное понижение температуры пола у наружных стен даже в кирпичных до­ мах. Это обычно наблюдается при утеплении наружных стен с внутренней стороны только в пределах помещения, а в междуэтажном поясе стена остается неутепленной. Повышенная воздухопроницаемость стен в междуэтажном поясе может привести к дополнительному резкому охлаждению междуэтажного перекрытия.

24.Теплоустойчивость наружных ограждающих конструкций и помещений.

Неравномерность отдачи теплоты приборами отопления вызывает колебания температуры воздуха в помещении и на внутренних поверхностях наружных ограж­ дений. Величины амплитуд колебания температуры воздуха и температур внутренних поверхностей ограждений будут зависеть не только от свойств отопительной системы, теплотехнических качеств его наружных и внутренних ограждающих конструкций, а также от оборудования помещения.

Теплоустойчивость наружного ограждения - это его способность давать большее или меньшее изменение температуры внутренней поверхности при колебании тем­ пературы воздуха в помещении или температуры наружного воздуха. Чем меньше из­ менение температуры внутренней поверхности ограждения при одной и той же амп­ литуде колебания температуры воздуха, тем оно более теплоустойчиво, и наоборот.

Теплоустойчивость помещения - это его способность уменьшать колебания тем­ пературы внутреннего воздуха при колебаниях теплового потока от отопительного прибора. Чем меньше при прочих равных условиях будет амплитуда колебания тем­ пературы воздуха в помещении, тем оно будет более теплоустойчивым.

Для характеристики теплоустойчивости наружных ограждений О. Е. Власовым было введено понятие коэффициента теплоустойчивости ограждения φ. Коэффициент φ есть отвлеченное число, представляющее собой отношение разности температур внутреннего и наружного воздуха к максимальной разности температур внутреннего воздуха ивнутренней поверхности ограждения. Величина φ будет зависеть от теплотехнических свойств ограждения, а также от системы отопления и ее эксплуатации
Для вычисления величины φ О. Е. Власовым дана следующая формула:

φ=R o /(R в +m/Y в)

где R о - сопротивление теплопередаче ограждения, м2 °С/Вт; R в - сопротивление тепловосприятию, м2 °С/Вт; Y в - коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения, Вт/(м2 °С).

25.Потери теплоты на нагревание инфильтрующегося наружного воздуха через ограждающие конструкции помещений.

Затраты теплоты Q и Вт, для нагревания инфильтрующегося воздуха и помещениях жилых и общественных зданий при естественной вытяжной вентиляции, не ком­пенсируемого подогретым приточным воздухом, следует принимать равным большей из величин, рассчитанных согласно методике, по формулам:

Q и = 0,28ΣG i C (t в -t н) k;

G i =0.216(ΣF ок)×ΔP 2/3 /R i(ок)

где - ΣG i расход инфильтруюшегося воздуха, кг/ч, через огражда­ющие конструкции помещения, с - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг-°С); t в,t н - расчетные температуры воздуха в помещении н наружного воздуха в холодный период года, С; k - коэффи­циент, учитывающий влияние встречного теплового потока в конст­рукциях, равный: 0,7 - для стыков панелей стен, для окон с тронны­ми переплетами, 0,8 - для окон и балконных дверей с раздельными переплетами и 1,0 -для одинарных окон, окон и балконных дверей со спаренными переплетами и открытых проемов; ΣF ок – вся площадь, м; ΔP – расчетная разность давлений на расчетном этаже, Па; R i(ок) – сопротивление паропроницанию м 2 ×ч×Па/мг

Подсчитанные для каждого помещения расходы теп­лоты на нагревание инфильтрующегося воздуха следует добавить к теплопотерям этих помещений.

Для поддержания расчетной температуры воздуха по­мещении система отопления должка компенсировать теп­лопотери помещения. Однако следует иметь в виду, что кроме теплопотерь в помещении могут быть дополни­тельные расходы теплоты: на нагревание поступающих в помещение холодных материалов и въезжающего тран­спорта.

26.потери теплоты через ограждающие конструкции помещения

27.Расчетные теплопотери помещения.

Каждая система отопления предназначена для созда­ния в колодный период года в помещениях здания задан­ной температуры воздуха, соответствующей комфортным условиям и отвечающей требованиям технологического процесса. Тепловой режим в зависимости от назначения помещений может быть как постоянным, так и перемен­ным.

Постояннын тепловой режим должен поддерживать­ся круглосуточно в течение всего отопительного периода в зданиях: жилых, производственных с непрерывным ре­жимом работы, детских и лечебных учреждений, гости­ниц, санаториев и т. и.

Неременный тепловой режим характерен для произ­водственных зданий с одно- и двухсменной работой, а также для ряда общественных зданий (административ­ные, торговые, учебные и т. п.) и зданий предприятий обслуживания населения. В помещениях этих зданий не­обходимые тепловые условия поддерживают только в ра­бочее время. В нерабочее время используют либо имею­щуюся систему отопления, либо устраивают дежурное отопление, поддерживающее в помещении пониженную температуру воздуха. Если в рабочее время тенлопосту- пления превышают потери теплоты, то устраивают толь­ко дежурное отопление.

Теплопотери в помещении складываются из потерь через ограждающие конструкции (учитывается ориентация конструкции по концам света) и из расхода тепла на нагревание наружного холодного воздуха, поступающего в помещение для его вентиляции. Кроме того учитываются теплопоступления в помещение от людей и электробытовых приборов.

Дополнительный расход тепла для нагревания наружного холодного воздуха поступающего в помещение для его вентиляции.

Дополнительный расход тепла на нагревания наружного воздуха поступающего в помещение путем инфильтрации.

Теплопотери через ограждающие конструкции.

Поправочный коэффициент учитывающий ориентацию по сторонам света.

n - коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху

28.Виды нагревательных приборов.

Отопительные приборы, применяемые в системах цен­трального отопления, подразделяются: по преобладаю­щему способу теплоотдачи - на радиационные (подвес­ные панели), конвективно-радиационные (приборы с глад­кой внешней поверхностью) и конвективные (конвекторы с ребристой поверхностью и ребристые трубы); по виду материала - на приборы металлические (чугунные из серого чугуна и стальные из листовой стали и стальных труб), малометаллические (комбинированные) и неме­таллические (керамические радиаторы, бетонные панели с заделанными стеклянными или пластмассовыми труба­ми или с пустотами, вообще без труб и др.); по характеру внешней поверхности - на гладкие (радиаторы, панели, гладкотрубные приборы), ребристые (конвекторы, реб­ристые трубы, калориферы).

Радиаторы чугунные и стальные штампованные. Про­мышленность выпускает секционные и блочные чугунные радиаторы. Секционные радиаторы собирают из отдель­ных секций, блочные - из блоков. Производство чугунных радиаторов требует большого расхода металла, они трудоемки в изготовлении и монтаже. При этом усложняется изготовление панелей вследствие устройства в них ниши для установки радиа­торов, Кроме того, производство радиаторов приводит к загрязнению окружающей среды. Изготовляют однорядные и двухрядные сталь­ные панельные радиаторы: штампованные колончатые типа РСВ1 и штампованные змеевиковые типа РСГ2

Ребристые трубы. Ребристые трубы изготовляют чу­гунными длиной 0,5; 0,75; I; 1,5 и 2 м с круглыми ребра­ми и поверхностью нагрева 1; 1,5; 2; 3 и 4 м 2 (рис. 8.3). На концах трубы предусмотрены фланцы для присоеди­нения их к фланцам теплопровода системы отопления. Оребренность прибора увеличивает теплоотдающую по­верхность, но затрудняет очистку его от пыли и понижает коэффициент теплопередачи. Ребристые трубы в помеще­ниях с продолжительным пребыванием людей не уста­навливают.

Конвекторы. В последние годы стали широко приме­няться конвекторы - отопительные приборы, передаю­щие теплоту в основном конвективным путем.

29.классификация отопительных приборов.требования предевляемые к ним.

30.Расчет необходимой поверхности отопительных приборов.

Целью отопления является компенсация потерь каждого обогреваемого помещения для обеспечения в нем расчетной температуры. Система отопления представляет собой комплекс инженерных устройств, обеспечивающих выработку тепловой энергии и передачи ее в каждое обогреваемое помещение в требуемом количестве.

– температура подоваемой воды, равная 90 0 С;

– температура обратной воды, равная 70 0 С.

Все расчеты в таблице 10.

1) Определяем общую тепловую нагрузку на стояк:

, Вт

2) Количество теплоносителя, проходящего через стояк:

Gст=(0,86* Qст)/(tг- tо), кг/ч

3) Коэффициент затекания в однотрубной системе α=0,3

4) Зная коэффициент затекания, можно определить количество теплоносителя, проходящий через каждый нагревательный прибор:

Gпр= Gст*α, кг/ч

5) Определяем температурный напор для каждого прибора:

где Gпр – расход теплопотери через прибор,

– полная теплопотеря данного помещения

6) Определяем температуры теплоносителя в нагревательном приборе на каждом этаже:

tвх = tг - ∑ Qпр/ Qст(tг- tо) , 0 С

где ∑Qпр – теплопотери всех предшествующих помещений

7) Температура теплоносителя на выходе из прибора:

tвых= tвх- Δtпр, 0 С

8) Определяем среднюю температуру теплоносителя в отопительном приборе:

9) Определяем температурный напор между средней температурой теплоносителя в приборе и температурой окружающего воздуха

10) Определяем требуемую теплоотдачу одной секции отопительного прибора:

где Qну- номинальный условный тепловой поток, т.е. количество тепла в Вт, отданное одной секцией отопительного прибора МС-140-98. Qну=174 Вт.

Если расход теплоносителя через прибор G находится в пределах 62..900, то коэффициент с=0,97 (коэффициент учитывает схему подключения отопительных приборов). Коэффициенты n, p выбираются из справочника в зависимости от вида отопительного прибора, расхода теплоносителя в нём и схемы подачи теплоносителя в прибор.

Для всех стояков принимаем n=0,3 , p=0 ,

Для третьего стояка принимаем c=0,97

11) Определяем требуемое минимальное количество секций отопительных приборов:

N= (Qпр/(β3* ))*β4

β 4 – коэффициент, учитывающий способ установки радиатора в помещении.

Радиатор установленный под подоконником с декоративной защитной решёткой установленной с лицевой стороны = 1,12 ;

радиатор с декоративной защитной решёткой установленной с лицевой стороны и свободной верхней частью = 0,9 ;

радиатор установленный в нише стены и свободной лицевой частью = 1,05 ;

радиаторы расположенные друг над другом = 1,05.

Принимаем β 4 =1,12

β 3 – коэффициент, учитывающий число секций в одном радиаторе

3 - 15 секций = 1 ;

16 - 20 секций = 0,98 ;

21 - 25 секций = 0,96.

Принимаем β 3 =1

Т.к. требуется установка 2 –х отопительных приборов в помещении, то распределяем Q приб 2/3 и 1/3 соответственно

Рассчитываем количество секций для 1-ого и 2-ого отопительного прибора

31.Основные факторы, определяющие величину коэффициента теплопередачи нагревательного прибора.

Коэффициент теплопередачи отопительного прибора

Основными факторами, определяющими величину k являются: 1) вид и конструктивные особенности, приданные типу прибора при его разработке; 2) температурный напор при эксплуатации прибора

Среди второстепенных факторов, влияющих на коэф­фициент теплопередачи приборов систем водяного отопле­ния, прежде всего укажем на расход воды G np , включен­ный в формулу.В зависимости от расхода воды из­меняются скорость движения w и режим течения воды в приборе, т. е. условия теплообмена на его внутренней поверхности. Кроме того, изменяется равномерность тем­пературного поля на внешней поверхности прибора.

На коэффициент теплопередачи влияют также следую­щие второстепенные факторы:

а) скорость движения воздуха v у внешней поверхности прибора.

б) конструкция ограждения прибора.

в) расчетное значение атмосферного давления, установленное для места расположения здания

г) окраска прибора..

На значении коэффициента теплопередачи сказываются также качество обработки внешней поверхности, загряз­ненность внутренней поверхности, наличие воздуха в при­борах и другие эксплуатационные факторы.

32Виды систем отопления. Области применения.

Системы отопления: виды, устройство, выбор

Одной из важнейших составляющих инженерного обеспечения являетсяотопление.

Важно знать, что хорошим показателем работы системы отопления является способность системы поддерживать комфортную температуру в доме при температуре теплоносителя низкой настолько, насколько это возможно, тем самым затраты на эксплуатацию системы отопления сводятся к минимуму.

Все отопительные системы, с использованием теплоносителя, делятся на:

· системы отопления с естественной циркуляцией (гравитационная система), т.е. движение теплоносителя внутри замкнутой системы возникает за счет разницы веса горячего теплоносителя в подающей трубе (вертикальном стояке большого диаметра) и холодного - после остывания в приборах и обратном трубопроводе. Необходимое оборудование для этой системы – это расширительный бак открытого типа, который устанавливается в самой верхней точке системы. Довольно часто он же используется для заполнения и подпитки системы теплоносителем.

· система отопления с принудительной циркуляцией основана на действии насоса, который заставляет двигаться теплоноситель, преодолевая сопротивление в трубах. Такой насос называется циркуляционным и позволяет отапливать большое количество помещений с разветвленной системы труб и радиаторов, когда разница температур на входе и выходе не обеспечивает достаточную силу теплоносителю, чтобы преодолеть всю сеть. К необходимому оборудованию, используемому при этой системе отопления, стоит отнести расширительный мембранный бак, циркуляционный насос, группу безопасности.

Первый вопрос, который следует изучить при выборе системы отопления, - какой источник энергии будет использоваться: твердое топливо (уголь, дрова и др.); жидкое топливо (мазут, солярка, керосин); газ; электричество. Топливо является основой для выбора отопительного оборудования и расчета общих затрат при максимальном наборе других показателей. Расход топлива загородных домов существенно зависит от материала и конструкции стен, объема дома, режима его эксплуатации и возможности системы отопления по управлению температурными характеристиками. Источником тепла в коттеджах являются одноконтурные (только для отопления) и двухконтурные (отопления и горячее водоснабжение) котлы.

Административно-территориальное устройство Челябинской области: понятие, виды административно-территориальных единиц, населенных пунктов

Анализ валового производства молока в ОАО «Семьянское» Воротынского района Нижегородской области

Описание:

Ограждающие конструкции с вентилируемыми воздушными прослойками давно использовались при строительстве зданий. Применение вентилируемых воздушных прослоек имело одну из следующих целей

Теплозащита фасадов с вентилируемым воздушным зазором

Часть 1

Зависимость максимальной скорости движения воздуха в зазоре от температуры наружного воздуха при различных значениях термических сопротивлений стены с утеплителем

Зависимость скорости воздуха в воздушном зазоре от температуры наружного воздуха при различных значениях ширины зазора d

Зависимость термического сопротивления воздушного зазора, R эф зазора, от температуры наружного воздуха при различных значениях термического сопротивления стены, R пр терм. констр.

Зависимость эффективного термического сопротивления воздушного зазора, R эф зазора, от ширины зазора, d, при различных значениях высоты фасада, L

На рис. 7 представлены зависимости максимальной скорости воздуха в воздушном зазоре от температуры наружного воздуха при различных значениях высоты фасада, L, и термического сопротивления стены с утеплителем, R пр терм. констр. , а на рис. 8 - при различных значениях ширины зазора d.

Во всех случаях скорость воздуха возрастает со снижением температуры наружного воздуха. Увеличение высоты фасада в два раза приводит к незначительному повышению скорости воздуха. Снижение термического сопротивления стены приводит к повышению скорости воздуха, это объясняется увеличением потока теплоты, а значит и температурного перепада в зазоре. Ширина зазора существенно влияет на скорость воздуха, при уменьшении значений d скорость воздуха снижается, что объясняется повышением сопротивления.

На рис. 9 представлены зависимости термического сопротивления воздушного зазора, R эф зазора, от температуры наружного воздуха при различных значениях высоты фасада, L, и термического сопротивления стены с утеплителем, R пр терм. констр. .

Прежде всего, следует отметить слабую зависимость R эф зазора от температуры наружного воздуха. Это легко объяснимо, т. к. разность температуры воздуха в зазоре и температуры наружного воздуха и разность температуры внутреннего воздуха и температуры воздуха в зазоре изменяются практически пропорционально при изменении t н, поэтому их отношение, входящее в (3), почти не меняется. Так, при понижении t н от 0 до –40 °С R эф зазора снижается от 0,17 до 0,159 м 2 °С/Вт. Несущественно зависит R эф зазора и от термического сопротивления облицовки, при увеличении R пр терм. обл. от 0,06 до 0,14 м 2 °С/Вт значение R эф зазора изменяется от 0,162 до 0,174 м 2 °С/Вт. Этот пример показывает неэффективность утепления облицовки фасада. Изменения значения эффективного термического сопротивления воздушного зазора в зависимости от температуры наружного воздуха и от термического сопротивления облицовки являются несущественными для практического их учета.

На рис. 10 представлены зависимости термического сопротивления воздушного зазора, R эф зазора, от ширины зазора, d, при различных значениях высоты фасада. Зависимость R эф зазора от ширины зазора выражена наиболее отчетливо - при снижении толщины зазора значение R эф зазора возрастает. Это связано с уменьшением высоты установления температуры в зазоре x 0 и, соответственно, с повышением средней температуры воздуха в зазоре (рис. 8 и 6). Если для других параметров зависимость слабая, т. к. происходит наложение различных процессов частично гасящих друг друга, то в данном случае этого нет - чем тоньше зазор, тем быстрей он прогревается, и чем медленнее движется воздух в зазоре, тем быстрей он нагревается.

Вообще наибольшее значение R эф зазора может быть достигнуто при минимальном значении d, максимальном значении L, максимальном значении R пр терм. констр. . Так, при d = 0,02 м, L = 20 м, R пр терм. констр. = 3,4 м 2 °С/Вт вычисленное значение R эф зазора составляет 0,24 м 2 °С/Вт.

Для расчета теплопотерь через ограждение большее значение имеет относительное влияние эффективного термического сопротивления воздушного зазора, т. к. оно определяет насколько уменьшатся теплопотери. Несмотря на то что наибольшее абсолютное значение R эф зазора достигается при максимальном R пр терм. констр. , наибольшее влияние эффективное термическое сопротивление воздушного зазора на теплопотери оказывает при минимальном значении R пр терм. констр. . Так, при R пр терм. констр. = = 1 м 2 °С/Вт и t н = 0 °С благодаря воздушному зазору теплопотери снижаются на 14 %.

При горизонтально расположенных направляющих, к которым крепятся облицовочные элементы, при проведении расчетов ширину воздушного зазора целесообразно принимать равной наименьшему расстоянию между направляющими и поверхностью теплоизоляции, т. к. эти участки определяют сопротивление движению воздуха (рис. 11).

Как показали проведенные расчеты, скорость движения воздуха в зазоре невелика и составляет менее 1 м/с. Разумность принятой модели расчета косвенно подтверждается литературными данными. Так, в работе приведен краткий обзор результатов экспериментальных определений скорости воздуха в воздушных зазорах различных фасадов (см. табл.). К сожалению, содержащиеся в статье данные неполны и не позволяют установить все характеристики фасадов. Однако они показывают, что скорость воздуха в зазоре близка к значениям, полученным описанными выше расчетами.

Представленный метод расчета температуры, скорости движения воздуха и других параметров в воздушном зазоре позволяет оценивать эффективность того или иного конструктивного мероприятия с точки зрения повышения эксплуатационных свойств фасада. Этот метод можно усовершенствовать, прежде всего, это должно относиться к учету влияния зазоров между облицовочными плитами. Как следует из результатов расчетов и приведенных в литературе экспериментальных данных, это усовершенствование не окажет большого влияния на приведенное сопротивление конструкции, однако оно может оказать влияние на другие параметры.

Литература

1. Батинич Р. Вентилируемые фасады зданий: Проблемы строительной теплофизики, систем обеспечения микроклимата и энергосбережения в зданиях / Сб. докл. IV науч.-практ. конф. М.: НИИСФ, 1999.

2. Езерский В. А., Монастырев П. В. Крепежный каркас вентилируемого фасада и температурное поле наружной стены // Жилищное строительство. 2003. № 10.

4. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника. М.: ГУП ЦПП, 1998.

5. Богословский В. Н. Тепловой режим здания. М., 1979.

6. Sedlbauer K., Kunzel H. M. Luftkonvektions einflusse auf den Warmedurchgang von belufteten Fassaden mit Mineralwolledammung // WKSB. 1999. Jg. 44. H.43.

Продолжение следует.

Список обозначений

с в = 1 005 Дж/(кг °С) - удельная теплоемкость воздуха d - ширина воздушного зазора, м L - высота фасада с вентилируемым зазором, м n к - среднее количество кронштейнов, приходящихся на м 2 стены, м–1 R пр о. констр. , R пр о. обл. - приведенные сопротивления теплопередаче частей конструкции от внутренней поверхности до воздушного зазора и от воздушного зазора до наружной поверхности конструкции соответственно, м 2 °С/Вт R о пр - приведенное сопротивление теплопередаче всей конструкции, м 2 °С/Вт R усл о. констр. - сопротивление теплопередаче по глади конструкции (без учета теплопроводных включений), м 2 °С/Вт R усл о - сопротивление теплопередаче по глади конструкции, определяется как сумма термических сопротивлений слоев конструкции и сопротивлений теплоотдачи внутренней (равное 1/aв) и наружной (равное 1/aн) поверхностей R пр СНиП - приведенное сопротивление теплопередаче конструкции стены с утеплителем, определяемое в соответствии со СНиП II-3-79*, м 2 °С/Вт R пр терм. констр. - термическое сопротивление стены с утеплителем (от внутреннего воздуха до поверхности утеплителя в воздушном зазоре), м 2 °С/Вт R эф зазора - эффективное термическое сопротивление воздушного зазора, м 2 °С/Вт Q н - рассчитанный поток теплоты через неоднородную конструкцию, Вт Q 0 - поток теплоты через однородную конструкцию той же площади, Вт q - плотность потока теплоты через конструкцию, Вт/м 2 q 0 - плотность потока теплоты через однородную конструкцию, Вт/м 2 r - коэффициент теплотехнической однородности S - площадь сечения кронштейна, м 2 t - температура, °С Тепловлагопередача через наружные ограждения Основы теплопередачи в здании Перемещение теплоты всегда происходит от более теплой среды к более холодной. Процесс переноса теплоты из одной точки пространства в другую за счет разности температуры называется теплопередачей и является собирательным, так как включает в себя три элементарных вида теплообмена: теплопроводность (кондукцию), конвекцию и излучение . Таким образом, потенциалом переноса теплоты является разность температуры . Теплопроводность Теплопроводность - вид передачи теплоты между неподвижными частицами твердого, жидкого или газообразными вещества. Таким образом, теплопроводность - это теплообмен между частицами или элементами структуры материальной среды, находящимися в непосредственном соприкосновении друг с другом. При изучении теплопроводности вещество рассматривается как сплошная масса, его молекулярное строение игнорируется. В чистом виде теплопроводность встречается только в твердых телах, так как в жидких и газообразных средах практически невозможно обеспечить неподвижность вещества. Большинство строительных материалов являются пористыми телами . В порах находится воздух, имеющий возможность двигаться, то есть переносить теплоту конвекцией. Считается, что конвективной составляющей теплопроводности строительных материалов можно пренебречь ввиду ее малости. Внутри поры между поверхностями ее стенок происходит лучистый теплообмен. Передача теплоты излучением в порах материалов определяется главным образом размером пор, потому что чем больше поры, тем больше разность температуры на ее стенках. При рассмотрении теплопроводности характеристики этого процесса относят к общей массе вещества: скелету и порам совместно. Ограждающие конструкции здания, как правило, является плоско-параллельными стенками , теплоперенос в которых осуществляется в одном направлении. Кроме того, обычно при теплотехнических расчетах наружных ограждающих конструкций принимается, что теплопередача происходит при стационарных тепловых условиях , то есть при постоянстве во времени всех характеристик процесса: теплового потока, температуры в каждой точке, теплофизических характеристик строительных материалов. Поэтому важно рассмотреть процесс одномерной стационарной теплопроводности в однородном материале , который описывается уравнением Фурье: где q T - поверхностная плотность теплового потока , проходящего через плоскость, перпендикулярную тепловому потоку , Вт/м 2 ; λ - теплопроводность материала , Вт/м. о С; t - температура, изменяющаяся вдоль оси x, оС; Отношение , носит название градиента температуры , о С/м, и обозначается grad t . Градиент температуры направлен в сторону возрастания температуры, которое связано с поглощением теплоты и уменьшением теплового потока. Знак минус, стоящий в правой части уравнения (2.1), показывает, что увеличение теплового потока не совпадает с увеличением температуры. Теплопроводность λ является одной из основных тепловых характеристик материала. Как следует из уравнения (2.1) теплопроводность материала - это мера проводимости теплоты материалом, численно равная тепловому потоку, проходящему сквозь 1 м 2 площади, перпендикулярной направлению потока, при градиенте температуры вдоль потока, равном 1 о С/м (рис.1). Чем больше значение λ, тем интенсивнее в таком материале процесс теплопроводности, больше тепловой поток. Поэтому теплоизоляционными материалами принято считать материалы с теплопроводностью менее 0,3 Вт/м. о С. Изотермы; - ------ - линии тока теплоты. Изменение теплопроводности строительных материалов с изменением их плотности происходит из-за того, что практически любой строительный материал состоит из скелета - основного строительного вещества и воздуха. К.Ф. Фокин для примера приводит такие данные: теплопроводность абсолютно плотного веществе (без пор) в зависимости от природы имеет теплопроводность от 0,1 Вт/м о С (у пластмассы) до 14 Вт/м о С (у кристаллических веществ при потоке теплоты вдоль кристаллической поверхности), в то время как воздух имеет теплопроводность около 0,026 Вт/м о С. Чем выше плотность материала (меньше пористость), тем больше значение его теплопроводности. Понятно, что легкие теплоизоляционные материалы имеют сравнительно небольшую плотность. Различия в пористости и в теплопроводности скелета приводит к различию в теплопроводности материалов, даже при одинаковой их плотности. Например, следующие материалы (табл.1) при одной и той же плотности, ρ 0 =1800 кг/м 3 , имеют различные значения теплопроводности: Таблица 1. Теплопроводность материалов с одинаковой плотностью 1800 кг/м 3 . С уменьшением плотности материала его теплопроводность l уменьшается, так как снижается влияние кондуктивной составляющей теплопроводности скелета материала, но, однако при этом возрастает влияние радиационной составляющей. Поэтому, уменьшение плотности ниже некоторого значения приводит к росту теплопроводности. То есть существует некоторое значение плотности, при котором теплопроводность имеет минимальное значение. Существуют оценки того, что при 20 о С в порах диаметром 1мм теплопроводность излучением составляет 0,0007 Вт/ (м°С), диаметром 2 мм - 0,0014 Вт/ (м°С) и т.д. Таким образом, теплопроводность излучением становится значимой у теплоизоляционных материалов с малой плотностью и значительными размерами пор. Теплопроводность материала увеличивается с повышением температуры, при которой происходит передача теплоты. Увеличение теплопроводности материалов объясняется возрастанием кинетической энергии молекул скелета вещества. Увеличивается также и теплопроводность воздуха в порах материала, и интенсивность передачи в них теплоты излучением. В строительной практике зависимость теплопроводности от температуры большого значения не имеет.д.ля пересчета значений теплопроводности материалов, полученных при температуре до 100 о С, на значения их при 0 о С служит эмпирическая формула О.Е. Власова: λ о = λ t / (1+β . t), (2.2) где λ о - теплопроводность материала при 0 о С; λ t - теплопроводность материала при t о С; β - температурный коэффициент изменения теплопроводности, 1/ о С, для различных материалов, равный около 0,0025 1/ о С; t - температура материала, при которой его коэффициент теплопроводности равен λ t . Для плоской однородной стенки толщиной δ (рис.2) тепловой поток, передаваемый теплопроводностью через однородную стенку, может быть выражен уравнением: где τ 1 ,τ 2 - значения температуры на поверхностях стенки, о С. Из выражения (2.3) следует, что распределение температуры по толщине стенки линейное. Величина δ/λ названа термическим сопротивлением материального слоя и обозначена R Т , м 2. о С/Вт: Рис.2. Распределение температуры в плоской однородной стенке Следовательно, тепловой поток q Т , Вт/м 2 , через однородную плоскопараллельную стенку толщиной δ , м, из материала с теплопроводностью λ, Вт/м. о С, можно записать в виде Термическое сопротивление слоя - это сопротивление теплопроводности, равное разности температуры на противоположных поверхностях слоя при прохождении через него теплового потока с поверхностной плотностью 1 Вт/м 2 . Теплообмен теплопроводностью имеет место в материальных слоях ограждающих конструкций здания. Конвекция Конвекция - перенос теплоты движущимися частицами вещества. Конвекция имеет место только в жидких и газообразных веществах, а также между жидкой или газообразной средой и поверхностью твердого тела. При этом происходит передача теплоты и теплопроводностью. Совместное воздействие конвекции и теплопроводности в пограничной области у поверхности называют конвективным теплообменом. Конвекция имеет место на наружной и внутренней поверхностях ограждений здания. В теплообмене внутренних поверхностей помещения конвекция играет существенную роль. При различных значениях температуры поверхности и прилегающего к ней воздуха происходит переход теплоты в сторону меньшей температуры. Тепловой поток, передаваемый конвекцией, зависит от режима движения жидкости или газа, омывающих поверхность, от температуры, плотности и вязкости движущейся среды, от шероховатости поверхности, от разности между температурами поверхности и омывающей ее среды. Процесс теплообмена между поверхностью и газом (или жидкостью) протекает по-разному в зависимости от природы возникновения движения газа. Различают естественную и вынужденную конвекцию. В первом случае движение газа происходит за счет разности температуры поверхности и газа, во втором - за счет внешних для данного процесса сил (работы вентиляторов, ветра). Вынужденная конвекция в общем случае может сопровождаться процессом естественной конвекции, но так как интенсивность вынужденной конвекции заметно превосходит интенсивность естественной, то при рассмотрении вынужденной конвекции естественной часто пренебрегают. В дальнейшем будут рассматриваться только стационарные процессы конвективного теплообмена, предполагающие постоянство во времени скорости и температуры в любой точке воздуха. Но так как температура элементов помещения изменяется довольно медленно, полученные для стационарных условий зависимости могут быть распространены и на процесс нестационарного теплового режима помещения , при котором в каждый рассматриваемый момент процесс конвективного теплообмена на внутренних поверхностях ограждений считается стационарным. Полученные для стационарных условий зависимости могут быть распространены и на случай внезапной смены природы конвекции от естественной к вынужденной, например, при включении в помещении рециркуляционного аппарата нагрева помещения (фанкойла или сплит-системы в режиме теплового насоса). Во-первых, новый режим движения воздуха устанавливается быстро и, во-вторых, требуемая точность инженерной оценки процесса теплообмена ниже возможных неточностей от отсутствия коррекции теплового потока в течение переходного состояния. Для инженерной практики расчетов для отопления и вентиляции важен конвективный теплообмен между поверхностью ограждающей конструкции или трубы и воздухом (или жидкостью). В практических расчетах для оценки конвективного теплового потока (рис.3) применяют уравнения Ньютона: , (2.6) где q к - тепловой поток, Вт, передаваемый конвекцией от движущейся среды к поверхности или наоборот; t a - температура воздуха, омывающего поверхность стенки, о С; τ - температура поверхности стенки, о С; α к - коэффициент конвективной теплоотдачи на поверхности стенки, Вт/м 2. о С. Рис.3 Конвективный теплообмен стенки с воздухом Коэффициент теплоотдачи конвекцией, a к - физическая величина, численно равная количеству теплоты, передаваемой от воздуха к поверхности твердого тела путем конвективного теплообмена при разности между температурой воздуха и температурой поверхности тела, равной 1 о С. При таком подходе вся сложность физического процесса конвективного переноса теплоты заключена в коэффициенте теплоотдачи, a к . Естественно, что величина этого коэффициента является функцией многих аргументов. Для практического использования принимаются весьма приближенные значения a к . Уравнение (2.5) удобно переписать в виде: где R к - сопротивление конвективной теплоотдаче на поверхности ограждающей конструкции, м 2. о С/Вт, равное разности температуры на поверхности ограждения и температуры воздуха при прохождении теплового потока с поверхностной плотностью 1 Вт/м 2 от поверхности к воздуху или наоборот. Сопротивление R к является величиной обратной коэффициенту конвективной теплоотдачи a к : Излучение Излучение (лучистый теплообмен) - перенос теплоты с поверхности на поверхность через лучепрозрачную среду электромагнитными волнами, трансформирующимися в теплоту (рис.4). Рис.4. Лучистый теплообмен между двумя поверхностями Любое физическое тело, имеющее температуру отличную от абсолютного нуля, излучает в окружающее пространство энергию в виде электромагнитных волн. Свойства электромагнитного излучения характеризуются длиной волны. Излучение, которое воспринимается как тепловое и имеющее длины волн в диапазоне 0,76 - 50 мкм, называется инфракрасным. Например, лучистый теплообмен происходит между поверхностями, обращенными в помещение, между наружными поверхностями различных зданий, поверхностями земли и неба. Важен лучистый теплообмен между внутренними поверхностями ограждений помещения и поверхностью отопительного прибора. Во всех этих случаях лучепрозрачной средой, пропускающей тепловые волны, является воздух. В практике расчетов теплового потока при лучистом теплообмене используют упрощенную формулу. Интенсивность передачи теплоты излучением q л, Вт/м 2 , определяется разностью температуры поверхностей, участвующих в лучистом теплообмене: , (2.9) где τ 1 и τ 2 - значения температуры поверхностей, обменивающихся лучистой теплотой, о С; α л - коэффициент лучистой теплоотдачи на поверхности стенки, Вт/м 2. о С. Коэффициент теплоотдачи излучением, a л - физическая величина, численно равная количеству теплоты, передаваемой от одной поверхности к другой путем излучения при разности между температурой поверхностей, равной 1 о С. Введем понятие сопротивления лучистой теплоотдачеR л на поверхности ограждающей конструкции, м 2. о С/Вт, равное разности температуры на поверхностях ограждений, обменивающихся лучистой теплотой, при прохождении с поверхности на поверхность теплового потока с поверхностной плотностью 1 Вт/м 2 . Тогда уравнение (2.8) можно переписать в виде: Сопротивление R л является величиной обратной коэффициенту лучистой теплоотдачи a л : Термическое сопротивление воздушной прослойки Для внесения единообразия сопротивление теплопередаче замкнутых воздушных прослоек , расположенных между слоями ограждающей конструкции, называют термическим сопротивлением R в. п, м 2. о С/Вт. Схема передачи теплоты через воздушную прослойку представлена на рис.5. Рис.5. Теплообмен в воздушной прослойке Тепловой поток, проходящий через воздушную прослойку q в. п , Вт/м 2 , складывается из потоков, передаваемых теплопроводностью (2) q т , Вт/м 2 , конвекцией (1) q к , Вт/м 2 , и излучением (3) q л, Вт/м 2 . q в. п =q т +q к +q л . (2.12) При этом доля потока, передаваемого излучением самая большая. Рассмотрим замкнутую вертикальную воздушную прослойку, на поверхностях которой разность температуры составляет 5 о С. С увеличением толщины прослойки от 10 мм до 200 мм доля теплового потока за счет излучения возрастает с 60% до 80%. При этом доля теплоты, передаваемой путем теплопроводности, падает от 38% до 2%, а доля конвективного теплового потока возрастает с 2% до 20% . Прямой расчет этих составляющих достаточно громоздок. Поэтому в нормативных документах приводятся данные о термических сопротивлениях замкнутых воздушных прослоек, которые в 50-х годах ХХ века была составлена К.Ф. Фокиным по результатам экспериментов М.А. Михеева. При наличии на одной или обеих поверхностях воздушной прослойки теплоотражающей алюминиевой фольги, затрудняющей лучистый теплообмен между поверхностями, обрамляющими воздушную прослойку, термическое сопротивление следует увеличить в два раза. Для увеличения термического сопротивления замкнутыми воздушными прослойками рекомендуется иметь в виду следующие выводы из исследований: 1) эффективными в теплотехническом отношении являются прослойки небольшой толщины; 2) рациональнее делать в ограждении несколько прослоек малой толщины, чем одну большой; 3) воздушные прослойки желательно располагать ближе к наружной поверхности ограждения, так как при этом в зимнее время уменьшается тепловой поток излучением; 4) вертикальные прослойки в наружных стенах необходимо перегораживать горизонтальными диафрагмами на уровне междуэтажных перекрытий; 5) для сокращения теплового потока, передаваемого излучением, можно одну из поверхностей прослойки покрывать алюминиевой фольгой, имеющей коэффициент излучения около ε=0,05. Покрытие фольгой обеих поверхностей воздушной прослойки практически не уменьшает передачу теплоты по сравнению с покрытием одной поверхности. Вопросы для самоконтроля 1. Что является потенциалом переноса теплоты? 2. Перечислите элементарные виды теплообмена. 3. Что такое теплопередача? 4. Что такое теплопроводность? 5. Что такое коэффициент теплопроводности материала? 6. Напишите формулу теплового потока, передаваемого теплопроводностью в многослойной стенке при известных температурах внутренней t в и наружной t н поверхностей. 7. Что такое термическое сопротивление? 8. Что такое конвекция? 9. Напишите формулу теплового потока, передаваемого конвекцией от воздуха к поверхности. 10. Физический смысл коэффициента конвективной теплоотдачи. 11. Что такое излучение? 12. Напишите формулу теплового потока, передаваемого излучением от одной поверхности к другой. 13. Физический смысл коэффициента лучистой теплоотдачи. 14. Как называется сопротивление теплопередаче замкнутой воздушной прослойки в ограждающей конструкции? 15. Из тепловых потоков какой природы состоит общий тепловой поток через воздушную прослойку? 16. Какой природы тепловой поток превалирует в тепловом потоке через воздушную прослойку? 17. Как влияет толщина воздушной прослойки на распределение потоков в ней. 18. Как уменьшить тепловой поток через воздушную прослойку? Передача тепла через воздушную прослойку при разности температур на ее противоположных поверхностях происходит путем конвекции, излучения и теплопроводности (рис. 1.12). Теплопроводность неподвижного воздуха очень мала и если бы в воздушных прослойках воздух находился в состоянии покоя, их термическое сопротивление было бы очень высоким. В действительности, в воздушных прослойках ограждающих конструкций воздух всегда движется, например, у более теплой поверхности вертикальных прослоек он перемещается вверх, а у холодной - вниз. В прослойках с движущимся воздухом количество тепла, передаваемого путем теплопроводности, очень мало по сравнению с теплопередачей путем конвекции. По мере увеличения толщины воздушной прослойки количество тепла, передаваемого путем конвекции, возрастает, поскольку влияние трения воздушных струек о стенки уменьшается. Ввиду этого для воздушных прослоек не существует характерной для твердых материалов прямой пропорциональности между увеличением толщины слоя и значением его термического сопротивления. При передаче тепла конвекцией от более теплой поверхности воздушной прослойки к более холодной, преодолевается сопротивление двух пограничных слоев воздуха, прилегающих к этим поверхностям, поэтому значение коэффициента, который можно было бы принять для свободной конвекции у какой-либо поверхности, уменьшается вдвое. Количество лучистого тепла, передаваемого от более теплой поверхности к более холодной, не зависит от толщины воздушной прослойки; как говорилось ранее, оно определяется коэффициентом излучения поверхностей и разностью, пропорциональной четвертым степеням их абсолютных температур (1.3). В общем виде поток тепла Q, передаваемый через воздушную прослойку, может быть выражен таким образом: где α к - коэффициент теплообмена при свободной конвекции; δ - толщина прослойки, м; λ - коэффициент теплопроводности воздуха в прослойке, ккал·м·ч/град; α л - коэффициент теплообмена за счет излучения. На основании экспериментальных исследований обычно трактуют величину коэффициента теплопередачи воздушной прослойки как вызванную теплообменом, происходящим путем конвекции и теплопроводности: но зависящую преимущественно от конвекции (здесь λ экв - условная эквивалентная теплопроводное™ воздуха в прослойке); тогда при постоянном значении Δt термическое сопротивление воздушной прослойки R в.п будет: Явления конвективного теплообмена в воздушных прослойках зависят от их геометрической формы, размеров и направления потока тепла; особенности этого теплообмена могут быть выражены величиной безразмерного коэффициента конвекции ε, представляющего отношение эквивалентной теплопроводности к теплопроводности неподвижного воздуха ε=λ экв /λ. Путем обобщения с помощью теории подобия большого количества экспериментальных данных М. А. Михеевым установлена зависимость коэффициента конвекции от произведения критериев Грасгофа и Прандтля, т. е.: Коэффициенты теплопередачи α к ", полученные из выражения установленного на основе этой зависимости при t ср =+10°, приведены для температурного перепада на поверхностях прослойки, Δt=10° в табл. 1.6. Относительно небольшие величины коэффициентов передачи тепла через горизонтальные прослойки при потоке тепла сверху вниз (например, в цокольных перекрытиях отапливаемых зданий) объясняются малой подвижностью воздуха в таких прослойках; наиболее теплый воздух сосредоточивается у более нагретой верхней поверхности прослойки, затрудняя конвективный теплообмен. Величина передачи тепла излучением α л, определяемая на основе формулы (1.12), зависит от коэффициентов излучения и температуры; для получения α л в плоских протяженных прослойках достаточно умножить приведенный коэффициент взаимооблучения С" на соответствующий температурный коэффициент принятый по табл. 1.7. Так, например, при С"=4,2 и средней температуре прослойки, равной 0°, получим α л =4,2·0,81=3,4 ккал/м 2 ·ч·град. В летних условиях величина α л увеличивается, а термическое сопротивление прослоек уменьшается. Зимой, для прослоек, расположенных в наружной части конструкций, отмечается обратное явление. Для применения в практических расчетах нормы строительной теплотехники ограждающих конструкций СНиП приводят значения термических сопротивлений замкнутых воздушных прослоек указанные в табл. 1.8. Величины R в.пр, приведенные в таблице, соответствуют разности температур на поверхностях прослоек, равной 10°. При разности температур 8°, величина R в.пр умножается на коэффициент 1,05, а при разности 6° - на 1,10. Приведенные данные о термическом сопротивлении относятся к замкнутым плоским воздушным прослойкам. Под замкнутыми понимаются воздушные прослойки, ограниченные непроницаемыми материалами, изолированные от проницания воздуха извне. Поскольку пористые строительные материалы воздухопроницаемы, к замкнутым могут быть отнесены, например, воздушные прослойки в конструктивных элементах из плотного бетона или других плотных материалов, практически не пропускающих воздуха при тех величинах разности давлений, которые типичны для эксплуатируемых зданий. Экспериментальные исследования показывают, что термическое сопротивление воздушных прослоек в кирпичной кладке снижается примерно вдвое по сравнению с величинами, указанными в табл. 1.8. При недостаточном заполнении швов между кирпичами раствором (например, при выполнении работ в зимних условиях) воздухопроницаемость кладки может возрасти, а термическое сопротивление воздушных прослоек приблизиться к нулю. Достаточная защита конструкций с воздушными прослойками от воздухопроницания является совершенно необходимой для обеспечения требуемых теплофизических свойств ограждающих конструкций. Иногда в бетонных или керамических блоках предусматривают прямоугольные пустоты небольшой длины, часто приближающиеся к квадратной форме. В таких пустотах передача лучистого тепла возрастает за счет дополнительного излучения боковых стенок. Прирост величины α л незначителен при отношении длины прослойки к ее толщине, равной 3:1 или более; в пустотах квадратной или круглой формы этот прирост достигает 20%. Эквивалентный коэффициент теплопроводности, учитывающий передачу тепла конвекцией и излучением в квадратных и круглых пустотах значительных размеров (70-100 мм) существенно возрастает, в связи с чем использование таких пустот в материалах с ограниченной теплопроводностью (0,50 ккал/м·ч·град и менее) не имеет смысла с точки зрения теплофизики. Применение квадратных или круглых пустот указанного размера в изделиях из тяжелых бетонов имеет главным образом экономическое значение (уменьшение веса); это значение утрачивается для изделий из легких и ячеистых бетонов, поскольку использование таких пустот может привести к понижению термического сопротивления ограждающих конструкций. В противоположность этому, применение плоских тонких воздушных прослоек, особенно при многорядном их расположении в шахматном порядке (рис. 1.13), целесообразно. При однорядном размещении воздушных прослоек более эффективно их расположение в наружной части конструкции (если обеспечена ее воздухонепроницаемость), поскольку термическое сопротивление таких прослоек в холодный период года возрастает. Применение воздушных прослоек в утепленных цокольных перекрытиях над холодными подпольями более рационально, чем в наружных стенах, поскольку передача тепла конвекцией в горизонтальных прослойках этих конструкций существенно уменьшается. Теплофизическая эффективность воздушных прослоек в летних условиях (защита от перегрева помещений) снижается по сравнению с холодным периодом года; однако эта эффективность возрастает за счет использования прослоек, вентилируемых в ночное время наружным воздухом. При проектировании полезно иметь в виду, что ограждающие конструкции с воздушными прослойками обладают меньшей влажностной инерцией по сравнению со сплошными. В сухих условиях конструкции с воздушными прослойками (вентилируемыми и замкнутыми) быстро подвергаются естественной сушке и приобретают дополнительные теплозащитные свойства за счет малой влажности материала; во влажных помещениях наоборот - конструкции с замкнутыми прослойками могут сильно переувлажняться, что связано с потерей теплофизических качеств и вероятностью преждевременного их разрушения. Из предыдущего изложения было видно, что передача тепла через воздушные прослойки в большой мере зависит рт излучения. Однако применение отражательной изоляции с ограниченной долговечностью (алюминиевой фольги, окраски и т. д.) для повышения термического сопротивления воздушных прослоек может быть целесообразным только в конструкциях сухих зданий с ограниченным сроком службы; в сухих капитальных зданиях дополнительный эффект отражательной изоляции также полезен, но следует учитывать, что даже при утрате ее отражательных качеств теплофизические свойства конструкций должны быть не менее требуемых с тем, чтобы обеспечить нормальную эксплуатацию конструкций. В каменных и бетонных конструкциях с большой начальной влажностью (а также во влажных помещениях) использование алюминиевой фольги, утрачивает смысл, так как ее отражательные свойства могут быть быстро нарушены из-за коррозии алюминия во влажной щелочной среде. Применение отражательной изоляции наиболее эффективно в горизонтальных замкнутых воздушных прослойках при направлении потока тепла сверху вниз (цокольные перекрытия и т. д.), т. е. в том случае, когда конвекция почти отсутствует и передача тепла происходит в основном путем излучения. Отражательной изоляцией достаточно покрыть только одну из поверхностей воздушной прослойки (более теплую, сравнительно гарантированную от эпизодического появления конденсата, быстро ухудшающего отражательные свойства изоляции). Возникающие иногда предложения о теплофизической целесообразности разделения воздушных прослоек по толщине экранами из тонкой алюминиевой фольги в целях резкого уменьшения потока лучистого тепла не могут быть использованы для ограждающих конструкций капитальных зданий, поскольку малая эксплуатационная надежность такой теплозащиты не соответствует необходимой долговечности конструкций указанных зданий. Расчетное значение термического сопротивления воздушной прослойки с отражательной изоляцией на более теплой поверхности повышается примерно вдвое по сравнению с величинами, указанными в табл. 1.8. В южных районах конструкции с воздушными прослойками обладают достаточной эффективностью в отношении защиты помещений от перегрева; применение отражательной изоляции приобретает в этих условиях особенно большой смысл, поскольку превалирующая часть тепла передается в жаркое время года излучением. Целесообразно в целях повышения теплозащитных свойств ограждений и снижения их веса, экранировать наружные стены многоэтажных зданий лучеотражающими долговечными отделками (например, полированными алюминиевыми листами) с тем, чтобы под экранами была расположена воздушная прослойка, другая поверхность которой покрыта окрасочной или иной экономичной отражательной изоляцией. Усиление конвекции в воздушных прослойках (например, за счет активного вентилирования их наружным воздухом, поступающим с затененных, озелененных и обводненных участков прилегающей территории) превращается для летнего периода в положительный теплофизический процесс, в противоположность зимним условиям, когда этот вид переноса тепла, в большинстве случаев, совершенно нежелателен. Поделиться с друзьями: Включайся в дискуссию Поделиться с друзьями: Читайте также Форма труб Салат с кукурузой и мясом: рецепт Салат с кукурузой и мясом: рецепт 2024-05-09 01:43:22 Нет комментариев Печные Римские акведуки - водное начало цивилизации С какой целью строили акведуки Римские акведуки - водное начало цивилизации С какой целью строили акведуки 2024-04-11 01:44:37 Нет комментариев Материалы Мыс крестовый лиинахамари Мыс крестовый лиинахамари 2024-04-07 01:43:28 Нет комментариев