Методика расчёта сопротивления теплопередачи ограждающей конструкции здания с учётом покрытия «Moutrical». Тепловой поток с наружной поверхности стены в окружающее пространство имеет две составляющие (рис1) Конвективная.
Вид материала | Документы |
СодержаниеРис. 1 Схема тепловых потерь с поверхности стены. |
- Ооо «инновационные технологии», 48.74kb.
- Барабанщиков Юрий Германович ограждающие конструкции и материалы методические указания, 834.17kb.
- Техническое задание на производство инженерно-геологических изысканий для строительства, 31.2kb.
- Методика расчета размера платы за услуги по передаче тепловой энергии в системах централизованного, 530.59kb.
- Заявление о выдаче Разрешения на установку и эксплуатацию рекламной конструкции (средства, 26.51kb.
- 9-я Международная научно-практическая конференция и выставка покрытия и обработка поверхности, 86.17kb.
- Введение Основы теории коррозии, 479.15kb.
- Ии Положения «О размещении средств наружной рекламы в городе Анжеро-Судженске» в редакции, 55.77kb.
- Покрытия жилых, общественных и промышленных зданий, 35.44kb.
- Физический факультет, 286.54kb.
Методика расчёта сопротивления теплопередачи ограждающей конструкции здания с учётом покрытия «Moutrical».
Тепловой поток с наружной поверхности стены в окружающее пространство имеет две составляющие (рис1)
- Конвективная. Является результатом передачи тепла с поверхности стены наружному воздуху.
, (1)
где αн- коэффициент конвективной передачи с поверхности стены; Тнп и Тн – соответственно температура поверхности стены и наружного воздуха.
- Радиационная. Является результатом дистанционной передачи тепла с поверхности стены окружающим объектам за счёт инфракрасного излучения.
, (2)
где ε – излучательная способность поверхности стены, σ0=5,67*10-8 Вт/м2К4 – постоянная Стефана-Больцмана, Тrz- эффективная радиационная температура окружающего пространства.
Рис. 1 Схема тепловых потерь с поверхности стены.
Таким образом, плотность потока тепловых потерь с поверхности стены определяется следующей формулой
, (3)
Все величины, входящие в соотношение (3), являются достаточно широко изученными, за исключением эффективной радиационной температуры окружающего пространства Тrz , одной из составляющей которой является радиационная температура высоких слоёв атмосферы Тr. Данная величина не является постоянной и зависит от состояния атмосферы (облачность, влажность воздуха, запылённость и т.п.) Так например при температуре воздуха у поверхности земли Тн=300 К принимать температуру высоких слоёв атмосферы Тr=250 К для облачной местности и Тr=100 К для безоблачной. Анализ литературы показал, что для южных и средних широт среднестатистическую радиационную температуру высоких слоёв атмосферы можно определить из соотношения [2].
, (4)
Поверхность стены обменивается энергией излучения не только с атмосферой, но и с поверхностью земли и другими объектами, имеющими свою радиационную температуру Тz , которая отличается от температуры атмосферы Тr. При этом для отдельно стоящего здания половина радиационной составляющей тепловых потерь приходится на радиационный
энергообмен между стеной и атмосферой (рис 1), а другая – на радиационный энергообмен между стеной и поверхностью земли.
, (5)
Из соотношения (2) и (5) имеем, что эффективную радиационную температуру окружающего пространства можно определить соотношением
, (6)
При этом рекомендуется в расчётах принимать, что радиационная температура Тz= Тн. С учётом последнего и соотношения (4) получаем выражение для расчёта эффективной радиационной температуры окружающего пространства.
, (7)
Которая используется в методике расчёта сопротивления теплопередаче стены с покрытием «Moutrical».
Материал Moutrical представляет собой компаунд из полых стеклянных микросфер и связующего, является оптической системой, активно работающей в области теплового, инфрокрасного излучения. Преломление и интерференция излучения на полых стеклянных микросферах в совокупности с излучением и поглощением электромагнитной энергии материала стекла и связующего приводит к изменению излучательной способности поверхности стены, покрытой «Moutrical». При этом излучательная способность поверхности зависит от многих факторов: размеров и концентрации полых микросфер, оптических свойств связующего, излучательной способности поверхности стены на которую наносится покрытие «Moutrical», и т.п. Излучательная способность материала «Moutrical» меньше излучательной способности поверхностей строительных материалов, что приводит к сокращению радиационной составляющей теплопотерь и соответственно, к изменению структуры и уменьшению величины теплового потока с поверхности стены.
Рассмотрим количественно уменьшение теплопотерь с поверхности стены при изменении излучательной способности наружной поверхности стены. Пусть поверхность стены имеет температуру Тнп и излучательную способность ε0. Тогда плотность теплых потерь в соответствии с формулой (3) определяется соотношением.
, (8)
После нанесения покрытия «Moutrical» с излучательной способностью εт и прочих равных условиях плотность теплового потока с поверхности стены становится равной.
, (9)
Тогда для относительной величины энергосберегающего эффекта
, (10)
С учётом (8) и (9) можно получить следующее соотношение
, (11)
Из теоретических и экспериментальных данных [4,5] о коэффициенте теплообмена для турбулентного режима свободной конвекции следует, что
, (12)
Где γ – коэффициент, учитывающий природу газа и температурный режим. Так для атмосферного воздуха этот коэффициент может быть аппроксимирован в диапазоне температур -40 °С
, (13)
Где tн температура по шкале Цельсия связана с абсолютной температурой соотношением Тн=tн+273. Из (11) с учётом (12) и (13) получаем выражение для определения коэффициента теплосбережения.
, (14)
Как показал проведённый численный анализ, в интересующем нас диапазоне температур: -30 °С < tн < 0 °С и 0,2 °С<( tпн -tн)< 5 °С последнее условие справедливо для конструкции с сопротивлением теплопередаче 0,4 < Rт < 2,5 м2С/Вт, выражение (14) может быть аппроксимировано (точность ±2%) в формулу.
, (15)
В силу того, что нанесение покрытия «Moutrical» приводит к изменению структуры и величины тепловых потерь с поверхности стены, сопротивление теплопередаче стены с покрытием также изменяется. Для определения отмеченного изменения рассмотрим две конструктивно одинаковые стены, ограждающие помещение с температурой внутреннего воздуха равной Тв. Наружная поверхность одной из стен покрыта «Moutrical», который имеет более низкую излучательную способность εм чем наружная поверхность стены без покрытия ε0.
Из классического определения сопротивления теплопередачи [4] имеем:
- сопротивление теплопередачи стены без покрытия
, (16)
- сопротивление теплопередачи стены с покрытием «Moutrical»
, (17)
Из (16) и (17) с учётом (10) получаем
, (18)
Отметим, что после нанесения покрытия конструктивно добавляется тонкий слой плёнки «Moutrical», обладающий своим коэффициентом теплопроводности, то начальное сопротивление теплопередаче должно быть увеличено на собственное термическое сопротивление материала «Moutrical» RM. С учётом выше сказанного получаем формулу для определения среднего сопротивления теплопередаче стены с нанесённым на нее покрытием «Moutrical».
, (19)
Как видно из выше сказанного, теплотехнический расчёт для стен с наружным покрытием «Moutrical» основан на известной величине излучательной способности покрытия. Экспериментальные исследования показывают, что покрытие «Moutrical», имеет эффективную излучательную способность εм=0,75 в температурном диапазоне работы строительных конструкций.
Литература:
- Крейт Ф., Блэк У. Основы теплопередачи: Пер. с англ. –М: Мир, 1983. -512с.
- К.Ф. Фокин «Строительная теплотехника ограждающих частей зданий»
- В.И.Кушнырев, В.И.Лебедев, В.А.Павленко, Техническая термодинамика и теплопередача, - М.: Стройиздат, 1986, 457 с.
- Лыков А.В. Тепломассообмен: (Справочник). –М: Энергия, 1978, -480с
- Мартыненко О.Т., Соковишин Ю. А. Свободно-конвективный теплообмен: Справочник, -М: Наука и техника, 1982, -400с.
- Табунщиков Ю.А., Хромец Д.Ю. Тепловая защита ограждающих конструкций зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1986.
- Домбровский Л.А. Моделирование теплового излучения полимерного покрытия, содержащего полые микросферы.// Теплофизика высоких температур, 2005, №2.
Расчёт сопротивления теплопередаче вертикальной ограждающей конструкции с наружным покрытием «Moutrical».
- Сопротивление теплопередаче вертикальной ограждающей конструкции с наружным покрытием «Moutrical» рассчитывается по формуле (выведенной в Методика расчёта сопротивления теплопередачи ограждающей конструкции здания.)
, (1)
Где Rт - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции без покрытия «Moutrical», м2С/Вт;
Rм – собственное термическое сопротивление покрытия «Moutrical», м2С/Вт;
E – средний коэффициент теплосбережения за счёт покрытия «Moutrical» в натурных условиях, безразмерная величина.
2. Сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции Rт без покрытия «Moutrical» рассчитывается согласно СНиП 2.04.14-88.
3. Собственное термическое сопротивление плёнки Moutrica Rм зависит от толщины покрытия и теплопроводности материала.
4. Средний коэффициент теплосбережения за счёт нанесения покрытия «Moutrical» рассчитывается по следующей формуле:
, (2)
Где - излучательная способность материала наружной поверхности до нанесения покрытия «Moutrical», определяется из таблицы 1.;
= 0,75 эффективная излучательная способность покрытия «Moutrical»;
- температура внутреннего воздуха °С;
- Температура воздуха наиболее холодных суток, °С, определяется по СНиП 23-01-99;
- коэффициент теплопередачи наружной поверхности ограждающей конструкции определяется по СНиП 2-3-79, Вт/(м2С).
5. Средне годовые нормативные потери тепла для стены с заданной суммарной поверхностью при принятом сопротивлении теплопередачи.
Где F – площадь поверхности для нанесения материала «Moutrical»
Δt – разность между внутренней температурой помещения и температурой воздуха наиболее холодной суток, °С, определяется по СНиП 23-01-99
Δk – коэффициент обратный нормированному сопротивлению теплопередачи
n – количество дней отопительного периода с температурой 8С
Таблица 1. Излучательная способность некоторых материалов.
Материал | Излучательная способность | Материал | Излучательная способность |
Асфальт | 0.90-0.98 | Краска: белая глянцевая | 0.93 |
Пластик (РЕ, РР, РУС) | 0.94-0.95 | Краска: белая эмаль | 0.80 |
Алюминиевая фольга | 0.03-0.05 | Краска: черная глянцевая | 0.91 |
Кирпич | 0.93 | Краска: черная эмаль | 0.80 |
Стекло | 0.95 | Бумага | 0.91 |
Железо (полированное) | 0.06 | Штукатурка | 0.92 |
Железо (ржавое) | 0.85 | Серебро | 0.91 |
Мрамор | 0.93 | Дерево | 0.02 |
Пример расчёта для ограждающей вертикальной конструкции с наружным покрытием «Moutrica».
Определить среднегодовые нормативные потери тепла для кирпичной стены толщиной 500 мм, и площадью 100 м2, изготовленной из керамического кирпича плотностью 1400 кг/м3 за время отопительного периода с температурой его начала 8С.
Наружная поверхность окрашена покрытием «Moutrical», внутренняя поверхность оштукатурена известково-песчаным раствором. Стена эксплуатируется в Краснодарской области, г. Краснодар в качестве ограждения жилого или общественного помещения.
1. По СНиП 2-3-79 приложение 3 определяем значение λк = 0,78 Вт/(мС ) для кирпича и λшт = 0,81 Вт/(мС ) для штукатурки с учётом эксплуатационной влажности. Термическое сопротивление многослойной стены без учёта покрытия «Moutrica"l» определяется по СНиП 2.04.14 в соответствии с формулой 3 данного СНиПа
2. Сопротивление теплопередачи стены без учёта покрытия «Moutrical» рассчитывается по формуле 4 СНиПа 2-3-79:
Значения αн Вт/(м2С ) и αв Вт/(м2С ) – определяются по таблицам 6 и 4 СНиП 2-3-79
- Средне годовые потери тепла для стены с заданной суммарной поверхностью при определённом сопротивлении теплопередачи составят.
3.1 Определяем разность между внутренней температурой помещения и температурой воздуха наиболее холодной суток.
tв – температура внутреннего воздуха, принимается 20 С
tн – температурой воздуха наиболее холодной суток, -27 °С, определяется по СНиП 23-01-99
3.2 Коэффициент обратный нормированному сопротивлению теплопередачи
Rт – Сопротивление теплопередачи стены без учёта покрытия «Moutrical». Rт=0,8118
3.3 Количество дней отопительного периода с температурой 8С, для г. Краснодара составит n – 149 дней по СНиП 23-01-99
- Средне годовые потери тепла для стены с заданной суммарной поверхностью при определённом сопротивлении теплопередачи без нанесения покрытия «Moutrical» составят:
- Собственное термическое сопротивление слоя покрытия «Moutrical» толщиной 1 мм (2 слоя) и теплопроводностью λм = 0,047 Вт/(мС ) будет равняться RM=0.0212
- Из таблицы 1 настоящих рекомендаций определяется излучательная способность кирпичной поверхности: ε0=0,93
- Эффективная излучательная способность покрытия «Moutrical»: εм=0,75
- Средний коэффициент теплосбережения за счёт нанесения покрытия «Moutrical» рассчитывается по формуле (2) настоящих рекомендаций
- Среднее сопротивление теплопередаче стены с нанесённым покрытием «Moutrical» рассчитывается по формуле 1 настоящих рекомендаций
- Средне годовые потери тепла для стены с заданной суммарной поверхностью с нанесённым покрытием «Moutrical».
10. Определение экономии тепла за счёт нанесения 1 мм покрытия «Moutrical» на вертикальную стену площадью 100 м2.
Вывод: Таким образом нанесение 1 мм (2 слоя) покрытия «Moutrical» на вертикальную стену площадью 100 м2, изготовленной из керамического кирпича и климатических условий г. Краснодара позволяет снизить потери тепла на 18,7%.