Formula temperature unutrašnje površine omotača zgrade. Otpor na prijenos topline. Otpor na prijenos topline omotača zgrade

Prijenos topline u omotaču zgrade je složen proces koji uključuje konvekciju, provodljivost i zračenje. Sve se javljaju zajedno sa prevlašću jednog od njih. Svojstva toplinske izolacije ogradnih konstrukcija, koja se odražavaju kroz otpornost na prijenos topline, moraju biti u skladu sa važećim građevinskim propisima.

Kako se odvija izmjena topline zraka sa ograđenim konstrukcijama

U građevinarstvu, pitaju regulatorni zahtjevi na veličinu toplotnog toka kroz zid i kroz njega odrediti njegovu debljinu. Jedan od parametara za njegov proračun je temperaturna razlika između vanjske i unutarnje prostorije. Za osnovu se uzima najhladnije doba godine. Drugi parametar je koeficijent prijenosa topline K - količina topline koja se prenosi u 1 s kroz površinu od 1 m 2, s temperaturnom razlikom između vanjskog i unutrašnjeg okruženja od 1 ºS. Vrijednost K ovisi o svojstvima materijala. Kako se smanjuje, povećavaju se svojstva toplotne zaštite zida. Osim toga, hladnoća će manje prodirati u prostoriju ako je debljina ograde veća.

Konvekcija i zračenje izvana i iznutra također utiču na curenje toplote iz kuće. Stoga se na zidove iza baterija postavljaju reflektirajući ekrani od aluminijske folije. Slična zaštita se izvodi i unutar ventiliranih fasada sa vanjske strane.

Prijenos topline kroz zidove kuće

Vanjski zidovi čine najveći dio površine kuće i kroz njih gubici energije dostižu 35-45%. Građevinski materijali od kojih su napravljeni imaju različitu zaštitu od hladnoće. Vazduh ima najmanju toplotnu provodljivost. Stoga porozni materijali imaju najniže koeficijente prijenosa topline. Na primjer, za građevinske cigle K = 0,81 W / (m 2 o C), za beton K = 2,04 W / (m 2 o C), za šperploču K = 0,18 W / (m 2 o C), i za polistirenske ploče K = 0,038 W / (m 2 o C).

U proračunima se koristi recipročna vrijednost koeficijenta K - otpor prijenosa topline omotača zgrade. To je normalizovana vrednost i ne bi trebalo da bude niža od određene zadate vrednosti, jer od toga zavise troškovi grejanja i uslovi boravka u prostorijama.

Na koeficijent K utiče sadržaj vlage u materijalu omotača zgrade. U sirovini voda istiskuje vazduh iz pora, a njena toplotna provodljivost je 20 puta veća. Kao rezultat toga, svojstva zaštite od topline ograde se pogoršavaju. Mokro Zid od cigle prenosi 30% više toplote u poređenju sa suvim. Stoga se nastoje obložiti fasade i krovove kuća materijalima na kojima se ne zadržava voda.

Gubitak topline kroz zidove i otvore u velikoj mjeri ovisi o vjetru. Noseće konstrukcije- prozračne, a zrak kroz njih prolazi izvana (infiltracija) i iznutra (eksfiltracija).

.
1.1 Svrha i ciljevi kursa.
1.2 Predmet predmeta .
1.3 Zgrada kao jedinstveni energetski sistem.
2. Prenos topline i vlage kroz vanjske ograde.
2.1 Osnove prijenosa topline u zgradi .
2.1.1 Toplotna provodljivost.
2.1.2 Konvekcija.
2.1.3 Zračenje.
2.1.4 Toplotni otpor zračnog raspora .

2.1.6 Prijenos topline kroz višeslojni zid.
2.1.7 Smanjena otpornost na prijenos topline.
2.1.8 Raspodjela temperature po dijelu ograde.
2.2 Režim vlažnosti ogradnih konstrukcija.
2.2.1 Uzroci vlage u ogradama.
2.2.2 Negativni efekti vlaženja vanjskih ograda.
2.2.3 Komunikacija vlage sa građevinskim materijalima.
2.2.4 Vlažan vazduh.
2.2.5 Sadržaj vlage u materijalu.
2.2.6 Sorpcija i desorpcija.
2.2.7 Paropropusnost ograda.
2.3 Vazdušna propusnost vanjskih barijera.
2.3.1 Osnove.
2.3.2 Razlika pritisaka na spoljašnjoj i unutrašnjoj površini ograde.
2.3.3 Propustljivost vazduha građevinski materijal.

2.1.5 Koeficijenti prijenosa topline na unutrašnjoj i vanjskoj površini.

Razmislite o zidu koji odvaja prostoriju s temperaturom tv-a od vanjskog okruženja s temperaturom tn. Vanjska površina razmjenjuje toplinu sa vanjskim zrakom konvekcijom, a zračeća površina razmjenjuje toplinu sa okolnim površinama koje imaju temperaturnu ploču. n. Isto važi i iznutra. Može se zapisati da je toplotni tok gustine q, W/m2, koji prolazi kroz zid jednak:

, (2.13)

gdje tcr. in i tcr. n je temperatura površina koje okružuju unutrašnju i vanjsku ravninu razmatranog zida, °C;
αk. c, αc. n - koeficijenti konvektivnog prijenosa topline na unutrašnjoj i vanjskoj površini zida, m2. oS/W;
al. c, al. n - koeficijenti zračnog prijenosa topline na unutrašnjoj i vanjskoj površini zida, m2. OS/W.
U inženjerskim proračunima prihvaćeno je da se prijenos topline na površinama ogradnih konstrukcija ne dijeli na radijacijske i konvektivne komponente. Smatra se da se apsorpcija topline javlja na unutrašnjoj površini vanjskog kućišta u zagrijanoj prostoriji, procijenjenom općim koeficijentom αv, W/(m2. °C), a na vanjskoj površini - prijenos topline čiji je intenzitet određena koeficijentom prolaza topline αn, W/(m2. °C). Osim toga, općenito je prihvaćeno da su temperature zraka i okolnih površina jednake jedna drugoj, odnosno tamb. u \u003d tv, i tcr. n \u003d tn. To je:

, (2.14)

Stoga se pretpostavlja da su koeficijenti prolaza topline na vanjskoj i unutrašnjoj površini ograde jednaki zbroju koeficijenata zračnog i konvektivnog prijenosa topline na svakoj strani:

. (2.15)

Koeficijent prolaska topline na vanjskoj ili unutarnjoj površini, prema fizičkom značenju, je gustina toplotnog toka koju odgovarajuća površina daje svojoj okolini (ili obrnuto) uz temperaturnu razliku površine i okoline od 1 °C. Recipročne vrednosti koeficijenata prenosa toplote obično se nazivaju otpori prenosu toplote na unutrašnjem Rv, m2. oS/W, i vanjski Rn, m2. oS/W, površine ograde:

R in = 1/ α in ; R n =1/ α n . ( 2.16)

1. Uvod

1.1 Svrha i ciljevi kursa

1.2 Predmet predmeta

1.3 Zgrada u cjelini energetski sistem

2. Prenos topline i vlage kroz vanjske ograde

2.1 Osnove prijenosa topline u zgradi

2.1.1 Toplotna provodljivost

2.1.2 Konvekcija

2.1.3 Zračenje

2.1.4 Toplotni otpor zračnog raspora

2.1.5 Koeficijenti prijenosa topline na unutrašnjoj i vanjskoj površini

2.1.6 Prijenos topline kroz sendvič zid

2.1.7 Smanjena otpornost na prijenos topline

2.1.8 Raspodjela temperature po dijelu ograde

2.2 Režim vlažnosti ogradnih konstrukcija

2.2.1 Uzroci vlage u ogradama

2.2.2 Negativni efekti vlaženja vanjskih ograđenih prostora

2.2.3 Odnos vlage i građevinskih materijala

2.2.4 Vlažan vazduh

2.2.5 Vlaga materijala

2.2.6 Sorpcija i desorpcija

2.2.7 Paropropusnost ograda

2.3 Propustljivost vazduha spoljašnjih kućišta

2.3.1 Osnove

2.3.2 Razlika pritisaka na spoljašnjoj i unutrašnjoj površini ograde

1. Uvod

1.1 Svrha i ciljevi kursa

Udžbenik "Predavanja iz građevinske termofizike" namijenjen je studentima koji izučavaju istoimenu disciplinu u okviru specijalnosti "Snabdijevanje toplotom i gasom i ventilacija". Sadržaj priručnika odgovara programu discipline i u velikoj meri je fokusiran na tok predavanja na Moskovskom državnom univerzitetu građevinarstva. Svrha predmeta je formiranje pristupa fizičkoj suštini toplotno-zračnih i vlažnih režima zgrade uz pomoć sistematskog prikaza kao osnove za proučavanje tehnologije obezbjeđivanja mikroklime. Zadaci discipline uključuju: formiranje opće ideje o toplinskoj ulozi vanjske ljuske zgrade i radu inženjerskih sistema koji obezbjeđuju njenu mikroklimu, kao jedinstvenog energetskog sistema; podučavanje studenta osposobljenosti za korišćenje teorijskih odredbi i metoda proračuna u daljem stručnom radu, odnosno u projektovanju i radu mikroklimatskih sistema izgradnje. Kao rezultat savladavanja discipline, student mora poznavati pojmove koji određuju toplotne, vazdušne i vlažne uslove zgrade, uključujući klimatološku i mikroklimatsku terminologiju; zakonitosti prenosa toplote, vlage, vazduha u materijalima, konstrukcijama i elementima građevinskih sistema i veličine koje određuju toplotne i vlažne procese; norme za termičku zaštitu spoljašnjih ogradnih konstrukcija, regulisanje parametara spoljašnjeg i unutrašnjeg okruženja zgrade. Student treba da bude sposoban da formuliše i reši probleme prenosa toplote i mase u svim elementima zgrade i pokaže sposobnost i spremnost da izvrši verifikacioni proračun zaštitnih svojstava spoljašnjih ograda, te izračuna koeficijente radijacione i konvektivne toplote. prijenos na površinama okrenutim prema prostoriji.

1.2 Predmet predmeta

Studije termofizike zgrada procesi prijenosa topline, prijenosa vlage, filtracije zraka u odnosu na konstrukciju.

U osnovi, građevinska termofizika proučava procese koji se dešavaju na površinama i u debljini omotača zgrade. Štaviše, prema ustaljenoj tradiciji i radi sažetosti, često omotači zgrade nazvan jednostavno ograde. Štaviše, značajno mjesto u građevinskoj termofizici se pridaje vanjske ograde, koji odvajaju grijane prostorije od vanjskog okruženja ili od negrijanih prostorija (negrijanih tehničkih potpolja, podruma, tavana, vestibula i sl.)

Uprkos činjenici da se nauka uglavnom odnosi na omote zgrada, za stručnjake za grijanje i ventilaciju, građevinska termofizika je vrlo važna. Činjenica je da, prije svega, gubitak topline zgrade utječe na snagu sistemi grijanja i njihovu potrošnju toplote tokom perioda grejanja. Drugo, režim vlažnosti vanjskih ograda utječe na njihovu toplinsku zaštitu, a samim tim i na snagu sistema koji obezbjeđuju datu mikroklimu zgrade. Treće, koeficijenti prijenosa topline na unutarnjoj površini vanjskih ograda igraju ulogu ne samo u procjeni ukupnog smanjenog otpora na prijenos topline konstrukcije, već iu procjeni temperature na unutarnjoj površini ove ograde. Četvrto, „gusti“ prozori imaju dobro definisanu otpornost na prodiranje vazduha. A kod "gustih" prozora u niskim zgradama do 5 spratova, infiltracija u proračunu toplotnih gubitaka može se zanemariti, a na višim spratovima na nižim spratovima već će biti uočljiva. Peto, ne samo prisustvo ili odsustvo infiltracije, već i rad ventilacionih sistema, posebno onih prirodnih, zavisi od režima vazduha zgrade. Šesto, temperatura zračenja unutrašnjih površina vanjskih i unutrašnjih ograda, najvažnija komponenta procjene mikroklime prostorija, uglavnom je derivat toplinske zaštite zgrade. Sedmo, toplotna otpornost kućišta i prostorija utiče na postojanost temperature u prostorijama sa promenljivim toplotnim efektima na njih, posebno u modernim zgradama u kojima je razmena vazduha blizu minimalne brzine spoljašnjeg vazduha.

Postoji niz karakteristika u dizajnu i termotehničkoj procjeni vanjskih ograda. Građevinska izolacija je skupa i odgovorna komponenta moderne gradnje, pa je važno razumno prihvatiti debljinu izolacije. Specifičnosti današnjeg toplotnog proračuna vanjska ograda je povezana:

prvo, sa povećanim zahtjevima za toplinsku zaštitu zgrada;

drugo, s potrebom da se uzme u obzir uloga efektivnih grijača u omotaču zgrade, čiji su koeficijenti toplinske provodljivosti toliko mali da zahtijevaju vrlo pažljiv odnos prema potvrđivanju njihovih vrijednosti u radnim uvjetima;

treće, zbog činjenice da su se u ogradama pojavile različite veze, složeni spojevi jedne ograde na drugu, smanjujući otpor prijenosu topline ograde. Procjena utjecaja različitih vrsta toplovodnih inkluzija na toplinsku zaštitu zgrada zahtijeva oslanjanje na posebne detaljne studije.

1.3 Zgrada kao jedinstveni energetski sistem

Sveukupnost svih faktora i procesa (vanjski i unutrašnji utjecaji) koji utiču na formiranje toplinske mikroklime prostorija naziva se toplinski režim zgrade.

Ograde ne samo da štite prostor od vanjskog okruženja, već i s njim razmjenjuju toplinu i vlagu, propuštaju zrak kroz njih i prema unutra i prema van. Zadatak održavanja navedenog toplotnog režima prostorija zgrade (održavanje potrebnog nivoa temperature i vlažnosti zraka, njegove pokretljivosti, temperature zračenja prostorije) dodijeljen je inženjerskim sistemima grijanja, ventilacije i klimatizacije. . Međutim, određivanje toplotne snage i načina rada ovih sistema nemoguće je bez uzimanja u obzir uticaja toplotno-vlažne zaštite i toplotno-inercionih svojstava ograde. Dakle, sistem klimatizacije za mikroklimu prostorija obuhvata sve inženjerske alate koji obezbeđuju zadatu mikroklimu servisiranog prostora: omote zgrada i inženjerske sisteme za grejanje, ventilaciju i klimatizaciju. Dakle, moderna zgrada je složeni međusobno povezani sistem prenosa toplote i mase - jedinstven energetski sistem.

Pitanja za samokontrolu

1 Šta se proučava u građevinskoj termofizici?

2. Šta je ograda?

3. Šta je vanjska ograda?

4. Zašto je građevinska termofizika važna za stručnjaka za grijanje i ventilaciju?

5. Koja je specifičnost toplotnog proračuna savremenih zgrada?

6. Kakav je toplotni režim zgrade?

7. Koju ulogu igraju ovojnice zgrade u toplotnom režimu zgrade?

8. Koje parametre unutrašnje sredine podržavaju sistemi grejanja i ventilacije?

9. Šta je sistem kontrole klime u zgradi?

10. Zašto se zgrada smatra jedinstvenim energetskim sistemom?

2. Prenos topline i vlage kroz vanjske ograde

2.1 Osnove prijenosa topline u zgradi

Kretanje toplote se uvek dešava iz toplije sredine u hladniju. Proces prijenosa topline s jedne tačke u prostoru na drugu zbog temperaturne razlike naziva se prijenos topline i zbirna je, jer uključuje tri osnovna tipa prijenosa topline: toplotna provodljivost (kondukcija), konvekcija i zračenje. Na ovaj način, potencijal prenos toplote je temperaturna razlika.

2.1.1 Toplotna provodljivost

Toplotna provodljivost- vrsta prenosa toplote između fiksnih čestica čvrste, tečne ili gasovite supstance. Dakle, toplotna provodljivost je razmena toplote između čestica ili elemenata strukture materijalnog okruženja koji su u direktnom kontaktu jedni s drugima. Prilikom proučavanja toplinske provodljivosti, tvar se smatra kontinuiranom masom, a njena molekularna struktura se zanemaruje. U svom čistom obliku, toplinska provodljivost se javlja samo u čvrstim tvarima, jer je u tekućim i plinovitim medijima praktički nemoguće osigurati nepokretnost tvari.

Većina građevinskih materijala je porozna tijela. Pore ​​sadrže zrak koji ima sposobnost kretanja, odnosno prijenosa topline konvekcijom. Smatra se da se konvektivna komponenta toplinske provodljivosti građevinskih materijala može zanemariti zbog svoje male veličine. Izmjena zračeće topline događa se unutar pora između površina njegovih zidova. Prijenos topline zračenjem u porama materijala određen je uglavnom veličinom pora, jer što je pora veća, to je veća temperaturna razlika na njenim stijenkama. Kada se razmatra toplinska provodljivost, karakteristike ovog procesa povezane su s ukupnom masom tvari: skelet i pore zajedno.

Omotač zgrade je obično ravni paralelni zidovi, prijenos topline u kojem se vrši u jednom smjeru. Osim toga, obično se u termotehničkim proračunima vanjskih ogradnih konstrukcija pretpostavlja da se prijenos topline događa kada stacionarni termički uslovi, odnosno sa vremenskom konstantnošću svih karakteristika procesa: toplotnog toka, temperature u svakoj tački, termofizičkih karakteristika građevinskih materijala. Stoga je važno razmotriti proces jednodimenzionalnog stacionarnog provođenja toplote u homogenom materijalu, što je opisano Furijeovom jednačinom:

gdje qT - površinska gustina toplotnog fluksa prolazeći kroz ravan okomitu na toplotni tok, W/m 2;

λ - toplotnu provodljivost materijala, W/m. o C;

t- promjena temperature duž x ose, °C;

Stav se zove temperaturni gradijent, oko S/m, i označava se gradt. Temperaturni gradijent je usmjeren ka porastu temperature, što je povezano s apsorpcijom topline i smanjenjem toplinskog toka. Znak minus na desnoj strani jednačine (2.1) pokazuje da se povećanje toplotnog fluksa ne poklapa sa porastom temperature.

Toplotna provodljivost λ je jedna od glavnih termičkih karakteristika materijala. Kao što slijedi iz jednadžbe (2.1), toplinska provodljivost materijala je mjera provođenja topline materijalom, numerički jednaka toplotnom fluksu koji prolazi kroz 1 m 2 površine okomito na smjer strujanja, s temperaturnim gradijentom duž protoka jednakog 1 o C/m (slika 1). Što je veća vrijednost λ, to je intenzivniji proces toplinske provodljivosti u takvom materijalu, veći je toplinski tok. Stoga se toplinski izolacijskim materijalima smatraju materijali s toplinskom provodljivošću manjom od 0,3 W/m. o S.

izoterme; - ------ - vodovi toplotne struje.

Promjena toplinske provodljivosti građevinskih materijala s promjenom njihove gustina je zbog činjenice da se gotovo svaki građevinski materijal sastoji od skelet- glavni građevinski materijal i vazduh. K.F. Na primjer, Fokin navodi sljedeće podatke: toplinska provodljivost apsolutno guste tvari (bez pora), ovisno o prirodi, ima toplinsku vodljivost od 0,1 W / m o C (za plastiku) do 14 W / m o C (za kristalnu supstance sa toplotnim tokom duž kristalne površine), dok vazduh ima toplotnu provodljivost od oko 0,026 W/m o C. Što je veća gustina materijala (manja poroznost), veća je i vrednost njegove toplotne provodljivosti. Jasno je da lagani materijali za toplinsku izolaciju imaju relativno nisku gustoću.

Razlike u poroznosti i toplotnoj provodljivosti skeleta dovode do razlika u toplotnoj provodljivosti materijala, čak i pri istoj gustoći. Na primjer, sljedeći materijali (Tablica 1) iste gustoće, ρ 0 \u003d 1800 kg / m 3, imaju različite vrijednosti toplinske provodljivosti:

Tabela 1.

Toplotna provodljivost materijala iste gustine je 1800 kg/m 3 .

Materijal	Toplotna provodljivost, W / (m o C)
Cementno-pješčani malter	0,93
Cigla	0,76
Asfalt	0,72
Portland cementni kamen	0,46
azbest cement	0,35

Sa smanjenjem gustoće materijala, njegova toplinska vodljivost l opada, jer se utjecaj vodljive komponente toplinske provodljivosti skeleta materijala smanjuje, ali se, međutim, povećava utjecaj komponente zračenja. Stoga, smanjenje gustoće ispod određene vrijednosti dovodi do povećanja toplinske provodljivosti. Odnosno, postoji određena vrijednost gustine pri kojoj toplotna provodljivost ima minimalnu vrijednost. Postoje procjene da je na 20°C u porama prečnika 1 mm, toplotna provodljivost zračenja 0,0007 W/(m°C), sa prečnikom od 2 mm - 0,0014 W/(m°C) itd. Dakle, toplotna provodljivost zračenja postaje značajna za termoizolacione materijale sa niske gustine i velike veličine pora.

Toplotna provodljivost materijala raste s povećanjem temperature na kojoj se javlja prijenos topline. Povećanje toplinske provodljivosti materijala objašnjava se povećanjem kinetičke energije molekula skeleta tvari. Toplotna provodljivost zraka u porama materijala također se povećava, a intenzitet prijenosa topline u njima zračenjem. U građevinskoj praksi, ovisnost toplinske provodljivosti o temperaturi od velikog značaja ne mora preračunavati vrijednosti toplinske provodljivosti materijala dobivenih na temperaturama do 100 ° C, na njihove vrijednosti od 0 ° C, empirijska formula O.E. Vlasov:

λ o = λ t / (1+β . t), (2.2)

gdje je λ o toplinska provodljivost materijala na 0 o C;

λ t - toplotna provodljivost materijala pri t oko C;

β - temperaturni koeficijent promjene toplotne provodljivosti, 1/o C, za različite materijale, jednak oko 0,0025 1/o C;

t je temperatura materijala pri kojoj je njegova toplinska provodljivost jednaka λ t .

Za ravan homogeni zid debljine δ (slika 2), toplotni tok koji se prenosi toplotnom provodljivošću kroz homogeni zid može se izraziti jednadžbom:

gdje τ 1 ,τ2- vrijednosti temperature na zidnim površinama, o C.

Iz izraza (2.3) slijedi da je raspodjela temperature po debljini zida linearna. Vrijednost δ/λ je imenovana toplinska otpornost sloja materijala i označeno R T, m 2. oko C/W:

Fig.2. Raspodjela temperature u ravnom homogenom zidu

Dakle, toplotni tok q T, W/m 2, kroz homogeni ravno-paralelni zid debljine δ , m, od materijala toplotne provodljivosti λ, W/m. o C, može se napisati u obliku

Toplotni otpor sloja je otpor toplotne provodljivosti, jednak temperaturnoj razlici na suprotnim površinama sloja kada toplotni tok prolazi kroz njega sa površinskom gustinom od 1 W/m 2 .

Prijenos topline putem toplinske provodljivosti odvija se u slojevima materijala omotača zgrade.

2.1.2 Konvekcija

Konvekcija- prenos toplote pokretnim česticama materije. Konvekcija se odvija samo u tečnim i gasovitim materijama, kao i između tečnog ili gasovitog medija i površine čvrstog tela. U ovom slučaju dolazi do prijenosa topline i toplinske provodljivosti. Kombinovani efekat konvekcije i provođenja toplote u graničnom području blizu površine naziva se konvektivni prenos toplote.

Konvekcija se odvija na vanjskim i unutrašnjim površinama ograde zgrade. U izmjeni topline unutrašnjih površina prostorije igra se konvekcija suštinsku ulogu. Pri različitim temperaturama površine i zraka uz nju, toplina prelazi na nižu temperaturu. Toplotni tok koji se prenosi konvekcijom ovisi o načinu kretanja tekućine ili plina koji pere površinu, o temperaturi, gustoći i viskoznosti pokretnog medija, o hrapavosti površine, o razlici između temperatura površine i okoline. srednje.

Proces razmjene topline između površine i plina (ili tekućine) odvija se različito ovisno o prirodi pojave kretanja plina. Razlikovati prirodna i prisilna konvekcija. U prvom slučaju, kretanje plina nastaje zbog temperaturne razlike između površine i plina, u drugom - zbog sila izvan ovog procesa (rad ventilatora, vjetar).

Prisilna konvekcija u opštem slučaju može biti praćena procesom prirodne konvekcije, ali s obzirom da intenzitet prisilne konvekcije znatno premašuje intenzitet prirodne konvekcije, kada se razmatra prisilna konvekcija, prirodna konvekcija se često zanemaruje.

U budućnosti će se razmatrati samo stacionarni procesi konvektivnog prenosa toplote, pod pretpostavkom da su brzina i temperatura konstantne u vremenu u bilo kojoj tački vazduha. Ali budući da se temperatura elemenata prostorije mijenja prilično sporo, ovisnosti dobivene za stacionarne uvjete mogu se proširiti na proces nestacionarni toplotni uslovi prostorije, pri čemu se u svakom razmatranom trenutku proces konvektivnog prijenosa topline na unutrašnjim površinama ograde smatra stacionarnim. Zavisnosti dobijene za stacionarne uslove mogu se proširiti i na slučaj nagle promene prirode konvekcije iz prirodne u prisilnu, na primer, kada je recirkulacijski uređaj za grejanje prostorije (fancoil ili split sistem u režimu toplotne pumpe) uključeno u sobi. Prvo, novi režim kretanja vazduha se uspostavlja brzo i, drugo, potrebna tačnost inženjerske procene procesa prenosa toplote je manja od mogućih netačnosti usled nedostatka korekcije toplotnog fluksa tokom prelaznog stanja.

Za inženjersku praksu proračuna za grijanje i ventilaciju važan je konvektivni prijenos topline između površine omotača zgrade ili cijevi i zraka (ili tekućine). U praktičnim proračunima, za procjenu konvektivnog toplotnog fluksa (slika 3), koriste se Newtonove jednadžbe:

, (2.6)

gdje q to- toplotni tok, W, koji se konvekcijom prenosi sa pokretnog medija na površinu ili obrnuto;

ta- temperatura vazduha koji pere površinu zida, o C;

τ - temperatura površine zida, o C;

α to- koeficijent konvektivnog prijenosa topline na površini zida, W/m 2. o C.

Sl.3 Konvektivna izmjena toplote zida sa vazduhom

Koeficijent prolaza toplote konvekcijom, a to- fizička veličina brojčano jednaka količini toplote koja se prenosi iz vazduha na površinu čvrstog tela konvektivnim prenosom toplote na razlici između temperature vazduha i temperature površine tela koja je jednaka 1 o C.

Ovakvim pristupom cjelokupna složenost fizičkog procesa konvektivnog prijenosa topline leži u koeficijentu prijenosa topline, a to. Naravno, vrijednost ovog koeficijenta je funkcija mnogih argumenata. Za praktičnu upotrebu, prihvaćene su vrlo približne vrijednosti a to.

Jednačina (2.5) se lako može prepisati kao:

gdje R to - otpornost na konvektivni prijenos topline na površini ogradne konstrukcije, m 2. o C / W, jednaka temperaturnoj razlici na površini ograde i temperaturi vazduha tokom prolaska toplotnog fluksa površinske gustine 1 W/m 2 iz površine u vazduh ili obrnuto. Otpor R to je recipročna vrijednost koeficijenta konvektivnog prijenosa topline a to:

2.1.3 Zračenje

Zračenje (prijenos topline zračenja) je prijenos topline sa površine na površinu kroz zračeći medij pomoću elektromagnetnih valova koji se pretvaraju u toplinu (slika 4).

Fig.4. Prenos toplote između dve površine

Svako fizičko tijelo koje ima temperaturu različitu od apsolutne nule zrači energiju u okolni prostor u obliku elektromagnetnih valova. Svojstva elektromagnetnog zračenja karakteriše talasna dužina. Zračenje koje se doživljava kao toplotno i ima talasne dužine u rasponu od 0,76 - 50 mikrona naziva se infracrveno.

Na primjer, do razmjene topline zračenja dolazi između površina okrenutih prema prostoriji, između vanjskih površina različitih zgrada, površina zemlje i neba. Važna izmjena zračeće topline između unutrašnjih površina prostornih kućišta i površine grijača. U svim ovim slučajevima, zračenje koje prenosi toplotne talase je vazduh.

U praksi izračunavanja toplotnog fluksa u prijenosu topline zračenja koristi se pojednostavljena formula. Intenzitet prijenosa topline zračenjem q l, W / m 2, određen je temperaturnom razlikom površina uključenih u prijenos topline zračenja:

, (2.9)

gdje su τ 1 i τ 2 temperaturne vrijednosti površina koje razmjenjuju toplinu zračenja, o C;

α l - koeficijent zračnog prijenosa topline na površini zida, W / m 2. o C.

Koeficijent prijenosa topline zračenjem, a l- fizička veličina brojčano jednaka količini topline koja se prenosi s jedne površine na drugu zračenjem pri razlici površinskih temperatura od 1 o C.

Predstavljamo koncept otpornost na prijenos topline zračenja R l na površini omotača zgrade, m 2. o C/W, jednaka temperaturnoj razlici na površinama ograde koje razmjenjuju zračeću toplinu, pri prelasku sa površine na površinu toplotnog fluksa površinske gustoće 1 W / m 2.

Tada se jednačina (2.8) može prepisati kao:

Otpor R l je recipročna vrijednost koeficijenta prijenosa topline zračenja a l:

2.1.4 Toplotni otpor zračnog raspora

Za ujednačenost, otpor prijenosa topline zatvorenim vazdušnim otvorima koji se nalazi između slojeva omotača zgrade, tzv termička otpornost R in. p, m 2. oko C/W.

Šema prenosa toplote kroz vazdušni raspor prikazana je na Sl.5.

Fig.5. Prenos toplote u vazdušnom prostoru

Toplotni tok koji prolazi kroz zračni raspor q c. P, W/m 2, sastoji se od protoka koji se prenose toplotnom provodljivošću (2) q t, W/m 2 , konvekcija (1) q to, W/m 2 i zračenje (3) q l, W/m 2 .

q c. n =q t +q do +q l . (2.12)

U ovom slučaju, udio fluksa koji se prenosi zračenjem je najveći. Razmotrimo zatvoreni vertikalni zračni sloj, na čijoj je površini temperaturna razlika 5°C. Sa povećanjem debljine sloja od 10 mm na 200 mm, udio toplotnog toka zbog zračenja raste sa 60% do 80%. U ovom slučaju udio topline koja se prenosi toplotnom provodljivošću pada sa 38% na 2%, a udio konvektivnog toplotnog toka se povećava sa 2% na 20%.

Direktno izračunavanje ovih komponenti je prilično glomazno. Stoga, u normativni dokumenti dati su podaci o toplotnoj otpornosti zatvorenih vazdušnih prostora, koje je 50-ih godina dvadesetog veka sakupio K.F. Fokin na osnovu rezultata eksperimenata M.A. Mikheev. Ako na jednoj ili obje površine zračnog raspora postoji aluminijska folija koja reflektira toplinu, koja ometa prijenos topline zračenja između površina koje uokviruju zračni raspor, toplinski otpor treba udvostručiti. Da bi se povećala toplinska otpornost zatvorenih zračnih raspora, preporučuje se imati na umu sljedeće zaključke iz studija:

1) termički efikasni su međuslojevi male debljine;

2) racionalnije je napraviti nekoliko slojeva male debljine u ogradi nego jedan veliki;

3) poželjno je postaviti zračne praznine bliže vanjskoj površini ograde, jer u ovom slučaju zimsko vrijeme toplinski tok zračenja se smanjuje;

4) vertikalni slojevi u spoljnim zidovima moraju biti blokirani horizontalnim dijafragmama u nivou međuspratnih plafona;

5) da bi se smanjio toplotni tok koji se prenosi zračenjem, jedna od međuslojnih površina može biti prekrivena aluminijumskom folijom koja ima emisivnost od oko ε=0,05. Pokrivanje obje površine zračnog raspora folijom ne smanjuje značajno prijenos topline u odnosu na pokrivanje jedne površine.

Pitanja za samokontrolu

1. Koliki je potencijal prijenosa topline?

2. Navedite osnovne vrste prenosa toplote.

3. Šta je prijenos topline?

4. Šta je toplotna provodljivost?

5. Kolika je toplotna provodljivost materijala?

6. Napišite formulu za toplotni tok koji se prenosi toplotnom provodljivošću u višeslojnom zidu pri poznatim temperaturama unutrašnje t unutrašnje i spoljašnje t n površine.

7. Šta je toplotna otpornost?

8. Šta je konvekcija?

9. Napišite formulu za toplotni tok koji se prenosi konvekcijom iz zraka na površinu.

10. Fizičko značenje koeficijenta konvektivnog prijenosa topline.

11. Šta je zračenje?

12. Napišite formulu za toplotni tok koji se prenosi zračenjem s jedne površine na drugu.

13. Fizičko značenje koeficijenta prolaska topline zračenja.

14. Kako se zove otpor prenosu toplote zatvorenog vazdušnog prostora u omotaču zgrade?

15. Koje prirode se ukupan protok toplote kroz vazdušni raspor sastoji od toplotnih tokova?

16. Koja priroda toplotnog toka prevladava u protoku toplote kroz vazdušni raspor?

17. Kako debljina vazdušnog raspora utiče na raspodelu strujanja u njemu.

18. Kako smanjiti protok toplote kroz vazdušni raspor?

2.1.5 Koeficijenti prijenosa topline na unutrašnjoj i vanjskoj površini

Zamislite zid koji odvaja prostoriju s temperaturom t in od vanjskog okruženja s temperaturom t n. Vanjska površina konvekcijom razmjenjuje toplinu sa vanjskim zrakom, a zračenje - sa okolnim površinama koje imaju temperaturu t env. n. Isto važi i iznutra. Može se zapisati da je toplotni tok gustine q, W/m 2, koji prolazi kroz zid, jednak

gdje t env. in i t env. n- temperatura površina koje okružuju unutrašnju i vanjsku ravninu razmatranog zida, o C;

α k. in, α k. n - koeficijenti konvektivnog prenosa toplote na unutrašnjoj i spoljašnjoj površini zida, m 2. o C / W;

α l. c, α l. n - koeficijenti prijenosa topline zračenja na unutrašnjoj i vanjskoj površini zida, m 2. o C / W.

U inženjerskim proračunima prihvaćeno je da se prijenos topline na površinama ogradnih konstrukcija ne dijeli na radijacijske i konvektivne komponente. Smatra se da se apsorpcija topline javlja na unutrašnjoj površini vanjske ograde u grijanoj prostoriji, procijenjenom ukupnim koeficijentom α in, W/(m 2. o C), a na vanjskoj površini - prijenos topline, intenzitetom koji je određen koeficijentom prolaza topline α n, W / (m 2 o C). Osim toga, općenito je prihvaćeno da su temperature zraka i okolnih površina međusobno jednake, tj. t env. u \u003d t u, i t okr. n \u003d t n. To je

Stoga je prihvaćeno da koeficijenti prolaza toplote na spoljašnjim i unutrašnjim površinama ograde su jednake zbroju koeficijenata zračnog i konvektivnog prijenosa topline na svakoj strani:

Koeficijent prijenosa topline na vanjskoj ili unutrašnjoj površini, u fizičkom smislu, je gustina toplotnog fluksa koju odgovarajuća površina daje svojoj okolini (ili obrnuto) uz temperaturnu razliku površine i okoline od 1 o C. recipročne vrednosti koeficijenata prenosa toplote se obično nazivaju otpornost na prijenos topline na unutrašnjostiR in, m 2. oko C/W, i vanjskiR n, m 2. o C/W, ograde površine:

R u \u003d 1 /α in;R n \u003d 1 /α n. ( 2.16)

2.1.6 Prijenos topline kroz sendvič zid

Ako je na jednoj strani višeslojnog zida koji se sastoji od n slojeva, temperatura se održava t in, i sa druge strane t n t in, tada postoji toplotni tok q, W/m 2 (Sl.6).

Ovaj toplotni tok se kreće iz medija sa temperaturom t in, o C, na medij sa temperaturom t n, o C, prelazeći uzastopno iz unutrašnje sredine u unutrašnju površinu sa temperaturom τ in, o C:

q= (1/R c). (t in - τ in), (2.17)

zatim od unutrašnje površine kroz prvi sloj sa termičkim otporom R T,1 do spoja prvog i drugog sloja:

q= (1/R T,1). (τ u -t1) , (2.18)

nakon toga kroz sve ostale slojeve

q= (1/R T, i). (t i -1 -t i) , (2.19)

i konačno sa vanjske površine s temperaturom τ n na vanjsko okruženje s temperaturom t n:

q= (1/R n). (τ n -t n) , (2.20)

gdje R T,i- termička otpornost sloja sa brojem i, m 2. oko C/W;

R unutra,R n- otpornost na prijenos topline na unutrašnjoj i vanjskoj površini, m 2. o C/W;

t i -1 - temperatura, o C, na spoju slojeva sa brojevima i-1 i i;

t i- temperatura, o C, na spoju slojeva sa brojevima i i i+1.

Fig.6. Raspodjela temperature tokom prijenosa topline kroz višeslojni zid

Prepisujući (2.16) - (2.19) s obzirom na temperaturne razlike i zbrajajući ih dobijamo jednakost:

t in- t n= q. (R in+R T ,1 +R T ,2 +…+R T, i+…. + R T,n+R n) ( 2.21)

Izraz u zagradi - zbir toplotnih otpora ravnoparalelnih slojeva ograde koji se nalaze u seriji duž toka toplote i otpora prenosu toplote na njenim površinama naziva se ukupni otpor prijenosa topline ograde R o, m 2. oko C/W:

R o \u003d R in+ΣR T, i+R n, (2.22)

i zbir toplinskih otpora pojedinih slojeva ograde - njen toplinski otpor R T, m 2. oko C/W:

R T =R T,1 +R T,2 +…+R in. p +…. +R T,n, (2.23)

gdje R T,1 ,R T,2 ,…,R T,n- toplotni otpor pojedinačnih ravnoparalelnih slojeva slojeva omotača zgrade koji se nalaze serijski duž toka toplote, m 2. o C/W, određen formulom (2.4);

R in. P- toplotni otpor zatvorenog zračnog raspora, m 2. o C/W, prema tački 2.1.4.

Prema fizičkom značenju, ukupna otpornost na prijenos topline ograde R o- ovo je temperaturna razlika između medija na različitim stranama ograde, koja formira toplotni tok koji prolazi kroz njega gustoće od 1 W / m 2, dok toplinska otpornost sendvič konstrukcije- temperaturna razlika između vanjske i unutrašnje površine ograde, koja formira toplotni tok koji prolazi kroz nju sa gustinom od 1 W / m 2, iz (2.22) proizilazi da je toplotni tok q, W/m 2 koji prolazi kroz ogradu proporcionalan je temperaturnoj razlici medija na različitim stranama ograde ( t u -t n) i obrnuto proporcionalno ukupnom otporu prijenosu topline R o

q= (1/R o). (t u -t n), (2.24)

2.1.7 Smanjena otpornost na prijenos topline

Prilikom izvođenja ukupnog otpora prijenosu topline uzeta je u obzir ravnoparalelna ograda. A površine većine modernih ogradnih konstrukcija nisu izotermne, odnosno temperatura u različitim dijelovima vanjske i unutrašnje površine konstrukcije nije ista zbog prisustva različitih inkluzija koje provode toplinu prisutnih u konstrukciji /

Dakle, koncept smanjena otpornost na prijenos topline ogradne konstrukcije,što je otpor prijenosu topline jednoslojne ogradne konstrukcije iste površine, kroz koju isti toplotni tok prolazi sa stvarnom strukturom pri istoj razlici između temperature unutrašnjeg i vanjskog zraka. Važno je napomenuti da se navedeni otpor prijenosa topline odnosi na cijelu konstrukciju ili njen dio, a ne na površinu od 1 m 2. To je zato što toplotne inkluzije mogu biti uzrokovane ne samo redovito položenim spojevima, već i prilično velikim elementima pričvršćivanja fasada na stupove, te samim stupovima, urezivanjem u zid i spajanjem jedne ograde s drugom.

Stoga se smanjeni otpor prijenosa topline konstrukcije (ili dijela konstrukcije) može odrediti izrazom:

gdje Q- toplotni tok koji prolazi kroz konstrukciju (ili presjek konstrukcije), W;

A- površina ​​građevine (ili presjeka konstrukcije), m 2.

Izraz je, u svom značenju, prosječna površina (ili svedena na jediničnu površinu) gustina toplotnog toka kroz strukturu, odnosno može se napisati:

Iz (2.24) i (2.25) slijedi:

Ogradne konstrukcije koje koriste efikasne toplotnoizolacione materijale izrađuju se na način da sloj termoizolacioni materijal pokriva, koliko god je to moguće, veliku površinu konstrukcije. Poprečni presjeci toplovodnih inkluzija su što manji. Stoga je moguće izdvojiti dio strukture udaljen od inkluzija koje provode toplinu. Ako zanemarimo utjecaj inkluzija koje provode toplinu u ovom području, tada se njegova svojstva zaštite od topline mogu okarakterizirati korištenjem uslovna otpornost na prijenos topline definisano formulom (2.22). Omjer vrijednosti smanjenog otpora prijenosa topline konstrukcije i vrijednosti uvjetnog otpora prijenosa topline razmatranog presjeka naziva se koeficijent termičke uniformnosti:

Vrijednost koeficijenta ujednačenosti toplinske tehnike procjenjuje koliko su u potpunosti iskorišćene mogućnosti toplotnoizolacionog materijala, odnosno kakav je efekat toplotno provodnih inkluzija.

Ovaj koeficijent je skoro uvek manji od jedinice.

Njegova jednakost u jedinici znači da nema toplinskih provodnih inkluzija, a maksimalno se koriste mogućnosti korištenja sloja toplinski izolacijskog materijala. Ali takve strukture praktički ne postoje.

Koeficijent termotehničke homogenosti određuje se direktnim proračunom višedimenzionalnog temperaturnog polja konstrukcije ili, pojednostavljeno, pomoću , a za slučaj štapnih spojeva pomoću .

Recipročna vrijednost smanjenog otpora prijenosu topline naziva se koeficijent prolaza toplote ogradne konstrukcije K, W/m 2. oko C:

Koeficijent prolaza toplote ograde To jednaka je gustini toplotnog fluksa koji prolazi kroz ogradu, sa temperaturnom razlikom medija na suprotnim stranama od 1 o C. Dakle, toplotni tok q, W / m 2 koji prolazi kroz ogradu zbog prijenosa topline, može se naći po formuli:

q= K. (t u -t n) . ( 2.30)

2.1.8 Raspodjela temperature po dijelu ograde

Važan praktični zadatak je izračunavanje distribucije temperature po presjeku ograde (slika 7). Iz diferencijalne jednadžbe (2.1) slijedi da je ona linearna u odnosu na otpor prijenosu topline, pa možemo napisati temperaturu tx u bilo kojem dijelu ograde:

, (2.31)

gdje R x-in i R x-n- otpor prenosu toplote, odnosno od unutrašnjeg vazduha do tačke x i od spoljašnjeg vazduha do tačke x, m 2. o C / W.

Fig.7. raspodjela temperature u višeslojnom zidu. a) na skali debljina slojeva, b) na skali termičkih otpora

Međutim, izraz (2.30) se odnosi na kućište bez narušavanja jednodimenzionalnosti toplotnog toka. Za pravu ogradu, koju karakterizira smanjeni otpor prijenosu topline, pri proračunu raspodjele temperature po poprečnom presjeku ograde potrebno je uzeti u obzir smanjenje otpora prijenosa topline R x-in i R x-n koristeći koeficijent uniformnosti toplotne tehnike:

Pitanja za samokontrolu

1. Koji je (fizičko značenje) koeficijent prolaska topline na površini?

2. Šta čini koeficijent prolaza topline na vanjskoj površini ograde?

3. Šta čini koeficijent prolaza toplote na unutrašnjoj površini ograde?

4. Šta čini toplinski otpor višeslojnog omotača zgrade sa ravnoparalelnim slojevima duž toka topline.

5. Šta čini ukupni otpor prijenosu topline višeslojnog omotača zgrade sa ravnoparalelnim slojevima duž toka topline. Napišite formulu za ukupni otpor prijenosu topline.

6. Fizičko značenje toplinskog otpora višeslojnog omotača zgrade sa ravnoparalelnim slojevima duž toka topline.

7. Fizičko značenje ukupnog otpora prijenosa topline višeslojnog omotača zgrade sa ravnoparalelnim slojevima duž toka topline.

8. Fizičko značenje smanjenog otpora na prijenos topline ogradne konstrukcije.

9. Koliki je uslovni otpor na prijenos topline omotača zgrade.

10. Koliki je koeficijent toplinske uniformnosti omotača zgrade.

11. Koliki je koeficijent prolaza topline omotača zgrade?

12. Napišite formulu za toplotni tok koji se prenosi prijenosom topline iz unutrašnjeg okruženja s temperaturom t in u vanjsko okruženje s temperaturom t n kroz višeslojni zid.

13. Nacrtati kvalitativnu sliku raspodjele temperature u dvoslojnom zidu pri poznatim temperaturama okoline t in i t n, ako je λ 1 >λ 2.

14. Nacrtati kvalitativnu sliku raspodjele temperature u dvoslojnom zidu pri poznatim temperaturama okoline t in i t n, ako je λ 1

15. Napisati formulu za određivanje temperature unutrašnje površine dvoslojnog zida pri poznatim temperaturama medija t in i t n, debljinama slojeva δ 1 i δ 2, koeficijentima toplinske provodljivosti λ 1 i λ 2.

16. Napisati formulu za određivanje temperature vanjske površine dvoslojnog zida τ n in pri poznatim temperaturama medija t in i t n, debljinama slojeva δ 1 i δ 2, koeficijentima toplinske provodljivosti λ 1 i λ 2.

17. Napišite formulu za određivanje temperature između slojeva dvoslojnog zida t pri poznatim temperaturama medija t in i t n, debljinama slojeva δ 1 i δ 2, koeficijentima toplinske provodljivosti λ 1 i λ 2.

18. Napišite formulu za određivanje temperature t x u bilo kojem dijelu višeslojnog zida pri poznatim temperaturama medija t in i t n, debljinama slojeva, koeficijentima toplinske provodljivosti.

2.2 Režim vlažnosti ogradnih konstrukcija

Režim vlažnosti ograda usko je povezan sa njihovim toplotnim režimom, pa se proučava u toku građevinske termofizike. Vlaženje građevinskog materijala u ogradama negativno utječe na higijenske i operativne performanse zgrada.

2.2.1 Uzroci vlage u ogradama

Načini prodiranja vlage u ograde su različiti, a mjere za smanjenje sadržaja vlage građevinskog materijala u njima ovise o uzroku vlage. Ovi razlozi su sljedeći.

Građevinska (početna) vlaga, odnosno vlaga koja je ostala u ogradi nakon izgradnje objekta. Brojni građevinski procesi su "mokri", na primjer, betoniranje, polaganje cigle i komadnih blokova: celularni beton, ekspandirani beton i drugi, malterisanje. Za smanjenje trajanja procesa mokre gradnje u zimskim uvjetima koriste se suhi postupci. Na primjer, hidrofobirane gipsane ploče s perom i utorom postavljaju se u unutrašnje slojeve vanjskih zidova dijela sprat po sprat. Plain unutrašnji malter zamijenjen gipsanim pločama.

Građevinska vlaga se mora ukloniti sa ograde u prve 2 - 3 godine rada objekta. Stoga je vrlo važno da u njemu dobro funkcionišu sistemi grijanja i ventilacije, koji će podnijeti dodatno opterećenje povezano s isparavanjem vode.

vlažnost tla, vlaga koja kapilarnim usisavanjem može prodrijeti u ogradu iz zemlje. Kako bi spriječili ulazak vlage iz zemlje u ogradu, graditelji postavljaju slojeve hidroizolacije i parne barijere. Ako je hidroizolacijski sloj oštećen, tlo se može dići kroz kapilare u građevinskim materijalima zidova do visine od 2 - 2,5 m iznad tla.

atmosferske vlage, koji može prodrijeti u ogradu pri kosoj kiši, kada krovovi prokišnjavaju u području vijenaca i kada vanjski odvodi ne rade. Najjači uticaj kišne vlage primećuje se pri punoj oblačnosti sa dugotrajnom kišom sa kišom sa vetrom, uz visoku vlažnost spoljašnjeg vazduha. Kako bi se spriječilo da vlaga uđe u zid sa vlažne vanjske površine, koriste se posebni teksturirani slojevi koji slabo propuštaju tečnu fazu vlage. Skreće se pažnja na zaptivanje spojeva zidne ploče u stambenoj konstrukciji velikih panela, za zaptivanje perimetara prozora i drugih otvora.

Operativna vlaga ulazi u ogradu iz unutrašnjih izvora: tokom proizvodnih procesa povezanih sa upotrebom ili ispuštanjem vode, tokom mokrog čišćenja prostorija, tokom prekida u vodovodnoj i kanalizacionoj mreži. Redovnom upotrebom vode u zatvorenom prostoru izrađuju se vodootporni podovi i zidovi. U slučaju nezgoda potrebno je što prije ukloniti vlagu iz omotača zgrade.

Higroskopna vlaga nalazi unutar kućišta zbog higroskopnosti njegovih materijala. Higroskopnost je svojstvo materijala da apsorbira (sorbira) vlagu iz zraka. Dugim boravkom građevinskog proizvoda na zraku sa konstantnom temperaturom i relativnom vlagom, količina vlage sadržana u materijalu postaje nepromijenjena (ravnoteža). Ova ravnoteža sadržaja vlage odgovara higrotermnom stanju vanjskog vlažnog zraka i, ovisno o svojstvima materijala ( hemijski sastav, poroznost, itd.) mogu biti veće ili manje. U ogradama je nepoželjno koristiti materijale visoke higroskopnosti. Istovremeno se prakticira upotreba higroskopnih maltera (kreča) na mjestima gdje ljudi povremeno borave, na primjer, u crkvama. Za zidove koji upijaju vlagu kada se zrak vlaže i oslobađaju je kada se vlažnost zraka smanji, kaže se da "dišu".

parna vlaga, koji se nalazi u vazduhu, ispunjava pore građevinskog materijala. U nepovoljnim uslovima, vlaga se može kondenzovati unutar ograde. Izbjeći negativne posljedice kondenzacije vlage unutar ograde, ona mora biti pravilno projektovana kako bi se smanjio rizik od kondenzacije i stvorili uslovi za potpuno isušivanje vlage kondenzovane tokom zime ljeti.

kondenzovana vlaga na unutrašnjim površinama ograde pri visokoj vlažnosti unutrašnjeg vazduha i temperaturi unutrašnje površine ograde ispod tačke rose. Mjere za suzbijanje vlaženja unutrašnje površine ograde povezane su sa ventilacijom prostora, čime se smanjuje vlažnost unutrašnjeg zraka, i sa izolacijom omotača zgrade, što isključuje smanjenje temperature, kako na glatkoj površini. ograde i na mjestima inkluzija koje provode toplinu.

2.2.2 Negativni efekti vlaženja vanjskih ograđenih prostora

Poznato je da se s povećanjem sadržaja vlage u materijalima termičke kvalitete ograđivanje povećanjem koeficijenta toplinske provodljivosti materijala, što dovodi do povećanja toplinskih gubitaka zgrade i velike potrošnje energije za grijanje.

Toplotna provodljivost raste s povećanjem vlažnosti materijala zbog činjenice da voda u porama materijala ima koeficijent toplinske provodljivosti od oko 0,58 W/m o C, što je 22 puta više od zraka. Visok intenzitet povećanja toplotne provodljivosti materijala pri niskoj vlažnosti je posledica činjenice da kada se materijal navlaži, male pore i kapilare se prvo pune vodom, čiji je uticaj na toplotnu provodljivost materijala. veći od efekta velikih pora. Koeficijent toplinske provodljivosti se još naglo povećava ako se mokri materijal zamrzne, jer led ima toplinsku provodljivost od 2,3 W/m o C, što je 80 puta veće od zraka. Nemoguće je utvrditi opću matematičku ovisnost toplinske provodljivosti materijala o sadržaju vlage za sve građevinske materijale, jer na nju uvelike utječu oblik i položaj pora. Vlaženje građevinskih konstrukcija dovodi do smanjenja njihovih kvaliteta zaštite od topline, što dovodi do povećanja koeficijenta toplinske provodljivosti vlažnog materijala.

Na unutrašnjim površinama kućišta sa mokrim slojevima formira se niža temperatura nego kod suhih slojeva, što stvara nepovoljno okruženje zračenja u prostoriji. Ako je temperatura na površini ograde ispod tačke rose, na ovoj površini može doći do kondenzacije. Mokri građevinski materijal je neprihvatljiv, jer predstavlja povoljno okruženje za razvoj gljivica, plijesni i drugih mikroorganizama u njemu, čije spore i sitne čestice izazivaju alergije i druga oboljenja kod ljudi. Tako se pogoršava vlaženje građevinskih konstrukcija higijenske kvalitete ograde.

Što je veći sadržaj vlage u materijalu, to je materijal manje otporan na mraz, a samim tim i kratkotrajan. Smrzavanje u porama materijala i na spojevima slojeva, voda razbija ove pore, jer se voda širi kada se pretvara u led. Deformacija se javlja i kod ograda podložnih vlazi, ali napravljenih od materijala koji nisu otporni na vlagu kao što su šperploča, gips. Stoga je upotreba materijala koji nisu otporni na vlagu u vanjskim kućištima ograničena. Stoga vlaženje građevinskog materijala može imati negativne posljedice na tehničkih kvaliteta ograde.

2.2.3 Odnos vlage i građevinskih materijala

Po prirodi interakcije sa vodom čvrsta tela se dijele na navlaženo (hidrofilno) i nemoči (hidrofobni). Hidrofilni građevinski materijali uključuju beton, gips i veziva na bazi vode. Do hidrofobnih - bitumen, smole, mineralna vuna na nemočivim vezivima. Hidrofilni materijali aktivno stupaju u interakciju s vodom, dok djelomično kvačivi i nemočivi materijali djeluju manje aktivno.

Faktor koji značajno utiče na prirodu interakcije materijala sa vlagom u vazduhu, odnosno u direktnom kontaktu sa vodom je kapilarno-porozna struktura većina građevinskih materijala. U interakciji s vlagom mogu se promijeniti fizička, mehanička i toplinska svojstva građevinskih materijala.

Za pravilno razumijevanje načina kretanja vlage u omotaču zgrada i metoda za sprječavanje štetnih procesa ili njihovih posljedica, potrebno je poznavati oblike komunikacije između vlage i građevinskog materijala.

Utemeljeni sistem energetske klasifikacije odnosa vlage i materijala razvio je akademik P.A. Rebinder. Prema prirodi energije vezivanja vlage za supstancu i veličini energetskog nivoa razlikuju se tri tipa ove veze.

Hemijski oblik veze vlaga s materijalom je najtrajnija, jer je vlaga u ovom slučaju neophodna za kemijske reakcije. Takva vlaga je dio strukturalne rešetke materijala kao što su kristalni hidrati i ne sudjeluje u procesima izmjene vlage. Stoga, kada se razmatraju procesi prijenosa vlage kroz ogradu, to se može zanemariti.

Fizičko-hemijska veza vlaga sa građevinskim materijalima se očituje u adsorpciji na unutrašnjoj površini pora i kapilara materijala. Adsorbirana vlaga se dijeli na vlagu primarnih monomolekularnih slojeva, koju karakterizira visok energetski nivo vezivanja s površinom hidrofilnih materijala, i vlagu naknadnih polimolekularnih slojeva koji čine vodeni film koji se drži kapilarnim silama. Za uklanjanje monomolekularne i djelomično polimolekularne vlage, prirodne sile sušenja u konvencionalnim prirodni uslovi i uslove u prostoriji. Fizičko-hemijski oblik vezivanja uključuje i osmotski (strukturno) vezanu vlagu u biljnim ćelijama organskih materijala biljnog porijekla. Ova vlaga se može ukloniti prirodnim sušenjem.

Fizičko-mehanička veza određuje zadržavanje vlage u porama i kapilarama silama kapilarnog pritiska i vlaženja hidrofilnih materijala. Ova vlaga se kreće unutar materijala kada pritisci premašuju kapilarni pritisak i isparava iz površinskih slojeva struktura tokom prirodnog sušenja. Veza između vode i mikrokapilara ima najveću fizičku i mehaničku čvrstoću.

2.2.4 Vlažan vazduh

Atmosferski vazduh se sastoji od kiseonika, azota, ugljen-dioksid a mala količina inertnih plinova uvijek sadrži malo vlage u obliku vodene pare. Mešavina suvog vazduha i vodene pare se naziva vlažan vazduh.

Sa dovoljnom preciznošću za tehničke proračune, možemo to pretpostaviti vlažan vazduh poštuje sve zakone idealne mešavine gasova. Svaki plin, uključujući paru, koja je dio mješavine, zauzima isti volumen kao i cijela mješavina.

Para je ispod njega parcijalni pritisak, što je određeno Mendeljejev-Klajperonovom jednačinom:

gdje M i- masa i-tog gasa, u ovom slučaju vodene pare, kg;

R- univerzalna plinska konstanta, jednaka 8 314,41 J / (kmol. K);

T- temperatura smeše u apsolutnoj skali, K;

V- zapremina koju zauzima mešavina gasova, m 3;

μ i- molekulska težina gasa, kg/mol. Za vodenu paru μ p \u003d 18,01528 kg / kmol.

Prema Daltonovom zakonu, zbir parcijalnih pritisaka gasnih komponenti smeše je puni pritisak mešavine. Smatra se da je vlažan vazduh binarna mešavina, koji se sastoji od vodena para i suvi deo atmosferski vazduh , čija je efektivna molekulska težina μ in ≈ 29 kg/mol. barometarski pritisak vlažnog vazduha P b, Pa, je zbir parcijalnog pritiska suvog vazduha e st, Pa, i parcijalnog pritiska pare e p, Pa:

Parcijalni pritisak vodene pare se još naziva pritisak vodene pare.

Za karakterizaciju mjere vlaženja zraka koristi se koncept relativna vlažnostφ in, koji pokazuje stepen zasićenosti vazduha vodenom parom u% ili frakcijama jedinice pune zasićenosti pri istoj temperaturi i pritisku.

Pri relativnoj vlažnosti od 100% zrak je potpuno zasićen vodenom parom i naziva se bogat. Parcijalni pritisak zasićene vodene pare se još naziva pritisak zasićenja vazduh, vodena para ili maksimalni pritisak vodene pare i označimo E. Vrijednost relativne vlažnosti φ in jednaka je omjeru parcijalnog pritiska vodene pare e p u vlažnom zraku pri određenom atmosferski pritisak i temperatura do pritiska zasićenja E pod istim uslovima:

ili φ,% . (2.36)

Parcijalni pritisak zasićene vodene pare - maksimalna elastičnost vodene pare - pri datom barometarskom pritisku je funkcija samo temperature t:

Njegove vrijednosti su određene eksperimentalno i date su u posebnim tabelama. Osim toga, postoji niz formula koje aproksimiraju ovisnost E o temperaturi. Na primjer, formule date u:

iznad površine leda na temperaturi od -60 o C do 0 o C

, (2.38)

iznad površine čiste vode na temperaturi od 0°C do 83°C

, (2.39)

Higijeničari smatraju da je raspon relativne vlažnosti od 30% do 60% normalan za boravak osobe. Kada je relativna vlažnost iznad 60%, isparavanje vlage iz ljudske kože je otežano i njegovo zdravlje se pogoršava. Pri nižoj relativnoj vlažnosti vazduha od 30% povećava se isparavanje sa površine kože i sluzokože čoveka, što izaziva suvu kožu, upalu grla, doprinoseći prehladama.

Sa povećanjem temperature vazduha date apsolutne vlažnosti, njegova relativna vlažnost opada, budući da će, u skladu sa formulom (2.36), vrijednost parcijalnog tlaka vodene pare ostati nepromijenjena, a pritisak zasićenja će se povećati zbog povećanja temperature. Naprotiv, kada se vazduh ohladi, relativna vlažnost će se povećati usled smanjenja pritiska zasićenja E. Kako se vazduh hladi na određenoj temperaturi, kada e p postane jednak E, relativna vlažnost vazduha će postati jednaka do 100%, odnosno vazduh će dostići punu zasićenost vodenom parom. Temperatura t p, o C, pri kojoj je zrak sa određenom apsolutnom vlažnošću u stanju potpune zasićenosti, naziva se tačka rose. Ako se vazduh ohladi ispod tačke rose, tada će deo vlage početi da se kondenzuje iz vazduha. U tom slučaju, zrak će ostati zasićen vodenom parom, a tlak zasićenja zraka E će se smanjiti u skladu s dostignutom temperaturom. Štaviše, temperatura vazduha u svakom trenutku biće tačka rose za formiranu apsolutnu vlažnost vazduha.

Kada vlažan vazduh dođe u kontakt sa unutrašnjom površinom spoljašnjeg kućišta, čija je temperatura τ in ispod tačke rosišta vazduha t p, vodena para će se kondenzovati na ovoj površini. Dakle, uslovi za odsustvo kondenzacije na unutrašnjoj površini ograde i u njenoj debljini je održavanje temperature iznad tačke rose, što znači da parcijalni pritisak vodene pare u svakoj tački preseka ograde mora biti manji od pritisak zasićenja.

2.2.5 Vlaga materijala

U kapilarno-poroznim materijalima u prirodnom zračnom okruženju uvijek postoji određena količina kemijski nevezane vlage. Ako se uzorak prirodnog materijala osuši, njegova masa će se smanjiti. Težina vlage materijalω in,%, određuje se omjerom mase vlage sadržane u uzorku i mase uzorka u suhom stanju:

, (2.40)

gdje M 1- težina mokrog uzorka, kg,

M 2- masa suhog uzorka, kg.

Velika vlagaω oko,%, određuje se odnosom zapremine vlage sadržane u uzorku i zapremine uzorka:

gdje V 1- zapremina vlage u uzorku, m 3, V 2- zapremina samog uzorka, m 3 .

Postoji odnos između težine ω in i volumetrijskog sadržaja vlage ω u materijalu:

, (2.42)

gdje ρ - gustina materijala u suhom stanju, kg / m 3.

Vlažnost se često koristi u proračunima.

2.2.6 Sorpcija i desorpcija

Dugim boravkom uzorka materijala u vlažnom vazduhu sa konstantnom temperaturom i relativnom vlažnošću, masa vlage sadržana u uzorku će ostati nepromenjena - ravnoteža. S povećanjem relativne vlažnosti zraka, masa vlage u materijalu se povećava, a s povećanjem temperature smanjuje. Ovo je ravnotežni sadržaj vlage u materijalu, koji odgovara termičkom i vlažnom stanju vazdušne sredine, zavisno od hemijskog sastava, poroznosti i nekih drugih svojstava materijala, može biti veći ili manji. Proces vlaženja suvog materijala koji se nalazi u vlažnom vazdušnom okruženju naziva se sorpcija, te proces smanjenja sadržaja vlage prekomjerno vlažnog materijala u vlažnom zračnom okruženju - desorpcija.

Obrazac promjene ravnotežnog sadržaja vlage u materijalu u zračnom okruženju sa konstantnom temperaturom i rastućom relativnom vlagom izražava se izotermom sorpcije.

Za veliku većinu građevinskih materijala, izoterme sorpcije i desorpcije se ne podudaraju. Razlika u težinskom sadržaju vlage građevinskog materijala pri istoj relativnoj vlažnosti zraka φ naziva se sorpciona histereza. Slika 8 prikazuje izoterme sorpcije i desorpcije vodene pare za pjenasti silikat. na . Sa slike 8 se vidi da, na primer, za φ = 40% tokom sorpcije, silikatna pena ima težinski sadržaj vlage ω v = 1,75%, a tokom desorpcije ω v = 4%, pa je sorpciona histereza 4 -1,75 = 3,25%.

Fig.8. Težina sadržaja vlage pjenastog silikata tokom sorpcije (1) i desorpcije (2)

Vrijednosti sadržaja sorpcijske vlage u građevinskim materijalima date su u različitim literarnim izvorima, na primjer, u.

2.2.7 Paropropusnost ograda

Isključivanje kondenzacije vodene pare na unutrašnjoj površini ograde ne može garantovati odsustvo kondenzacije vlage u debljini ograde.

Vlaga u građevinskom materijalu može biti u tri različite faze: čvrsta, tečna i para. Svaka faza se širi prema svom zakonu. U klimatskim uslovima Rusije, najhitniji problem je kretanje vodene pare zimi. Iz eksperimentalnih studija je poznato da potencijal prenosa pare- njegova pokretačka sila je parcijalni pritisak vodene pare u vazduhu e, Pa. Unutar građevinskih materijala ograde, vlažan zrak je u porama materijala. Para prelazi sa višeg parcijalnog pritiska na niži.

Tokom hladne sezone unutrašnja temperatura vazduha je mnogo viša od spoljašnje. Viša temperatura odgovara više visokog pritiska zasićenje vodenom parom E. Uprkos činjenici da je relativna vlažnost vazduha u zatvorenom prostoru manja od relativne vlažnosti spoljašnjeg vazduha, parcijalni pritisak vodene pare u unutrašnjem vazduhu e in znatno premašuje parcijalni pritisak vodene pare u spoljašnjem vazduhu e n. Zbog toga je tok pare usmjeren iz prostorije prema van. Odnosi se na proces prodiranja pare kroz ogradu difuzioni procesi. Drugim riječima, vodena para difundira kroz ogradu. Difuzija je čisto molekularni fenomen, a to je zamjena molekula jednog plina molekulima drugog, u ovom slučaju zamjena molekula suhog zraka u porama građevinskih materijala molekulima vodene pare. A proces difuzije vodene pare kroz ograde se zove paropropusnost.

Kako bismo izbjegli zabunu u terminologiji, to ćemo odmah odrediti paropropusnost- ovo je svojstvo materijala i konstrukcije od njih da propušta vodenu paru kroz sebe, i paropropusnost je proces prodiranja pare kroz materijal ili kućište.

Paropropusnost μ zavisi od fizička svojstva materijala i odražava njegovu sposobnost da propušta vodenu paru koja difundira kroz sebe. Paropropusnost materijala μ kvantitativno je jednaka difuzijskom toku vodene pare, mg/h, koja prolazi kroz m 2 površine okomito na strujanje, sa gradijentom parcijalnog pritiska vodene pare duž toka od 1 Pa/m .

Izračunate vrijednosti μ su date u referentnim tabelama. Štoviše, za izotropne materijale, μ ne ovisi o smjeru strujanja vlage, a za anizotropne materijale (drvo, drugi materijali vlaknaste strukture ili prešani) vrijednosti μ daju se ovisno o omjeru smjerova protok pare i vlakana.

Paropropusnost za toplinske izolacijske materijale, u pravilu, labave i otvorene pore ima velike vrijednosti, na primjer, za ploče od mineralne vune na sintetičkom vezivu pri gustoći od ρ = 50 kg / m 3, koeficijent paropropusnosti je jednak do μ = 0,60 mg / (h.m. Pa). Materijali veće gustoće odgovaraju nižem koeficijentu paropropusnosti, na primjer, teški beton na gustim agregatima ima μ = 0,03 mg / (h.m. Pa). Međutim, postoje izuzeci. Ekstrudirana polistirenska pjena, izolacija zatvorenih ćelija, gustoće ρ = 25 - 45 kg / m 3 ima μ = 0,003 - 0,018 mg / (h.m. Pa) i praktički ne propušta paru kroz sebe.

Materijali sa minimalnom paropropusnošću se koriste kao slojevi parne barijere. Za limove i tanke slojeve parna barijera zbog vrlo male vrijednosti μ, referentne tabele daju otpore paropropusnosti i debljine ovih slojeva.

Paropropusnost vazduha je jednaka μ=0,0062 m2.h.Pa/mg u odsustvu konvekcije i μ=0.01 m2.h.Pa/mg tokom konvekcije. Stoga, prilikom izračunavanja otpornosti na paropropusnost, treba imati na umu da slojevi parne barijere ograde koji ne pružaju kontinuitet (imaju praznine) (film parne barijere razbijen unutarnjim vezama ograde, slojevi parne barijere lima , čak i preklapajući, ali bez premazanja spojeva mastikom za parnu barijeru), imat će veću paropropusnost nego bez uzimanja u obzir ove okolnosti.

Iz fizike je poznato da postoji potpuna analogija između procesa propuštanja pare i provođenja topline. Štaviše, primećuje se analog u procesima prijenosa topline i vlage na površinama ograde. Stoga se može razmotriti analogija između složenih procesa prijenosa topline i vlage kroz ogradu. Tabela 2 predstavlja direktne analoge u ovim procesima.

tabela 2

Analogija između procesa prijenosa topline i prijenosa vlage tijekom difuzije pare

termičko polje	Polje vlage
Temperatura unutrašnji vazduh t in, o C; unutrašnja površina τ in, o C; na spojevima slojeva t i, o C; vanjska površina τ n, o C; vanjski zrak t n, o S.	Parcijalni pritisak vodene pare: u unutrašnjem vazduhu e in, Pa; na unutrašnjoj površini e VP, Pa; na spojevima slojeva ei, Pa; vanjska površina e np, Pa; u spoljašnjem vazduhu e n, Pa.
Toplotna provodljivost materijala λ , W / (m. o C)	Paropropusnost materijala μ, mg/ (h.m. Pa)
Toplotni otporni sloj debljina δ, m, R T=δ/ λ , m 2. oko C / W	Parootporni sloj debelo δ , m, R p \u003d δ / μ, m 2. h Pa / mg (2,43)
Koeficijenti prolaza toplote na unutrašnjoj površini α in, W / (m 2. o C); na vanjskoj površini α n, W / (m 2. o C).	Koeficijenti povrata vlage na unutrašnjoj površini β in, mg / (sati m 2. Pa); na vanjskoj površini β n, mg / (sati m 2. Pa).
Otpornost na prijenos topline na površinama ograde s unutarnje strane R u = 1 / α in, m 2. o C / W; s vanjske strane R n = 1 / α n, m 2. o C / W;	Otpornost na oslobađanje vlage na površinama ograde na unutrašnjem R p. u = 1 / β in, m 2. h. Pa / mg; (2.44) na vanjskom R p. n \u003d 1 / β n, m 2. h. Pa / mg. (2.45)
Ukupni otpor prijenosa topline ograde R o \u003d R in + Σδ / λ + R n, m 2. o C / W	Ukupna otpornost na paropropusnost ograde R about. p \u003d R p. in + Σδ / λ + R p. n, m 2. h. Pa / mg (2.46)
Gustina toplotnog toka kroz ogradu q \u003d (t in -t n) / R o, W / m 2	Gustina difuznog toka vlage kroz ogradu g \u003d (e in -e n) / R o. p, mg / (h. m 2) (2,47)

Prema svom fizičkom značenju sloj paropropusnosti ograde - to je razlika u elastičnosti vodene pare, koja se mora stvoriti na površinama sloja tako da protok pare od 1 mg / h difundira kroz 1 m 2 njegove površine.

Ukupna otpornost na paropropusnost ogradne konstrukcije(prilikom difuzije pare) je zbir otpora paropropusnosti svih njegovih slojeva i otpora na izmjenu vlage na njegovim površinama, kao što slijedi iz izraza (2.43).

Koeficijent prijenosa vlage u pravilu se ne koristi u inženjerskim proračunima ukupne otpornosti na paropropusnost, u proračunima se direktno koristi otpornost na prijenos vlage na površinama, pod pretpostavkom da su njihove vrijednosti jednake R p. \u003d 0,0052 m 2. h. Pa / mg.

Elastičnost vodene pare koja difundira kroz ogradu, dok prolazi kroz njenu debljinu, mijenjat će se između vrijednosti e i e n. Da biste pronašli parcijalni pritisak vodene pare e x u bilo kom delu ograde (slika 9), koristite formulu sličnu formuli (2.30) da biste odredili raspodelu temperature po delu ograde:

gdje R p. u-x, R p. n-x- otpornost na paropropusnost, od tačke x prema unutrašnjem i spoljašnjem vazduhu, m 2. h Pa / mg.

Fig.9. Raspodjela parcijalnog tlaka i tlaka zasićenja vodene pare preko dijela ograde

Pitanja za samokontrolu.

1. Uzroci gubitka vlage na površini ili u debljini ograde.

2. Negativne posljedice gubitka vlage na površini ili u debljini ograde.

3. Koja je razlika između hidrofilnih građevinskih materijala i hidrofobnih?

4. Kakva je struktura većine građevinskih materijala?

5. Koje su tri vrste vezivanja vlage sa građevinskim materijalom prema prirodi energije vezivanja i veličini energetskog nivoa da li znate?

6. Šta je vlažan vazduh?

7. Koliki je parcijalni pritisak vodene pare u vlažnom vazduhu?

8. Šta čini barometarski pritisak vlažnog vazduha?

9. Šta je relativna vlažnost?

10. Koja vrsta vazduha se naziva zasićena vodena para?

11. Koja temperatura se naziva tačka rose?

12. Koji su uslovi za odsustvo kondenzata u bilo kojoj tački u presjeku omotača zgrade?

13. Kako se određuje težinski sadržaj vlage u materijalu?

14. Kako se određuje zapreminski sadržaj vlage u materijalu?

15. Koliki je ravnotežni sadržaj vlage u materijalu?

16. Šta je sorpcija i desorpcija? *

17. Koja je manifestacija sorpcijske histereze?

18. Kakav je potencijal za prijenos vodene pare u omotaču zgrade?

19. Kakva je difuzija pare kroz ogradu?

20. Šta je paropropusnost?

21. Šta je paropropusnost?

22. Koliko je kvantitativno jednako paropropusnosti materijala μ?

23. Šta je parna barijera?

24. Fizičko značenje otpornosti na paropropusnost sloja?

25. Kolika je ukupna otpornost na paropropusnost omotača zgrade?

26. Napišite formulu za ukupni otpor paropropusnosti ograde.

27. Kako odrediti parcijalni pritisak vodene pare u vazduhu pri poznatoj temperaturi t in i relativnoj vlažnosti φ in?

28. Šta određuje pritisak zasićene vodene pare?

29. Nacrtajte kvalitativnu sliku raspodjele parcijalnog pritiska vodene pare u dvoslojnom zidu pri poznatim pritiscima u okolini e in i e n, ako je μ 1 > μ 2.

30. Nacrtati kvalitativnu sliku raspodjele parcijalnog pritiska vodene pare u dvoslojnom zidu pri poznatim pritiscima u okolini e in i e n, ako je μ 1

31. Napišite formulu za određivanje parcijalnog pritiska vodene pare na unutrašnjoj površini dvoslojnog zida e ekst. pov pri poznatim pritiscima u medijima e in i e n, debljine slojeva δ 1 i δ 2, paropropusnost μ 1 i μ 2.

32. Napišite formulu za određivanje parcijalnog tlaka vodene pare na vanjskoj površini dvoslojnog zida e n. pov pri poznatim pritiscima u medijima e in i e n, debljine slojeva δ 1 i δ 2, paropropusnost μ 1 i μ 2.

33. Napišite formulu za određivanje parcijalnog pritiska vodene pare između slojeva dvoslojnog zida e pri poznatim pritiscima u medijima e in i e n, debljinama slojeva δ 1 i δ 2, paropropusnosti μ 1 i μ 2.

34. Napišite formulu za određivanje parcijalnog tlaka vodene pare e x u bilo kojem dijelu višeslojnog zida pri poznatim pritiscima u medijima e in i e n, debljinama slojeva δ i , paropropusnosti μ i .

2.3 Propustljivost vazduha spoljašnjih kućišta

2.3.1 Osnove

prozračnost naziva se svojstvo građevinskih materijala i ogradnih konstrukcija da propuštaju zrak kroz njih, prozračnost uzeti u obzir i potrošnju zraka u kg, koji prolazi kroz 1m 2 ograde na sat G, kg/(m 2. h).

prozračnost Kroz ograde se naziva proces prodiranja zraka kroz njihova propuštanja. Prodor zraka izvana prema unutra naziva se infiltracija, a iz sobe napolje - eksfiltracija.

Postoje dvije vrste curenja kroz koje filtracija zraka: pore građevinskih materijala i kroz proreze. Praznine čine spojeve zidnih panela, praznine u okvirima prozora i na mestima gde prozor graniči sa okvirom prozora itd. Osim kroz poprečna filtracija, pri čemu zrak prolazi kroz ogradu u pravcu. okomito na površinu ograde, postoji, prema terminologiji R.E. Briling, još dvije vrste filtracije - uzdužne i unutrašnje.

Općenito govoreći, sva vanjska kućišta imaju propusnost zraka, ali se u proračunu gubitka topline obično uzima u obzir samo infiltracija kroz prozore, balkonska vrata i vitraže. Norme gustoće preostalih ograda isključuju mogućnost prolaznosti zraka, što značajno utječe na toplinsku ravnotežu prostorije.

Kao što je već spomenuto u poglavlju 2, iznutra se pravi gust sloj za parnu barijeru ogradnih konstrukcija. Ovaj sloj je obično dovoljno hermetički zatvoren za poprečnu filtraciju. Međutim, ako fasadni sloj nije gust izvana, može doći do uzdužne filtracije, što znači da pod utjecajem vjetra hladan vanjski zrak prolazi u omotač zgrade i izlazi iz njega na drugo mjesto. To uzrokuje dodatne gubitke topline.

U modernim vanjskim zidovima s ventiliranom fasadom u slojevima mineralne vune, stiropora ili drugih pjenastih materijala može se uočiti uzdužna filtracija, koja lokalno smanjuje smanjeni otpor ovih konstrukcija zbog odvođenja topline filtriranim zrakom u atmosferu.

Čak i ako je obezbijeđena dobra zaštita od prodiranja zraka s obje strane ogradne konstrukcije, a unutrašnji slojevi su izrađeni od prozračnih materijala, može doći do kretanja zraka unutar konstrukcije zbog temperaturne razlike u debljini ograde, slično kretanju. vazduha u zatvorenim vazdušnim prostorima. Međutim, unutrašnja filtracija općenito ne povećava značajno koeficijent prijenosa topline ograde.

Infiltracija i eksfiltracija i, općenito, svaka filtracija zraka nastaju pod utjecajem ukupni pad vazdušnog pritiska ∆ P, Pa, sa različitih strana ograde.

To je, potencijal vazdušnog saobraćaja kroz materijale i ogradne konstrukcije je razlika u tlaku zraka unutar zgrade i izvana. To se objašnjava, prvo, različitom gustinom hladnog vanjskog zraka i toplog zraka u zatvorenom prostoru - gravitaciona komponenta i, drugo, djelovanjem vjetra, koji stvara pozitivan dodatni pritisak u nadolazećem strujanju sa vjetrovite strane i razrjeđivanje sa zavjetrine - komponenta vjetra.

2.3.2 Razlika pritisaka na spoljašnjoj i unutrašnjoj površini ograde

Poznato je da je u gasnoj koloni statika gravitacioni pritisak promjenjive visine.

gravitacioni pritisak R gr, Pa, u bilo kojoj tački vanjskog zraka na visini h sa površine zemlje,

(2.49)

gdje R atm-atmosferski pritisak na nivou referentne nule, Pa;

g- ubrzanje slobodnog pada, m/s 2 ;

ρ n- gustina vanjskog zraka, kg/m 3 .

Pritisak vjetra P vjetar, Pa, u zavisnosti od smjera vjetra na različitim površinama zgrade bit će različit, što se u proračunima uzima u obzir aerodinamičkim koeficijentom C, koji pokazuje koliki je udio dinamičkog pritiska vjetra statički pritisak na privjetrinoj, bočnoj i zavjetrinskoj fasadi.

Višak statičkog pritiska vjetra na zgradu proporcionalan je dinamičkom pritisku vjetra ρ n.v2/2 njegovom brzinom v, gospođa.

Brzine vjetra se mjere na meteorološkim stanicama na visini od 10 m od tla na otvorenom prostoru.

U zgradama i visinama brzina vjetra varira. Da bi se uzela u obzir promjena brzine vjetra na različitim vrstama terena i na različitim visinama, primjenjuje se koeficijent k dyn, čije su vrijednosti regulirane SNiP 2.01.07-85 *. Koeficijent k dyn, uzimajući u obzir promjenu pritiska vjetra sa visinom h, postoji u zavisnosti od vrste terena. Sljedeći tipovi terena su prihvaćeni:

A - otvorene obale mora, jezera i akumulacije, pustinje, stepe, šumske stepe, tundra;

B - urbana područja, šume i druge površine ravnomjerno prekrivene preprekama višim od 10 m;

C - urbana područja sa zgradama visine preko 25 m.

Objekat se smatra lociranim na lokalitetu ovog tipa ako je ovaj lokalitet očuvan na zavetrenoj strani objekta na udaljenosti od 30h - sa visinom objekta h do 60 m i 2 km - sa većom visinom.

U skladu sa navedenim, pritisak vjetra na svakoj fasadi je

(2.50)

gdje r n- gustina vanjskog zraka, kg/m 3 ;

v- brzina vjetra, m/s;

c - aerodinamički koeficijent na proračunskoj fasadi;

k dyn- koeficijent za uzimanje u obzir promjena pritiska brzine vjetra u zavisnosti od visine zgrade, uzet prema .

Prema SNiP 2.01.07-85* za većinu zgrada, vrijednost aerodinamičkog koeficijenta na vjetrobranskoj strani jednaka je c n=0,8, a na zavjetrini - c h= - 0,6.

Pošto su pritisci gravitacije i vjetra nezavisni jedan od drugog, pronaći ukupan pritisak vanjskog zraka R Nar na zgradi su presavijeni:

Za uslovni nulti pritisak R kond., Pa, na prijedlog V.P. Titova, apsolutni pritisak na zavjetrinskoj strani zgrade uzet je na nivou elementa zgrade najudaljenijeg od zemljine površine, kroz koji se zrak može kretati (gornji prozor zavjetrinske fasade, izduvna okna na krovu ).

gdje c s- aerodinamički koeficijent koji odgovara zavjetrinoj strani zgrade;

H- visina objekta ili visina iznad tla gornjeg elementa kroz koji je moguće kretanje zraka, m.

Zatim ukupni nadpritisak R n, Pa, formiran u vanjskom zraku u tački na visini h zgrade, određuje se formulom:

Na slici 10 prikazani su gravitacioni dijagrami R gr, i vjetar R pritisci vjetra i nivo na kojem je prihvaćen uslovni nulti pritisak R arb.

Svaka prostorija stvara svoj ukupni višak unutrašnjeg pritiska, koji je zbir pritiska nastalog različitim pritiscima na fasadama zgrade R v, Pa i gravitacionog pritiska R gr, in, Pa.

Pošto je temperatura vazduha u svim prostorijama u zgradi približno ista, unutrašnji gravitacioni pritisak zavisi samo od visine centra prostorije h:

(2.54)

gdje r in- gustina unutrašnjeg vazduha, kg/m 3 .

Fig.10. Formiranje vazdušnih struja u visoka zgrada sa prirodnom ventilacijom

Radi jednostavnosti proračuna, unutrašnji gravitacioni pritisak se obično odnosi na spoljni pritisak sa predznakom minus

(2.55)

Ovo uklanja promjenjivu gravitacijsku komponentu izvan zgrade, te stoga ukupni pritisak u svakoj prostoriji postaje konstantan duž njene visine.

Gustoća zraka ρ, kg/m 3 , može se odrediti formulom koja slijedi iz (2.33):

gde je t temperatura vazduha.

Vrijednosti unutrašnjeg ukupnog nadtlaka P u za jednako orijentirane prostorije jednog kata mogu se razlikovati zbog činjenice da se za svaku prostoriju formira vlastita vrijednost unutrašnjeg tlaka. Određivanje unutrašnjih pritisaka u prostorijama je zadatak kompletnog proračuna vazdušnog režima zgrade, što je prilično naporno. Ali da bismo pojednostavili proračun, unutrašnji pritisak P in obično se izjednačava sa pritiskom u stepeništu.

Postoje pojednostavljene metode za izračunavanje unutrašnjeg pritiska u zgradi. Najčešći proračun važi za zgrade sa ravnomerno raspoređenim prozorima na fasadama, kada se uslovno konstantan unutrašnji pritisak u zgradi uzima kao poluzbir pritiska vetra i gravitacionog pritiska po izrazu

Druga, glomaznija metoda izračunavanja vrijednosti P in, Pa, predložena u , razlikuje se od prve po tome što se pritisak vjetra usredsređuje po površinama fasada. Izraz za unutrašnji pritisak, kada se jedna od fasada posmatra kao zavjetrena, ima oblik:

gdjec n,c b,c s- koeficijenti aerodinamike na vjetrobranskim, bočnim i zavjetrinskim fasadama;

A n, A b, A h- površine prozora i vitraža na vjetrobranskim, bočnim i zavjetrinskim fasadama, m 2.

Prilikom proračuna toplotnih gubitaka, uzima se u obzir da svaka fasada može biti okrenuta vjetrom. Imajte na umu da unutrašnji pritisak P in, uzeto prema (2.58), različito je za svaku fasadu. Ova razlika je utoliko uočljivija što se gustoća prozora i vitraža na različitim fasadama više razlikuje. Za zgrade s ravnomjernom distribucijom prozora duž fasada, vrijednost P in, približava se onom dobijenom iz (2.57). Stoga je upotreba formule (2.58) za izračunavanje unutrašnjeg tlaka opravdana u slučajevima kada je distribucija svjetlosnih otvora duž fasada jasno neravnomjerna ili kada je predmetna zgrada u susjedstvu susjedne, ili jedne fasade ili njenog dijela. uopste nema prozore.

Razlika između vanjskih i unutrašnjih pritisaka na suprotnim stranama ograde na vjetrobranskoj fasadi na bilo kojoj visini h uzimajući u obzir formulu (2.55) jednako je:

Razlika u pritisku ∆P za prozore iste fasade različitih spratova će se razlikovati samo u vrednosti gravitacionog pritiska (prvi član), u zavisnosti od razlike H-h oznake gornje tačke zgrade, uzete kao referentna nula, i središta predmetnog prozora. Slika 13 prikazuje obrazac distribucije protoka u zgradi sa uravnoteženom ventilacijom

2.3.3 Vazdušna propusnost građevinskih materijala

Građevinski materijali su najvećim dijelom porozna tijela. Veličina i struktura pora u različitim materijalima nije ista, pa se zračna propusnost materijala, ovisno o razlici tlaka, manifestira na različite načine.

Slika 11 prikazuje kvalitativnu sliku ovisnosti propusnosti zraka G od razlike pritiska ΔR za građevinski materijal, dao K.F. Fokin.

Fig.11. Uticaj poroznosti materijala na njegovu vazdušnu propusnost.1 - materijali sa ujednačenom poroznošću (kao što je pjenasti beton); 2 - materijali sa porama razne veličine(vrsta punjenja); 3 - materijali niske zračnosti (kao što su drvo, cementni malteri), 4 - vlažni materijali.

Prava linija od 0 do tačke a na krivulji 1 označava laminarno kretanje zraka kroz pore materijala s ujednačenom poroznošću pri malim vrijednostima razlike tlaka. Iznad ove tačke dolazi do turbulentnog kretanja na zakrivljenom dijelu. U materijalima sa različitim veličinama pora, kretanje zraka je turbulentno čak i pri maloj razlici tlaka, što se može vidjeti iz zakrivljenosti linije 2. U materijalima sa niskom propusnošću zraka, naprotiv, kretanje zraka kroz pore je laminarno i pri prilično velikim razlikama pritiska, dakle, zavisnost G od ΔR linearno za bilo koju razliku pritiska (linija 3). U mokrim materijalima (kriva 4) na niskom ΔR, manje od određene minimalne razlike pritiska ΔP min, nema vazdušne propusnosti, a tek kada se ova vrednost prekorači, kada je razlika pritisaka dovoljna da savlada sile površinskog napona vode sadržane u porama materijala, dolazi do kretanja vazduha. Što je veći sadržaj vlage u materijalu, to je veća vrijednost ΔP min.

Kod laminarnog kretanja zraka u porama materijala, ovisnost je važeća

gdje je G propusnost zraka ograde ili sloja materijala, kg/(m 2. h);

i- koeficijent vazdušne propusnosti materijala, kg/(m. Pa. h);

δ - debljina sloja materijala, m.

Koeficijent propusnosti zraka materijala sličan koeficijentu toplotne provodljivosti i označava stepen propusnosti vazduha materijala, numerički jednak protoku vazduha u kg koji prolazi kroz 1 m 2 površine okomito na smer strujanja, pri gradijentu pritiska od 1 Pa / m .

Vrijednosti koeficijenta propusnosti zraka za različite građevinske materijale značajno se razlikuju jedna od druge.

Na primjer, za mineralnu vunu i ≈ 0,044 kg / (m. Pa. h), za neautoklavni pjenasti beton i ≈ 5.3.10 - 4 kg / (m. Pa. h), za čvrsti beton i ≈ 5.1.10 - 6 kg / (m. Pa. h),

Uz turbulentno kretanje zraka u formuli (2.60) treba zamijeniti ΔR na ΔRn. Istovremeno, eksponent n varira u granicama 0,5 - 1. Međutim, u praksi se formula (2.60) koristi i za turbulentni režim strujanja vazduha u porama materijala.

U savremenoj regulatornoj literaturi ne koristi se koncept koeficijenta propusnosti zraka. Karakterizirani su materijali i dizajn prozračnostR i, kg / (m. h). pri razlici pritisaka na različitim stranama ∆R o = 10 Pa, koja se, uz laminarno kretanje vazduha, nalazi po formuli:

gdje je G prozračnost sloja materijala ili strukture, kg/(m 2. h).

Otpor prodiranju zraka ograde u svojoj dimenziji ne sadrži dimenziju potencijala prijenosa zraka – tlaka. Ova situacija je nastala zbog činjenice da se u regulatornim dokumentima, dijeljenjem stvarne razlike tlaka ∆P sa standardnom vrijednošću tlaka ∆P o =10 Pa, otpor propusnosti zraka smanjuje na razliku tlaka ∆P o = 10 Pa.

Vrijednosti su date prozračnost za slojeve nekih materijala i konstrukcija.

Za prozore, u čijim curenjima dolazi do kretanja zraka u mješovitom načinu rada, otpornost na prodiranje zraka , kg / (m. h), određuje se iz izraza:

, (2.62)

Pitanja za samokontrolu

1. Koja je prozračnost materijala i ograde?

2. Šta je prozračnost?

3. Šta je infiltracija?

4. Šta je eksfiltracija?

5. Koja kvantitativna karakteristika procesa propusnosti zraka se naziva propusnost zraka?

6. Kroz koje dvije vrste curenja se filtrira zrak u ogradama?

7. Koje su tri vrste filtracije, prema terminologiji R.E. Brilinga?

8. Koji je potencijal prozračnosti?

9. Koje dvije prirode formiraju razliku pritisaka na suprotnim stranama ograde?

10. Koliki je koeficijent propusnosti zraka materijala?

11. Koja je zračna propusnost omotača zgrade?

12. Napišite formulu za određivanje otpora prodiranju zraka pri laminarnom kretanju zraka kroz pore građevinskog materijala.

13. Napišite formulu za određivanje propusnosti zraka prozora.

A u nekim slučajevima i klima uređaj.

Uređaj sistema centralnog grijanja osigurava održavanje potrebnih temperatura zraka u prostorijama i povećava nivo udobnosti.

Do danas je nemoguće zamisliti dom koji nije opremljen sistemom grijanja. Sistem grijanja je nezamjenjiva komponenta ugodnog života.

U ovom predmetnom projektu proračunat je sistem grijanja javne zgrade. Ograde su izolovane. Sistem grijanja je dizajniran u skladu sa važećim SNiP-ovima i GOST-ovima, uzimajući u obzir zahtjeve zakona o uštedi energije. Razvijena je komercijalna jedinica za mjerenje topline, a predviđena je i ugradnja zapornih i regulacijskih ventila.

Određivanje koeficijenta prolaza topline ogradnih konstrukcija.

Određivanje koeficijenta prijenosa topline vanjskog zida.

Početni podaci:

Građevinsko područje - Vladimir;

Procijenjena temperatura zraka u zatvorenom prostoru nijansa= 16oS;

Vlažnost u prostoriji - normalno.

Zona vlažnosti prema Dodatku 1* SNiP II-3-79* - vlažna, radni uslovi prema Dodatku 2 pri normalnoj vlažnosti - parametar B.

Zidna konstrukcija:

1. Cementno-pješčani malter: δ1= 0,02 m;

λ λ1 = 93W/m oS;

2. Podloga od mineralne vune: δ2 = ? m; γ2= 75 kg/m3; λ2 = 0,064, W/m oC;

3. Ćelijski beton: δ3 =0,24; γ3= 1000 kg/m3; λ3 = 0,47, W/moS;

4. Kompleksno rješenje: δ4 = 0,02 m; λ4 = 0,87 W/m oC.

Koeficijent toplotne provodljivosti, λ, određuje se u zavisnosti od gustine materijala γ i od uslova rada (parametar B, Dodatak 3* SNiP II-3-79*).

αint = 8,7 W/m2°C

αext = 23 W/m2°C

Redoslijed izračunavanja.

1. Određivanje stepena-dana grejnog perioda:

Dd = (boja - tht) Zht = (16-(-3,5)) 213 = 4153,5 °C dan.

2. Određivanje normalizovane vrednosti otpora prenosa toplote prema tab. 4. SNiP:

Rreg = a Dd + b = 0,0003 4153,5+1,6=2,8

3. Određivanje ukupnog toplotnog otpora:

4. Na osnovu termičkih uslova, gdje je R0 ≥ Rreg, izjednačavamo R0 sa Rreg:

2,8 = m2 °C/W

5. Određivanje debljine izolacionog sloja:

δ2 = (2,8-0,71) 0,064 = 0,133 m.

6. Određivanje ukupnog toplotnog otpora, uzimajući u obzir δ2

7. Provera termičkih uslova: R0 ≥ Rreg.

2,9 > 2,8 => uslov ispunjen.

8. Koeficijent prolaza toplote potkrovlja:

K=

Određivanje koeficijenta prolaza topline nepotkrovlja.

Dizajn korica:

1. 4 sloja krovnog materijala: δ1=0,25 m; λ1=0,17 W/m oS;

2. Cementna košuljica: δ2= 0,02 m; γ2= 1800 kg/m3; λ 2 \u003d 0,93 W / m ° C;

3. Ploče od mineralne vune: δ3 = ? m; γ3= 200 kg/m3; λ3 = 0,076 W/m oS;

4. Cementna košuljica: δ4= 0,02 m; γ4= 1800 kg/m3; λ 4 \u003d 0,93 W / m ° C;

5. armirano-betonska ploča: δ5 = 0,22 m; γ5= 2500 kg/m3; λ5 = 2,04 W/m oC.

Pronalazimo podatke za obračun:

nijansa= 16 °C;

tekst= - 28 °C;

zht= 213 dana;

tht= -3,5 oS;

α int= 8,7 W/m2 °C; ,

α lok= 23 W/m2 °C;

Redoslijed izračunavanja:

1. Odredite stepen-dan perioda grijanja:

Dd = (nijansa - tht) . zht \u003d (16 - (- 3,5)) 213 = 4153,5 °C dan.

2. Prema tabeli 1 * određujemo potrebnu toplotnu otpornost:

Rreq=a Dd+b=0,0003 4153,5 +1,6=2,8 m2 oC/W

3. Odredite ukupni toplinski otpor:

4. Na osnovu termičkih uslova, gdje je Ro ≥ Rreq, izjednačavamo

5. Pronađite debljinu izolacionog sloja:

δ3 = (2,8 - 0,71) 0,076 = 0,158 m;

6. Odredite ukupni toplotni otpor, uzimajući u obzir δ3:

;

7. Provjera termičkog stanja: R0 ≥ Rreq

2,78 ≥ 2,8 => uslov ispunjen;

8. Koeficijent prolaza toplote:

.

Određivanje koeficijenta prijenosa topline vanjskih vrata.

1. Odredite potrebnu toplinsku otpornost vanjskog zida prema formuli:

2. Potrebna termička otpornost vanjskih vrata:

R0dv =0,6 · Rreq.st.=0,6 · 2,8 \u003d 1,68 m2 ° C / W,

3. koeficijent prolaza toplote vrata:

.

Rezultati proračuna su sažeti u tabeli 1.1.

Zbirna tabela koeficijenata prolaza topline ograda.

Tabela 1.1.

	Naziv ograde	m2oS/W	W/m2oS
	vanjski zid
	Pod bez krova
	vanjska vrata
	Prozorska rupa
	Kat u prizemlju I zona

3.1.4 Izbor i opravdanost usvojenog sistema grijanja.

Budući da imamo proizvodnu dvospratnu zgradu bez podruma i bez potkrovlja, biramo dvocijevni sistem grijanja sa nižim ožičenjem. Kod dvocijevnog sistema grijanja sa nižim ožičenjem, dovodni i povratni vodovi prolaze u podu ili iznad poda poda, a rashladna tekućina ulazi samostalno u svaki radijator. Da bi se uklonio vazduh iz sistema, ventili za odzračivanje moraju biti instalirani na gornjim radijatorima. Prednosti ove vrste ožičenja uključuju dobro podešavanje sistema, mogućnost isključivanja svakog uređaja za grijanje, mogućnost povezivanja sistema dok se zgrada gradi, odsustvo grejnih uređaja za prekoračenje, kao i odsustvo uspona i napajanja. linije.

3.1.5 Osnovne formule za proračun za hidraulički proračun sistema grijanja.

1) Projektni cirkulacijski pritisak izračunava se pomoću formule:

ΔRR=100 · Lck+B· 3 · hovo· novo(tG-to);

Lck je dužina cirkulacijskog prstena.

B je korekcijski faktor koji uzima u obzir vrijednost prirodnog cirkulacijskog tlaka tokom perioda održavanja izračunatog hidrauličkog tlaka u sistemu. Prihvaćeno je B=1- za jednocevne pumpne sisteme i B=0,4- za dvocevne sisteme.

het - visina poda.

net - broj spratova

2) Specifični gubitak pritiska usled trenja po 1 m cevi određuje se formulom:

;

3) Potrošnja vode na lokaciji određuje se formulom:

;

β1 i β2 su koeficijenti za uzimanje u obzir dodatnog toplotnog toka prilikom zaokruživanja iznad izračunate vrijednosti.

4) Gubitak pritiska u glavnom cirkulacijskom prstenu određuje se formulom:

ΔR=∑(Rl+z);

Rl - ukupni gubitak pritiska u presjeku duž dužine.

z – gubici pritiska zbog lokalnih otpora.

5) Gubitak pritiska u glavnom cirkulacijskom prstenu mora biti manji od izračunatog cirkulacionog pritiska za 15%