Opis:

Konstrukcje otaczające z wentylowanymi szczelinami powietrznymi są od dawna stosowane w budownictwie. Wykorzystanie wentylowanych przestrzeni powietrznych miało jeden z następujących celów

Ochrona termiczna elewacji z wentylowaną szczeliną powietrzną

Część 1

Zależność maksymalnej prędkości ruchu powietrza w szczelinie od temperatury powietrza na zewnątrz o godz różne wartości opór cieplny ściany z ociepleniem

Zależność prędkości powietrza w szczelinie powietrznej od temperatury powietrza zewnętrznego przy różnych wartościach szerokości szczeliny d

Zależność oporu cieplnego szczeliny powietrznej, R eff szczelina, od temperatury zewnętrznej przy różnych wartościach oporu cieplnego ściany, R pr therm. funkcja

Zależność efektywnego oporu cieplnego szczeliny powietrznej, Re eff szczeliny, od szerokości szczeliny, d, przy różnych wartościach wysokości elewacji, L

na ryc. 7 przedstawiono zależności maksymalnej prędkości powietrza w szczelinie powietrznej od temperatury powietrza zewnętrznego dla różnych wartości wysokości elewacji L oraz oporu cieplnego ściany z ociepleniem R pr therm. funkcja i na ryc. 8 - przy różnych wartościach szerokości szczeliny d.

We wszystkich przypadkach prędkość powietrza wzrasta wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej. Podwojenie wysokości elewacji powoduje nieznaczny wzrost prędkości powietrza. Zmniejszenie oporu cieplnego ściany prowadzi do wzrostu prędkości powietrza, co jest spowodowane wzrostem strumienia ciepła, a co za tym idzie różnicy temperatur w szczelinie. Szerokość szczeliny ma znaczący wpływ na prędkość powietrza, wraz ze spadkiem wartości d prędkość powietrza maleje, co tłumaczy się wzrostem oporu.

na ryc. 9 przedstawia zależności oporu cieplnego szczeliny powietrznej R eff szczelina od temperatury powietrza zewnętrznego przy różnych wartościach wysokości elewacji L oraz oporu cieplnego ściany z ociepleniem R pr therm. funkcja .

Przede wszystkim należy zwrócić uwagę na słabą zależność R eff szczeliny od temperatury powietrza zewnętrznego. Można to łatwo wytłumaczyć, ponieważ różnica między temperaturą powietrza w szczelinie a temperaturą powietrza na zewnątrz oraz różnica między temperaturą powietrza wewnętrznego i temperaturą powietrza w szczelinie zmieniają się prawie proporcjonalnie do zmiany t n, stąd ich stosunek zawarty w (3) prawie się nie zmienia. Tak więc, wraz ze spadkiem t n od 0 do -40 ° C, Reff szczeliny zmniejsza się z 0,17 do 0,159 m 2 ° C / W. Szczelina R eff zależy również w niewielkim stopniu od oporu cieplnego okładziny, przy wzroście R pr therm. region od 0,06 do 0,14 m2°C/W, wartość Reff szczeliny waha się od 0,162 do 0,174 m2°C/W. Ten przykład pokazuje nieskuteczność izolacji okładzin elewacyjnych. Zmiany wartości efektywnego oporu cieplnego szczeliny powietrznej w zależności od temperatury powietrza zewnętrznego oraz oporu cieplnego okładziny są nieistotne z praktycznego punktu widzenia.

na ryc. 10 pokazuje zależności oporu cieplnego szczeliny powietrznej, Reff szczeliny, od szerokości szczeliny, d, dla różnych wartości wysokości elewacji. Najwyraźniej wyrażona jest zależność Re eff szczeliny od szerokości szczeliny - wraz ze spadkiem grubości szczeliny wzrasta wartość Re eff szczeliny. Wynika to ze spadku wysokości ustalenia temperatury w szczelinie x 0 i odpowiednio ze wzrostem Średnia temperatura powietrze w szczelinie (ryc. 8 i 6). Jeśli dla innych parametrów zależność jest słaba, ponieważ zachodzi nakładanie się różnych procesów częściowo wygaszających się, to w tym przypadku tak nie jest - im cieńsza szczelina, tym szybciej się nagrzewa i tym wolniej porusza się powietrze szczeliny, tym szybciej się nagrzewa.

Ogólnie rzecz biorąc, nai większa wartość Lukę R eff można osiągnąć za pomocą minimalna wartość d, maksymalna wartość L, maksymalna wartość R pr term. funkcja . Zatem przy d = 0,02 m, L = 20 m, R pr term. funkcja \u003d 3,4 m 2 ° C / W, obliczona wartość R eff szczeliny wynosi 0,24 m 2 ° C / W.

Przy obliczaniu strat ciepła przez ogrodzenie większe znaczenie ma względny wpływ efektywnego oporu cieplnego szczeliny powietrznej, który określa, o ile zmniejszy się utrata ciepła. Pomimo tego, że największa wartość bezwzględna szczeliny R eff jest osiągana przy maksymalnym Rpr term. funkcja , efektywny opór cieplny szczeliny powietrznej ma największy wpływ na utratę ciepła przy minimalnej wartości Rpr therm. funkcja . Tak więc w R pr term. funkcja = = 1 m 2 °C/W i t n = 0 °C ze względu na szczelinę powietrzną straty ciepła zmniejszają się o 14%.

Przy poziomo umieszczonych prowadnicach, do których przymocowane są elementy okładzinowe, przy wykonywaniu obliczeń wskazane jest przyjęcie szerokości szczeliny powietrznej równej najmniejszej odległości między prowadnicami a powierzchnią izolacji termicznej, ponieważ przekroje te określają opór powietrza ruch (ryc. 11).

Jak wynika z obliczeń, prędkość ruchu powietrza w szczelinie jest niewielka i wynosi mniej niż 1 m/s. Zasadność przyjętego modelu obliczeniowego pośrednio potwierdzają dane literaturowe. A więc w pracy krótka recenzja wyniki eksperymentalnych oznaczeń prędkości powietrza w szczelinach powietrznych różnych elewacji (patrz tabela). Niestety dane zawarte w artykule są niepełne i nie pozwalają na ustalenie wszystkich cech elewacji. Pokazują jednak, że prędkość powietrza w szczelinie jest zbliżona do wartości uzyskanych z obliczeń opisanych powyżej.

Przedstawiona metoda obliczania temperatury, prędkości powietrza i innych parametrów w szczelinie powietrznej umożliwia ocenę skuteczności jednego lub drugiego środka konstrukcyjnego w zakresie poprawy właściwości użytkowych elewacji. Metodę tę można udoskonalić, przede wszystkim należy ją wiązać z uwzględnieniem efektu luk pomiędzy płyty licowe. Jak wynika z wyników obliczeń i danych doświadczalnych podanych w literaturze, poprawa ta nie będzie miała dużego wpływu na zmniejszenie nośności konstrukcji, ale może wpłynąć na inne parametry.

Literatura

1. Batinich R. Wentylowane elewacje budynków: Problemy fizyki cieplnej budowli, mikroklimat i systemy energooszczędne w budynkach / Sob. raport IV naukowo-praktyczny. konf. M.: NIISF, 1999.

2. Ezersky V. A., Monastyrev P. V. Rama montażowa wentylowanej elewacji i pole temperatury zewnętrzna ściana// Budownictwo mieszkaniowe. 2003. nr 10.

4. SNiP II-3-79*. Ciepłownictwo budowlane. M.: GUP TsPP, 1998.

5. Bogoslovsky VN Reżim termiczny budynku. M., 1979.

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

Ciąg dalszy nastąpi.

Lista symboli

s v \u003d 1 005 J / (kg ° С) - ciepło właściwe powietrze

d - szerokość szczeliny powietrznej, m

L - wysokość elewacji ze szczeliną wentylowaną, m

n do - średnia liczba wsporników na m2 ściany, m–1

R. o. funkcja , R pro o. region - zmniejszona odporność na przenoszenie ciepła części konstrukcji odpowiednio od wewnętrznej powierzchni do szczeliny powietrznej i od szczeliny powietrznej do zewnętrznej powierzchni konstrukcji, m 2 ° C / W

R o pr - zmniejszona odporność na przenoszenie ciepła całej konstrukcji, m 2 ° C / W

Warunek R. funkcja - odporność na przenoszenie ciepła wzdłuż powierzchni konstrukcji (z wyłączeniem wtrąceń przewodzących ciepło), m 2 ° C / W

R warunkowo - opór przenikania ciepła po powierzchni konstrukcji, określany jako suma oporów cieplnych warstw konstrukcji oraz oporów przenikania ciepła wewnętrznego (równego 1/śr) i zewnętrznego (równego 1 /an) powierzchnie

R pr SNiP - zmniejszony opór przenikania ciepła konstrukcji ściany z izolacją, określony zgodnie z SNiP II-3-79 *, m 2 ° C / W

R pr term. funkcja - opór cieplny ściany z ociepleniem (od powietrza wewnętrznego do powierzchni izolacji w szczelinie powietrznej), m 2°C/W

R eff szczelina - efektywny opór cieplny szczeliny powietrznej, m 2 ° C / W

Q n - obliczony strumień ciepła przez niejednorodną strukturę, W

Q 0 - przepływ ciepła przez jednorodną strukturę o tym samym obszarze, W

q - gęstość strumienia ciepła przez konstrukcję, W / m2

q 0 - gęstość strumienia ciepła przez jednorodną strukturę, W / m2

r - współczynnik jednorodności termicznej

S - pole przekroju wspornika, m 2

t - temperatura, °С

Przenoszenie ciepła przez szczelinę powietrzną z różnicą temperatur na jej przeciwległych powierzchniach zachodzi przez konwekcję, promieniowanie i przewodzenie ciepła (ryc. 1.12).

Przewodność cieplna nieruchomego powietrza jest bardzo mała i gdyby powietrze znajdowało się w spoczynku w warstwach powietrza, ich opór cieplny byłby bardzo duży. W rzeczywistości w szczelinach powietrznych otaczających struktur powietrze zawsze się porusza, na przykład porusza się w górę w pobliżu cieplejszej powierzchni warstw pionowych i w dół zimnej. W przekładkach z poruszającym się powietrzem ilość ciepła przenoszonego przez przewodzenie jest bardzo mała w porównaniu z przenoszeniem ciepła przez konwekcję.

Wraz ze wzrostem grubości szczeliny powietrznej wzrasta ilość ciepła przenoszonego przez konwekcję, ponieważ maleje efekt tarcia strumieni powietrza o ściany. W związku z tym dla szczelin powietrznych nie ma charakterystyki twarde materiały bezpośrednią proporcjonalność między wzrostem grubości warstwy a wartością jej oporu cieplnego.

Kiedy ciepło jest przekazywane przez konwekcję z cieplejszej powierzchni warstwy powietrza do zimniejszej, pokonuje się opór dwóch granicznych warstw powietrza przylegających do tych powierzchni, więc wartość współczynnika, jaką można przyjąć dla konwekcji swobodnej na dowolnej powierzchni jest o połowę mniejszy.

Ilość ciepła promieniowania przenoszonego z cieplejszej powierzchni na zimniejszą nie zależy od grubości szczeliny powietrznej; jak wspomniano wcześniej, jest ona określona przez emisyjność powierzchni i różnicę proporcjonalną do czwartej potęgi ich temperatur bezwzględnych (1,3).

W ogólna perspektywa strumień ciepła Q przenoszony przez szczelinę powietrzną można wyrazić następująco:


gdzie α do - współczynnik przenikania ciepła dla konwekcji swobodnej; δ - grubość międzywarstwy, m; λ - współczynnik przewodności cieplnej powietrza w międzywarstwie, kcal·m·h/deg; α l - współczynnik przenikania ciepła od promieniowania.

Na podstawie badań eksperymentalnych wartość współczynnika przenikania ciepła szczeliny powietrznej interpretuje się zwykle jako spowodowaną wymianą ciepła zachodzącą na drodze konwekcji i przewodzenia ciepła:



ale zależy głównie od konwekcji (tutaj λ eq jest warunkowym równoważnym przewodnictwem cieplnym powietrza w międzywarstwie); wówczas przy stałej wartości Δt opór cieplny szczeliny powietrznej R vp będzie wynosił:
Zjawiska konwekcyjnego przenoszenia ciepła w warstwach powietrza zależą od ich kształtu geometrycznego, wielkości i kierunku przepływu ciepła; cechy tej wymiany ciepła można wyrazić wartością bezwymiarowego współczynnika konwekcji ε, który jest stosunkiem zastępczej przewodności cieplnej do przewodności cieplnej nieruchomego powietrza ε=λ równoważnik /λ.

Uogólniając za pomocą teorii podobieństwa duża liczba dane eksperymentalne M. A. Mikheev ustalił zależność współczynnika konwekcji od iloczynu kryteriów Grashofa i Prandtla, tj.:


Współczynniki przenikania ciepła α do „otrzymane z wyrażenia



ustalone na podstawie tej zależności w t cf = +10 ° podano dla różnica temperatur na powierzchniach międzywarstwy, Δt=10° w tabeli. 1.6.



Stosunkowo małe wartości współczynników przenikania ciepła przez warstwy poziome przy przepływie ciepła od góry do dołu (na przykład w stropach piwnic ogrzewanych budynków) tłumaczy się niską ruchliwością powietrza w takich warstwach; bardzo ciepłe powietrze koncentruje się na bardziej nagrzanej górnej powierzchni międzywarstwy, utrudniając konwekcyjne przenoszenie ciepła.

Wartość przejmowania ciepła przez promieniowanie α l, wyznaczona na podstawie wzoru (1.12), zależy od współczynników promieniowania i temperatury; aby uzyskać α l w płaskich rozciągniętych warstwach, wystarczy pomnożyć zmniejszony współczynnik wzajemnej ekspozycji C ”przez odpowiedni współczynnik temperatury pobierane zgodnie z tabelą. 1.7.



Na przykład przy C "= 4,2 i średniej temperaturze międzywarstwy równej 0 ° otrzymujemy α l \u003d 4,2 · 0,81 \u003d 3,4 kcal / m 2 h st.

W warunkach letnich wartość α l wzrasta, a opór cieplny przekładek maleje. Zimą dla warstw znajdujących się w zewnętrznej części konstrukcji obserwuje się zjawisko odwrotne.

Do zastosowania w obliczeniach praktycznych normy ciepłownictwa budowlanego dla konstrukcji otaczających SNiP podają wartości oporu cieplnego zamkniętych szczelin powietrznych



wskazane w tabeli. 1.8.

Podane w tabeli wartości Rv.pr odpowiadają różnicy temperatur na powierzchniach przekładek równej 10°. Przy różnicy temperatur 8 ° wartość R v.pr jest mnożona przez współczynnik 1,05, a przy różnicy 6 ° - przez 1,10.

Podane dane dotyczące oporu cieplnego odnoszą się do zamkniętych płaskich przestrzeni powietrznych. Przez zamknięte szczeliny powietrzne rozumie się nieprzepuszczalne materiały, odizolowane od przenikania powietrza z zewnątrz.

Ponieważ porowate materiały budowlane są oddychające, na przykład szczeliny powietrzne elementy konstrukcyjne z gęstego betonu lub innych gęstych materiałów, praktycznie nieprzepuszczalnych dla powietrza przy różnicach ciśnień typowych dla użytkowanych budynków.

Badania eksperymentalne pokazują, że opór cieplny warstw powietrza w murarstwo zmniejsza się o około połowę w porównaniu z wartościami podanymi w tabeli. 1.8. Jeśli spoiny między cegłami nie są wystarczająco wypełnione zaprawą (np. podczas wykonywania prac w warunkach zimowych), przepuszczalność powietrza muru może wzrosnąć, a opór cieplny warstw powietrza może zbliżyć się do zera. Dostateczne zabezpieczenie konstrukcji ze szczelinami powietrznymi przed przenikaniem powietrza jest bezwzględnie konieczne dla zapewnienia wymaganych właściwości termofizycznych otaczających konstrukcji.



Czasami w betonie lub bloki ceramiczne zapewniają prostokątne puste przestrzenie o małej długości, często zbliżające się kwadratowy kształt. W takich pustkach przenoszenie ciepła promieniowania wzrasta z powodu dodatkowego promieniowania ścian bocznych. Wzrost wartości α l jest nieznaczny, gdy stosunek długości warstwy do jej grubości wynosi 3:1 lub więcej; w kwadratowych lub okrągłych pustkach wzrost ten sięga 20%. Równoważny współczynnik przewodności cieplnej, który uwzględnia przenoszenie ciepła przez konwekcję i promieniowanie w kwadratowych i okrągłych pustkach o znacznych rozmiarach (70-100 mm), znacznie wzrasta, dlatego stosowanie takich pustych przestrzeni w materiałach o ograniczonej przewodności cieplnej (0,50 kcal/m·h deg i mniej) nie ma sensu z punktu widzenia fizyki cieplnej. Stosowanie kwadratowych lub okrągłych pustych przestrzeni o określonym rozmiarze w produktach wykonanych z ciężki beton ma głównie znaczenie gospodarcze (redukcja wagi); wartość ta jest tracona w przypadku produktów wykonanych z lekkich i beton komórkowy, ponieważ użycie takich pustek może prowadzić do zmniejszenia oporu cieplnego otaczających konstrukcji.

Natomiast wskazane jest stosowanie płaskich cienkich warstw powietrza, zwłaszcza gdy są one ułożone wielorzędowo naprzemiennie (ryc. 1.13). Przy jednorzędowym ułożeniu warstw powietrza ich usytuowanie w zewnętrznej części konstrukcji (jeśli zapewniona jest jej szczelność) jest bardziej efektywne, ponieważ opór cieplny takich warstw w zimny okres rok wzrasta.

Zastosowanie szczelin powietrznych w izolowanych stropach piwnic nad zimnymi podłogami podziemnymi jest bardziej racjonalne niż w ścianach zewnętrznych, ponieważ przenoszenie ciepła przez konwekcję w poziomych warstwach tych konstrukcji jest znacznie zmniejszone.

Sprawność termofizyczna szczelin powietrznych w warunkach letnich (ochrona przed przegrzaniem pomieszczeń) jest obniżona w stosunku do zimnej pory roku; jednak skuteczność ta jest zwiększona przez zastosowanie przekładek wentylowanych w nocy powietrzem zewnętrznym.

Podczas projektowania warto pamiętać, że otaczające konstrukcje ze szczelinami powietrznymi mają mniejszą bezwładność wilgoci w porównaniu z konstrukcjami litymi. W suchych warunkach szybko narażone są konstrukcje ze szczelinami powietrznymi (wentylowanymi i zamkniętymi). suszenie naturalne i uzyskują dodatkowe właściwości osłony termicznej dzięki niskiej zawartości wilgoci w materiale; przeciwnie, w pomieszczeniach wilgotnych konstrukcje z warstwami zamkniętymi mogą bardzo nasiąknąć wodą, co wiąże się z utratą właściwości termofizycznych i prawdopodobieństwem ich przedwczesnego zniszczenia.

Z poprzedniej prezentacji widać było, że przenoszenie ciepła przez szczeliny powietrzne zależy w dużym stopniu od promieniowania ppm. Jednak zastosowanie izolacji refleksyjnej o ograniczonej trwałości (folia aluminiowa, farba itp.) w celu zwiększenia oporu cieplnego szczelin powietrznych może być zasadne tylko w suchych konstrukcjach budowlanych o ograniczonej żywotności; w suchych budynkach kapitałowych przydatny jest również dodatkowy efekt izolacji odblaskowej, ale należy pamiętać, że nawet w przypadku utraty właściwości odblaskowych, właściwości termiczne konstrukcji muszą być nie mniejsze niż wymagane w celu zapewnienia normalnej pracy Struktury.

w kamieniu i konstrukcje betonowe przy wysokiej wilgotności początkowej (a także w pomieszczeniach mokrych) stosowanie folii aluminiowej staje się bezcelowe, ponieważ jej właściwości odblaskowe mogą zostać szybko zniszczone na skutek korozji aluminium w wilgotnym środowisku alkalicznym. Zastosowanie izolacji refleksyjnej jest najskuteczniejsze w poziomych zamkniętych przestrzeniach powietrznych, gdy przepływ ciepła jest kierowany z góry na dół (stropy piwnic itp.), czyli w przypadku, gdy prawie nie występuje konwekcja, a przenoszenie ciepła odbywa się głównie na drodze promieniowania.


Izolacja refleksyjna wystarczy do pokrycia tylko jednej z powierzchni warstwy powietrza (cieplejszej, stosunkowo gwarantowanej od epizodycznego pojawiania się kondensatu, który szybko pogarsza właściwości odblaskowe izolacji).

Propozycje, które czasami pojawiają się w związku z termofizyczną celowością oddzielania grubości warstw powietrza za pomocą ekranów wykonanych z cienkiej folii aluminiowej w celu znacznego zmniejszenia przepływu promieniowania cieplnego, nie mogą być stosowane do zamykania konstrukcji. budowle kapitalne, ponieważ niska niezawodność działania takiego zabezpieczenia termicznego nie odpowiada wymaganej trwałości konstrukcji tych budynków.

Obliczona wartość oporu cieplnego warstwy powietrza z izolacją odblaskową na cieplejszej powierzchni jest w przybliżeniu podwojona w porównaniu z wartościami podanymi w tabeli. 1.8.

W regionach południowych konstrukcje ze szczelinami powietrznymi są wystarczająco skuteczne w ochronie pomieszczeń przed przegrzaniem; zastosowanie izolacji odblaskowej staje się szczególnie ważne w tych warunkach, ponieważ przeważająca część ciepła jest przekazywana w czasie upałów przez promieniowanie. Wskazane jest osłonięcie ścian zewnętrznych w celu zwiększenia właściwości termoizolacyjnych ogrodzeń i zmniejszenia ich wagi. budynki wielokondygnacyjne odblaskowe trwałe wykończenia (np blachy aluminiowe) tak, aby pod ekranami znajdowała się szczelina powietrzna, której druga powierzchnia była pokryta farbą lub inną ekonomiczną izolacją odblaskową.

Wzmocnienie konwekcji w warstwach powietrza (na przykład dzięki ich aktywnej wentylacji powietrzem zewnętrznym pochodzącym z zacienionych, nasadzonych drzew i nawodnionych obszarów przyległego terytorium) zamienia się w okres letni w pozytywny proces termofizyczny, w przeciwieństwie do warunki zimowe gdy ten rodzaj wymiany ciepła jest w większości przypadków całkowicie niepożądany.

Tabela pokazuje wartości przewodności cieplnej powietrza λ w zależności od temperatury w normie ciśnienie atmosferyczne.

Wartość współczynnika przewodności cieplnej powietrza jest niezbędna do obliczenia wymiany ciepła i jest zawarta w liczbach podobieństwa, takich jak np. liczby Prandtla, Nusselta, Biota.

Przewodność cieplna wyrażana jest w jednostkach i jest podawana dla powietrza w stanie gazowym w zakresie temperatur od -183 do 1200°C. Na przykład, w temperaturze 20 ° C i normalnym ciśnieniu atmosferycznym przewodność cieplna powietrza wynosi 0,0259 W / (m st.).

Na niskim temperatury ujemne schłodzone powietrze ma niską przewodność cieplną, na przykład w temperaturze minus 183 ° C wynosi tylko 0,0084 W / (m st.).

Z tabeli jasno wynika, że wraz ze wzrostem temperatury wzrasta przewodność cieplna powietrza. Tak więc, wraz ze wzrostem temperatury od 20 do 1200 ° C, wartość przewodności cieplnej powietrza wzrasta od 0,0259 do 0,0915 W / (m deg), czyli ponad 3,5 razy.

Przewodność cieplna powietrza w zależności od temperatury - tabela
t, °С λ, W/(m stopnie) t, °С λ, W/(m stopnie) t, °С λ, W/(m stopnie) t, °С λ, W/(m stopnie)
-183 0,0084 -30 0,022 110 0,0328 450 0,0548
-173 0,0093 -20 0,0228 120 0,0334 500 0,0574
-163 0,0102 -10 0,0236 130 0,0342 550 0,0598
-153 0,0111 0 0,0244 140 0,0349 600 0,0622
-143 0,012 10 0,0251 150 0,0357 650 0,0647
-133 0,0129 20 0,0259 160 0,0364 700 0,0671
-123 0,0138 30 0,0267 170 0,0371 750 0,0695
-113 0,0147 40 0,0276 180 0,0378 800 0,0718
-103 0,0155 50 0,0283 190 0,0386 850 0,0741
-93 0,0164 60 0,029 200 0,0393 900 0,0763
-83 0,0172 70 0,0296 250 0,0427 950 0,0785
-73 0,018 80 0,0305 300 0,046 1000 0,0807
-50 0,0204 90 0,0313 350 0,0491 1100 0,085
-40 0,0212 100 0,0321 400 0,0521 1200 0,0915

Przewodnictwo cieplne powietrza w stanie ciekłym i gazowym w niskich temperaturach i ciśnieniach do 1000 bar

Tabela pokazuje przewodność cieplną powietrza w niskich temperaturach i ciśnieniach do 1000 bar.
Przewodność cieplna wyrażona jest w W/(m deg), zakres temperatur od 75 do 300K (od -198 do 27°C).

Przewodność cieplna powietrza w stanie gazowym wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia i temperatury.
Powietrze w stanie ciekłym ma tendencję do zmniejszania przewodności cieplnej wraz ze wzrostem temperatury.

Linia pod wartościami w tabeli oznacza przejście ciekłego powietrza w gaz - liczby pod kreską odnoszą się do gazu, a nad nią do cieczy.
Zmiana stanu skupienia powietrza znacząco wpływa na wartość współczynnika przewodności cieplnej - przewodność cieplna ciekłego powietrza jest znacznie wyższa.

Przewodność cieplna w tabeli jest podana do potęgi 10 3 . Nie zapomnij podzielić przez 1000!

Przewodnictwo cieplne powietrza gazowego w temperaturach od 300 do 800K i różnych ciśnieniach

W tabeli przedstawiono wartości przewodności cieplnej powietrza w różnych temperaturach w zależności od ciśnienia od 1 do 1000 bar.
Przewodność cieplna wyrażana jest w W/(m deg), zakres temperatur od 300 do 800K (od 27 do 527°C).

Zgodnie z tabelą można zauważyć, że wraz ze wzrostem temperatury i ciśnienia wzrasta przewodność cieplna powietrza.
Bądź ostrożny! Przewodność cieplna w tabeli jest podana do potęgi 10 3 . Nie zapomnij podzielić przez 1000!

Przewodność cieplna powietrza przy wysokich temperaturach i ciśnieniach od 0,001 do 100 bar

W tabeli przedstawiono wartości przewodności cieplnej powietrza przy wysokie temperatury i ciśnienie od 0,001 do 1000 bar.
Przewodność cieplna wyrażana jest w W/(m st.), zakres temperatur od 1500 do 6000K(od 1227 do 5727°C).

Wraz ze wzrostem temperatury cząsteczki powietrza dysocjują, a maksymalna wartość przewodności cieplnej osiągana jest przy ciśnieniu (wyładowaniu) 0,001 atm. i temperaturze 5000K.
Uwaga: bądź ostrożny! Przewodność cieplna w tabeli jest podana do potęgi 10 3 . Nie zapomnij podzielić przez 1000!

Ze względu na niską przewodność cieplną powietrza szczeliny powietrzne są często stosowane jako izolacja termiczna. Szczelina powietrzna może być uszczelniona lub wentylowana, w tym drugim przypadku nazywana jest odpowietrznikiem. Gdyby powietrze znajdowało się w spoczynku, wówczas opór cieplny byłby bardzo duży, jednak ze względu na przenoszenie ciepła przez konwekcję i promieniowanie, opór warstw powietrza maleje.


Konwekcja w szczelinie powietrznej. Podczas wymiany ciepła pokonywany jest opór dwóch warstw granicznych (patrz rys. 4.2), więc współczynnik przenikania ciepła zmniejsza się o połowę. W pionowych szczelinach powietrznych, jeśli grubość jest proporcjonalna do wysokości, pionowe prądy powietrza poruszają się bez zakłóceń. W cienkich warstwach powietrza wzajemnie się hamują i tworzą wewnętrzne obwody cyrkulacyjne, których wysokość zależy od szerokości.

Ryż. 4.2 - Schemat wymiany ciepła w zamkniętej szczelinie powietrznej: 1 - przez konwekcję; 2 - promieniowanie; 3 - przewodność cieplna

W cienkich warstwach lub przy niewielkiej różnicy temperatur na powierzchniach () występuje równoległy ruch strumieni powietrza bez mieszania. Ilość ciepła przenoszonego przez szczelinę powietrzną wynosi

. (4.12)

Krytyczna grubość międzywarstwy została ustalona doświadczalnie, δ kr, mm, przez jaki jest przechowywany (przy średniej temperaturze powietrza w warstwie 0°C) przepływ laminarny prądy:

W tym przypadku wymiana ciepła odbywa się przez przewodzenie i

Dla innych grubości wartość współczynnika przenikania ciepła jest równa

. (4.15)

Wraz ze wzrostem grubości warstwy pionowej wzrost α do:

Na δ = 10 mm - o 20%; δ = 50 mm - o 45% (maksymalna wartość, następnie następuje spadek); δ = 100 mm - o 25% i δ = 200 mm - o 5%.

W poziomych warstwach powietrza (gdzie górna powierzchnia jest bardziej nagrzana) prawie nie będzie mieszania się powietrza, dlatego obowiązuje wzór (4.14). Przy cieplejszej dolnej powierzchni (powstają sześciokątne strefy cyrkulacji) wartość α do można znaleźć za pomocą wzoru (4.15).

Promieniujący transfer ciepła w szczelinie powietrznej

Składnik promienisty strumienia ciepła jest określony wzorem

. (4,16)

Zakłada się, że współczynnik przenikania ciepła promieniowania wynosi α l\u003d 3,97 W / (m 2 ∙ o C), jego wartość jest większa α do dlatego główny transfer ciepła zachodzi przez promieniowanie. Ogólnie rzecz biorąc, ilość ciepła przenoszonego przez warstwę pośrednią jest wielokrotnością

.

Strumień ciepła można ograniczyć przykrywając ciepłą powierzchnię (aby uniknąć skraplania) folią, stosując tzw. „wzmocnienie” Strumień promieniowania zmniejsza się około 10-krotnie, a opór jest podwojony. Czasami w szczelinę powietrzną wprowadza się komórki foliowe o strukturze plastra miodu, które również zmniejszają konwekcyjne przenoszenie ciepła, ale to rozwiązanie nie jest trwałe.


Test

z fizyki termicznej nr 11

Odporność termiczna szczelina powietrzna

1. Wykazać, że linia spadku temperatury w grubości ogrodzenia wielowarstwowego we współrzędnych „temperatura – opór cieplny” jest linią prostą

2. Od czego zależy opór cieplny szczeliny powietrznej i dlaczego

3. Przyczyny powodujące występowanie różnicy ciśnień po jednej i drugiej stronie ogrodzenia

Odporna na temperaturę osłona międzywarstwowa powietrza

1. Wykazać, że linia spadku temperatury w grubości ogrodzenia wielowarstwowego we współrzędnych „temperatura – opór cieplny” jest linią prostą

Za pomocą równania oporu przenikania ciepła ogrodzenia można określić grubość jednej z jego warstw (najczęściej izolacji - materiału o najniższym przewodnictwie cieplnym), przy której ogrodzenie będzie miało zadaną (wymaganą) wartość przenikania ciepła opór. Wówczas wymaganą rezystancję izolacji można obliczyć ze wzoru, gdzie jest sumą oporów cieplnych warstw o ​​znanych grubościach, oraz minimalna grubość grzejnik - tak:. W celu dalszych obliczeń grubość izolacji należy zaokrąglić w górę do wielokrotności ujednoliconych (fabrycznych) wartości grubości danego materiału. Na przykład grubość cegły jest wielokrotnością połowy jej długości (60 mm), grubości warstwy betonu- wielokrotność 50 mm, a grubości warstw innych materiałów - wielokrotność 20 lub 50 mm, w zależności od etapu, z jakim są wytwarzane w fabrykach. Przy przeprowadzaniu obliczeń wygodnie jest używać rezystancji ze względu na fakt, że rozkład temperatury na rezystancjach będzie liniowy, co oznacza, że ​​\u200b\u200bwygodnie jest przeprowadzać obliczenia. graficznie. W tym przypadku kąt nachylenia izotermy do poziomu w każdej warstwie jest taki sam i zależy tylko od stosunku różnicy między obliczonymi temperaturami a oporami przenikania ciepła konstrukcji. A tangens kąta nachylenia to nic innego jak gęstość Przepływ ciepła przechodząc przez to ogrodzenie: .

W warunkach stacjonarnych gęstość strumienia ciepła jest stała w czasie, a zatem gdzie R X- wytrzymałość części konstrukcji, w tym odporność na przenikanie ciepła wewnętrzna powierzchnia oraz opory cieplne warstw konstrukcji od warstwy wewnętrznej do płaszczyzny, na której poszukiwana jest temperatura.

Następnie. Na przykład temperaturę między drugą a trzecią warstwą struktury można znaleźć w następujący sposób: .

Zmniejszone opory przenikania ciepła niejednorodnych konstrukcji otaczających lub ich przekrojów (fragmentów) należy określić z podręcznika, zmniejszone opory płaskich konstrukcji otaczających z wtrąceniami przewodzącymi ciepło należy również określić z podręcznika.

2. Od czego zależy opór cieplny szczeliny powietrznej i dlaczego

Poza przenoszeniem ciepła przez przewodzenie ciepła i konwekcję w szczelinie powietrznej dochodzi również do bezpośredniego promieniowania między powierzchniami, które ograniczają szczelinę powietrzną.

Równanie wymiany ciepła przez promieniowanie: , gdzie B l - współczynnik przenikania ciepła przez promieniowanie, który w większym stopniu zależy od materiałów powierzchni międzywarstwowych (im niższe współczynniki promieniowania materiałów, tym mniejsze i B k) oraz średnią temperaturę powietrza w międzywarstwie (wraz ze wzrostem temperatury wzrasta współczynnik przenikania ciepła przez promieniowanie).

Więc gdzie l eq - równoważny współczynnik przewodności cieplnej warstwy powietrza. Porozumiewawczy l eq można wyznaczyć opór cieplny szczeliny powietrznej. Jednak opór R vp można również określić na podstawie podręcznika. Zależą one od grubości warstwy powietrza, temperatury powietrza w niej (dodatniej lub ujemnej) oraz rodzaju warstwy (pionowej lub poziomej). Ilość ciepła przenoszonego przez przewodzenie ciepła, konwekcję i promieniowanie przez pionowe szczeliny powietrzne można ocenić na podstawie poniższej tabeli.

Grubość warstwy, mm

Gęstość strumienia ciepła, W / m2

Ilość przekazanego ciepła w %

Równoważny współczynnik przewodności cieplnej, m o C / W

Opór cieplny międzywarstwy, W / m 2o C

przewodność cieplna

konwekcja

promieniowanie

Uwaga: wartości podane w tabeli odpowiadają temperaturze powietrza w międzywarstwie równej 0 o C, różnicy temperatur na jej powierzchniach 5 o C i emisyjności powierzchni C = 4,4.

Dlatego przy projektowaniu przegród zewnętrznych ze szczelinami powietrznymi należy wziąć pod uwagę:

1) zwiększenie grubości szczeliny powietrznej ma niewielki wpływ na zmniejszenie ilości przechodzącego przez nią ciepła, a cienkie warstwy (3-5 cm) są efektywne pod względem ciepłowniczym;

2) bardziej racjonalne jest wykonanie kilku warstw o ​​małej grubości w ogrodzeniu niż jednej warstwy o dużej grubości;

3) celowe jest wypełnienie grubych warstw materiałami słabo przewodzącymi ciepło w celu zwiększenia odporności termicznej ogrodzenia;

4) warstwa powietrza musi być zamknięta i nie komunikować się z powietrzem zewnętrznym, tzn. warstwy pionowe muszą być blokowane przez przepony poziome na poziomie stropów międzykondygnacyjnych (częściej blokowanie warstw na wysokości wartość praktyczna nie ma). W przypadku konieczności montażu warstw wentylowanych powietrzem zewnętrznym podlegają one specjalnym obliczeniom;

5) ze względu na fakt, że główna część ciepła przechodzącego przez szczelinę powietrzną jest przenoszona przez promieniowanie, pożądane jest umieszczenie warstw bliżej poza ogrodzenie, które zwiększa ich odporność termiczną;

6) dodatkowo zaleca się pokrycie cieplejszej powierzchni przekładki materiałem o niskiej emisyjności (np. folią aluminiową), co znacznie zmniejsza strumień promieniowania. Pokrycie obu powierzchni takim materiałem praktycznie nie zmniejsza wymiany ciepła.

3. Przyczyny powodujące występowanie różnicy ciśnień po jednej i drugiej stronie ogrodzenia

W zimowy czas powietrze w ogrzewanych pomieszczeniach ma temperaturę wyższą niż powietrze na zewnątrz, a zatem powietrze zewnętrzne ma większą masę objętościową (gęstość) niż powietrze wewnętrzne. Ta różnica ciężarów objętościowych powietrza powoduje różnicę jego ciśnienia po obu stronach ogrodzenia (ciśnienie termiczne). Powietrze dostaje się do pomieszczenia przez dolną część jego ścian zewnętrznych i wychodzi przez nie Górna część. W przypadku szczelności osłon górnych i dolnych oraz kiedy zamknięte otwory różnica ciśnień powietrza osiąga maksymalne wartości przy podłodze i pod sufitem i jest równa zeru w połowie wysokości pomieszczenia (strefa neutralna).

Podobne dokumenty

    Strumień ciepła przechodzący przez ogrodzenie. Odporność na pochłanianie ciepła i przenoszenie ciepła. Gęstość strumienia ciepła. Odporność termiczna ogrodzenia. Rozkład temperatury na rezystancjach. Racjonowanie odporności na przenikanie ciepła ogrodzeń.

    test, dodano 23.01.2012

    Przenikanie ciepła przez szczelinę powietrzną. Niski współczynnik przewodności cieplnej powietrza w porach materiały budowlane. Podstawowe zasady projektowania zamkniętych szczelin powietrznych. Środki zwiększające temperaturę wewnętrznej powierzchni ogrodzenia.

    streszczenie, dodano 23.01.2012

    Opór tarcia w maźnicach lub łożyskach półosi trolejbusów. Naruszenie symetrii rozkładu deformacji na powierzchni koła i szyny. Odporność na ruch pod wpływem powietrza. Wzory do wyznaczania rezystywności.

    wykład, dodano 14.08.2013

    Badanie możliwych środków podniesienia temperatury wewnętrznej powierzchni ogrodzenia. Wyznaczanie wzoru do obliczania oporu przenikania ciepła. Szacunkowa temperatura powietrza na zewnątrz i przenikanie ciepła przez obudowę. Współrzędne temperatura-grubość.

    test, dodano 24.01.2012

    Projekt zabezpieczenia przekaźnika linii elektroenergetycznej. Obliczanie parametrów linii przesyłowych. Specyficzna rezystancja indukcyjna. Reaktywne i właściwe przewodnictwo pojemnościowe linii powietrza. Wyznaczanie trybu maksimum awaryjnego przy jednofazowym prądzie zwarciowym.

    praca semestralna, dodano 02.04.2016

    Równanie różniczkowe przewodnictwa ciepła. warunki jednoznaczności. Właściwy przepływ ciepła Opór cieplny przewodności cieplnej trójwarstwowej ściany płaskiej. Graficzna metoda wyznaczania temperatur między warstwami. Definicja stałych całkowania.

    prezentacja, dodano 18.10.2013

    Wpływ liczby Biota na rozkład temperatury na płycie. Wewnętrzny, zewnętrzny opór cieplny ciała. Zmiana energii (entalpii) płyty w okresie jej całkowitego nagrzania, ochłodzenia. Ilość ciepła wydzielanego przez płytę podczas chłodzenia.

    prezentacja, dodano 15.03.2014

    Utrata głowicy z powodu tarcia w rurociągach poziomych. Całkowita strata głowy jako suma oporu tarcia i lokalnego oporu. Utrata ciśnienia podczas ruchu cieczy w urządzeniach. Siła oporu ośrodka podczas ruchu kulistej cząstki.

    prezentacja, dodano 29.09.2013

    Sprawdzenie właściwości termoizolacyjnych ogrodzeń zewnętrznych. Sprawdź, czy na wewnętrznej powierzchni ścian zewnętrznych nie skrapla się para wodna. Obliczenie ciepła do ogrzania powietrza nawiewanego przez infiltrację. Wyznaczanie średnic rurociągów. Odporność termiczna.

    praca semestralna, dodano 22.01.2014

    Opór elektryczny- główny charakterystyka elektryczna konduktor. Uwzględnienie pomiaru rezystancji przy stałej i prąd przemienny. Badanie metody amperomierz-woltomierz. Wybór metody, w której błąd będzie minimalny.