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

Содержание

Рис. 1 Схема тепловых потерь с поверхности стены.

Подобный материал:

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 α_н- коэффициент конвективной передачи с поверхности стены; Т_нп и Т_н – 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, Т_rz- 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 Т_rz , одной из составляющей которой является радиационная температура высоких слоёв атмосферы Т_r. 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 Т_н=300 К принимать температуру высоких слоёв атмосферы Т_r=250 К для облачной местности и Т_r=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 Т_z , которая отличается от температуры атмосферы Т_r. 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 Т_z= Т_н. 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 Т_нпи излучательную способность ε₀. Тогда плотность теплых потерь в соответствии с формулой (3) определяется соотношением.

, (8)

После нанесения покрытия «Moutrical» с излучательной способностью ε_т 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 °Сн< 10 °С следующим выражением.

, (13)

Где t_н температура по шкале Цельсия связана с абсолютной температурой соотношением Т_н=t_н+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 < t_н< 0 °С и 0,2 °С<( t_пн -t_н)< 5 °С последнее условие справедливо для конструкции с сопротивлением теплопередаче 0,4 < R_т< 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 Т_в. Наружная поверхность одной из стен покрыта «Moutrical», который имеет более низкую излучательную способность ε_м чем наружная поверхность стены без покрытия ε_0.

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» R_M. 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 ε_м=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 R_т - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции без покрытия «Moutrical», м²С/Вт;

R_м – 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 R_т без покрытия «Moutrical» рассчитывается согласно СНиП 2.04.14-88.

3. Собственное термическое сопротивление плёнки Moutrica R_м 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  8С

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 8С.

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 λ_к = 0,78 Вт/(мС ) для кирпича и λ_шт = 0,81 Вт/(мС ) 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/(м²С ) и αв Вт/(м²С ) – 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.

t_в – температура внутреннего воздуха, принимается 20 С

t_н – температурой воздуха наиболее холодной суток, -27 °С, определяется по СНиП 23-01-99

3.2 Коэффициент обратный нормированному сопротивлению теплопередачи

R_т – Сопротивление теплопередачи стены без учёта покрытия «Moutrical». R_т=0,8118

3.3 Количество дней отопительного периода с температурой  8С, 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 λ_м = 0,047 Вт/(мС ) будет равняться R_M=0.0212
Из таблицы 1 настоящих рекомендаций определяется излучательная способность кирпичной поверхности: ε₀=0,93
Эффективная излучательная способность покрытия «Moutrical»: ε_м=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%.

Blog

Содержание