Khe hở không khí kín. Lỗ hổng không khí

Độ dày lớp không khí, m	Điện trở nhiệt của lớp không khí kín R ch, m 2 °C/W
nằm ngang với dòng nhiệt từ dưới lên trên và theo chiều dọc	nằm ngang với dòng nhiệt từ trên xuống dưới
ở nhiệt độ không khí trong lớp
tích cực	tiêu cực	tích cực	tiêu cực
0,01	0,13	0,15	0,14	0,15
0,02	0,14	0,15	0,15	0,19
0,03	0,14	0,16	0,16	0,21
0,05	0,14	0,17	0,17	0,22
0,10	0,15	0,18	0,18	0,23
0,15	0,15	0,18	0,19	0,24
0,20-0,30	0,15	0,19	0,19	0,24

Dữ liệu ban đầu cho các lớp kết cấu bao quanh;
- sàn gỗ (bảng lưỡi và rãnh); δ1 = 0,04m; λ 1 = 0,18 W/m°C;
- rào cản hơi; phi vật chất.
- lỗ hổng không khí: Rpr = 0,16 m2 °C/W; δ 2 = 0,04 m λ 2 = 0,18 W/m °C; ( Điện trở nhiệt của lớp không khí kín >>>.)
- vật liệu cách nhiệt(xốp); δ ut = ? m; λut = 0,05 W/m°C;
- tầng phụ(Cái bảng); δ3 = 0,025m; λ 3 = 0,18 W/m°C;

Sàn gỗ trong một ngôi nhà bằng đá.

Như chúng tôi đã lưu ý, để đơn giản hóa việc tính toán kỹ thuật nhiệt, hãy sử dụng hệ số nhân ( k), làm cho giá trị điện trở nhiệt tính toán gần với điện trở nhiệt khuyến nghị của các kết cấu bao quanh; đối với tầng trên tầng hầm và tầng hầm hệ số này là 2,0. Chúng tôi tính toán điện trở nhiệt cần thiết dựa trên thực tế là nhiệt độ không khí bên ngoài (trong lòng đất) bằng; - 10°C. (tuy nhiên, mọi người đều có thể đặt nhiệt độ mà họ cho là cần thiết cho trường hợp cụ thể của mình).

Chúng tôi đếm:

Ở đâu Rtr- yêu cầu về độ bền nhiệt,
tv- nhiệt độ thiết kế của không khí bên trong, °C. Nó được chấp nhận theo SNiP và bằng 18 °C, nhưng vì tất cả chúng ta đều yêu thích sự ấm áp nên chúng tôi khuyên bạn nên tăng nhiệt độ không khí bên trong lên 21 °C.
t- nhiệt độ không khí bên ngoài ước tính, °C, bằng nhiệt độ trung bình trong khoảng thời gian 5 ngày lạnh nhất ở một khu vực xây dựng nhất định. Chúng tôi đề nghị nhiệt độ trong lòng đất t chấp nhận “-10°C”, tất nhiên, đây là một khoản dự trữ lớn đối với khu vực Moscow, nhưng ở đây, theo chúng tôi, thà thế chấp quá mức còn hơn là không tính. Chà, nếu bạn tuân theo các quy tắc, thì nhiệt độ không khí bên ngoài tn được lấy theo SNiP “Xây dựng Khí hậu học”. Bạn cũng có thể tìm hiểu giá trị tiêu chuẩn bắt buộc từ các tổ chức xây dựng địa phương hoặc các sở kiến ​​trúc khu vực.
δt n α trong- tích ở mẫu số của phân số bằng: 34,8 W/m2 - đối với tường ngoài, 26,1 W/m2 - đối với lớp phủ và tầng gác mái, 17,4 W/m2 ( trong trường hợp của chúng ta) - đối với các tầng trên tầng hầm.

Hiện nay tính toán độ dày lớp cách nhiệt làm từ xốp polystyrene ép đùn (styrofoam).

Ở đâuδ ut - độ dày của lớp cách điện, m;
δ 1…… δ 3 - chiều dày của từng lớp kết cấu bao quanh, m;
λ 1…… λ 3 - hệ số dẫn nhiệt của từng lớp riêng lẻ, W/m °C (xem Sổ tay Nhà xây dựng);
rp - Độ bền nhiệt của lớp không khí, m2°C/W. Nếu hệ thống thông gió không được cung cấp trong cấu trúc bao quanh thì giá trị này sẽ bị loại khỏi công thức;
α trong, α n - hệ số truyền nhiệt của bề mặt bên trong và bên ngoài của sàn, tương ứng bằng 8,7 và 23 W/m2 °C;
λ út - hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt(trong trường hợp của chúng tôi, xốp là bọt polystyrene ép đùn), W/m °C.

Phần kết luận;Để đáp ứng yêu cầu về điều kiện nhiệt độ hoạt động của ngôi nhà, độ dày lớp cách nhiệt của tấm xốp polystyrene bố trí ở tầng hầm dầm gỗ(độ dày dầm 200 mm) tối thiểu phải là 11 cm. Vì ban đầu chúng tôi đặt các tham số tăng cao nên các tùy chọn có thể như sau; đây có thể là một chiếc bánh được làm từ hai lớp tấm xốp 50 mm (tối thiểu) hoặc một chiếc bánh được làm từ bốn lớp tấm xốp 30 mm (tối đa).

Xây dựng nhà ở khu vực Moscow:
- Xây dựng một ngôi nhà khối xốp ở khu vực Moscow. Độ dày của tường nhà làm bằng khối xốp >>>
- Tính toán độ dày của tường gạch trong quá trình xây dựng một ngôi nhà ở khu vực Moscow. >>>
- Xây dựng bằng gỗ nhà gỗở khu vực Moscow. Độ dày của bức tường của một ngôi nhà gỗ. >>>

Bài báo đề cập đến việc thiết kế hệ thống cách nhiệt với khe hở không khí khép kín giữa lớp cách nhiệt và tường của tòa nhà. Người ta đề xuất sử dụng các vật liệu thấm hơi trong vật liệu cách nhiệt để ngăn chặn sự ngưng tụ hơi ẩm trong lớp không khí. Một phương pháp được đưa ra để tính diện tích các phần chèn tùy thuộc vào điều kiện sử dụng vật liệu cách nhiệt.

Bài viết này mô tả hệ thống cách nhiệt có khoảng không khí chết giữa lớp cách nhiệt và tường ngoài của tòa nhà. Các vật liệu thấm hơi nước được đề xuất sử dụng trong cách nhiệt nhằm ngăn ngừa sự ngưng tụ hơi ẩm trong không gian. Phương pháp tính diện tích của các phần chèn đã được đưa ra tùy thuộc vào điều kiện sử dụng vật liệu cách nhiệt.

GIỚI THIỆU

Khe hở không khí là một yếu tố của nhiều lớp vỏ công trình. Công trình đã nghiên cứu tính chất của các kết cấu bao quanh có lớp không khí khép kín và thông gió. Đồng thời, các tính năng của ứng dụng của nó trong nhiều trường hợp đòi hỏi phải giải quyết các vấn đề về kỹ thuật sưởi ấm tòa nhà trong các điều kiện sử dụng cụ thể.

Thiết kế hệ thống cách nhiệt với lớp không khí thông thoáng được biết đến và sử dụng rộng rãi trong xây dựng. Ưu điểm chính của hệ thống này so với hệ thống thạch cao nhẹ là khả năng thực hiện công việc cách nhiệt tòa nhà quanh năm. Hệ thống buộc cách nhiệt trước tiên được gắn vào lớp vỏ của tòa nhà. Lớp cách nhiệt được gắn vào hệ thống này. Lớp bảo vệ bên ngoài của lớp cách nhiệt được lắp đặt ở một khoảng cách nhất định với nó, sao cho một khe hở không khí được hình thành giữa lớp cách nhiệt và hàng rào bên ngoài. Thiết kế của hệ thống cách nhiệt cho phép thông gió qua khe hở không khí nhằm loại bỏ độ ẩm dư thừa, làm giảm lượng hơi ẩm trong lớp cách nhiệt. Những nhược điểm của hệ thống này bao gồm sự phức tạp và nhu cầu, cùng với việc sử dụng vật liệu cách nhiệt, phải sử dụng hệ thống vách ngoài cung cấp khoảng trống cần thiết cho không khí di chuyển.

Một hệ thống thông gió được biết đến trong đó khe hở không khí tiếp giáp trực tiếp với tường của tòa nhà. Cách nhiệt được làm dưới dạng tấm ba lớp: lớp trong là vật liệu cách nhiệt, lớp ngoài là nhôm và lá nhôm. Thiết kế này bảo vệ lớp cách nhiệt khỏi sự xâm nhập của cả độ ẩm trong khí quyển và độ ẩm từ cơ sở. Do đó, đặc tính của nó không bị suy giảm trong bất kỳ điều kiện vận hành nào, cho phép tiết kiệm tới 20% lớp cách nhiệt so với các hệ thống thông thường. Nhược điểm của các hệ thống này là cần phải thông gió lớp để loại bỏ hơi ẩm di chuyển từ mặt bằng của tòa nhà. Điều này dẫn đến giảm tính chất cách nhiệt của hệ thống. Ngoài ra, tổn thất nhiệt từ các tầng dưới của tòa nhà tăng lên do không khí lạnh đi vào lớp qua các khe hở ở đáy hệ thống cần một thời gian để nóng lên đến nhiệt độ ổn định.

HỆ THỐNG CÁCH NHIỆT CÓ LỚP KHÍ KÍN

Có thể sử dụng hệ thống cách nhiệt tương tự như hệ thống có khe hở không khí kín. Cần chú ý đến thực tế là sự chuyển động của không khí trong lớp xen kẽ chỉ cần thiết để loại bỏ độ ẩm. Nếu chúng ta giải quyết vấn đề loại bỏ độ ẩm theo cách khác, không cần thông gió, chúng ta sẽ có được một hệ thống cách nhiệt với khe hở không khí khép kín mà không có những nhược điểm nêu trên.

Để giải quyết vấn đề, hệ thống cách nhiệt phải có dạng như hình 2. 1. Việc cách nhiệt của tòa nhà phải được thực hiện bằng các tấm lót thấm hơi làm bằng vật liệu cách nhiệt, ví dụ, len khoáng sản. Hệ thống cách nhiệt phải được bố trí sao cho hơi nước được loại bỏ khỏi lớp xen kẽ và độ ẩm bên trong nó thấp hơn điểm sương trong lớp xen kẽ.

1 – tường xây; 2 – các bộ phận buộc chặt; 3 – tấm cách nhiệt; 4 – vật liệu cách nhiệt và hơi nước

Cơm. 1. Cách nhiệt bằng vật liệu thấm hơi

Đối với áp suất hơi bão hòa trong lớp giữa, chúng ta có thể viết biểu thức:

Bỏ qua nhiệt trở của không khí trong lớp xen giữa, ta xác định nhiệt độ trung bình bên trong lớp xen kẽ theo công thức

(2)

Ở đâu Thiếc, T ra– nhiệt độ không khí bên trong tòa nhà và không khí bên ngoài, tương ứng là o C;

R 1 , R 2 – khả năng truyền nhiệt của tường và lớp cách nhiệt tương ứng là m 2 × o C/W.

Để hơi nước di chuyển từ phòng qua tường của tòa nhà, chúng ta có thể viết phương trình:

(3)

Ở đâu Ghim, P- áp suất hơi riêng phần trong phòng và lớp xen kẽ, Pa;

S 1 – diện tích mặt ngoài tường tòa nhà, m 2;

k pp1 - hệ số thấm hơi của tường, bằng:

Đây R pp1 = m 1 / tôi 1 ;

m 1 - hệ số thấm hơi của vật liệu làm tường, mg/(m×h×Pa);

tôi 1 – độ dày thành, m.

Đối với hơi nước di chuyển từ khe hở không khí thông qua các vật liệu thấm hơi trong lớp cách nhiệt của tòa nhà, chúng ta có thể viết phương trình:

(5)

Ở đâu P ra- áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí bên ngoài, Pa;

S 2 – diện tích tấm cách nhiệt thấm hơi trong lớp cách nhiệt của tòa nhà, m2;

k pp2 - hệ số thấm hơi của vật liệu chèn, bằng:

Đây R pp2 = m2 / tôi 2 ;

m 2 - hệ số thấm hơi của vật liệu làm vật liệu chèn thấm hơi, mg/(m×h×Pa);

tôi 2 – độ dày hạt dao, m.

Bằng cách đánh đồng vế phải của phương trình (3) và (5) và giải phương trình thu được về sự cân bằng hơi nước trong lớp xen kẽ đối với P, chúng ta thu được giá trị áp suất hơi trong lớp xen kẽ dưới dạng:

(7)

trong đó e = S 2 /S 1 .

Viết điều kiện không có sự ngưng tụ hơi ẩm trong lớp không khí dưới dạng bất đẳng thức:

và sau khi giải quyết nó, chúng ta thu được giá trị yêu cầu của tỷ lệ giữa tổng diện tích của các phần chèn thấm hơi với diện tích tường:

Bảng 1 thể hiện dữ liệu thu được đối với một số phương án kết cấu bao quanh. Các tính toán giả định rằng hệ số dẫn nhiệt của lớp đệm thấm hơi bằng hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt chính trong hệ thống.

Bảng 1. Giá trị ε cho các phương án tường khác nhau

Chất liệu tường	tôi 1m	l 1, W/(m× o C)	m 1, mg/(m×h ×Pa)	tôi 2, m	l 2, W/(m× o C)	m 2, mg/(m×h ×Pa)	Nhiệt độ, khoảng C			Áp lực, Pa
											P chúng ta
Gạch silicat khí
Gạch gốm

Các ví dụ nêu trong Bảng 1 cho thấy có thể thiết kế cách nhiệt với khe hở không khí khép kín giữa lớp cách nhiệt và tường của tòa nhà. Đối với một số cấu trúc tường, như trong ví dụ đầu tiên từ Bảng 1, bạn có thể thực hiện mà không cần vật liệu chèn thấm hơi. Trong các trường hợp khác, diện tích của các tấm lót thấm hơi có thể không đáng kể so với diện tích của tường cách nhiệt.

HỆ THỐNG CÁCH NHIỆT VỚI ĐẶC ĐIỂM NHIỆT ĐƯỢC KIỂM SOÁT

Thiết kế hệ thống cách nhiệt đã trải qua sự phát triển đáng kể trong 50 năm qua và ngày nay các nhà thiết kế có nhiều lựa chọn về vật liệu và thiết kế theo ý mình: từ việc sử dụng rơm đến cách nhiệt chân không. Cũng có thể sử dụng các hệ thống cách nhiệt chủ động, các tính năng của hệ thống này cho phép đưa chúng vào hệ thống cung cấp năng lượng của các tòa nhà. Trong trường hợp này, các đặc tính của hệ thống cách nhiệt cũng có thể thay đổi tùy theo điều kiện môi trường, đảm bảo mức độ thất thoát nhiệt liên tục từ tòa nhà bất kể nhiệt độ bên ngoài.

Nếu bạn đặt mức thất thoát nhiệt cố định Q qua lớp vỏ công trình, giá trị yêu cầu của khả năng cản nhiệt truyền giảm sẽ được xác định theo công thức

(10)

Hệ thống cách nhiệt có lớp ngoài trong suốt hoặc có lớp không khí thông gió có thể có những đặc tính này. Trong trường hợp đầu tiên, năng lượng mặt trời được sử dụng, và trong trường hợp thứ hai, năng lượng nhiệt của đất có thể được sử dụng bổ sung cùng với bộ trao đổi nhiệt trên mặt đất.

Trong hệ thống cách nhiệt trong suốt, khi mặt trời ở vị trí thấp, các tia của nó truyền gần như không thất thoát vào tường, làm nóng tường, từ đó giảm thất thoát nhiệt ra khỏi phòng. TRONG thời gian mùa hè, khi mặt trời lên cao so với đường chân trời, các tia nắng gần như bị phản xạ hoàn toàn khỏi tường của tòa nhà, từ đó ngăn chặn tình trạng quá nóng của tòa nhà. Để giảm dòng nhiệt ngược, lớp cách nhiệt được chế tạo dưới dạng cấu trúc tổ ong, đóng vai trò bẫy ánh sáng mặt trời. Nhược điểm của hệ thống như vậy là không thể phân phối lại năng lượng dọc theo mặt tiền của tòa nhà và không có hiệu ứng tích lũy. Ngoài ra, hiệu quả của hệ thống này trực tiếp phụ thuộc vào mức độ hoạt động mặt trời.

Theo các tác giả, ở một mức độ nào đó, một hệ thống cách nhiệt lý tưởng phải giống một sinh vật sống và thay đổi các đặc tính của nó trong phạm vi rộng tùy thuộc vào điều kiện môi trường. Khi nhiệt độ bên ngoài giảm, hệ thống cách nhiệt sẽ giảm tổn thất nhiệt từ tòa nhà, khi nhiệt độ không khí bên ngoài tăng lên, khả năng cách nhiệt của tòa nhà có thể giảm. Nhập học vào mùa hè năng lượng mặt trời công trình còn phải phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài.

Hệ thống cách nhiệt được đề xuất ở nhiều khía cạnh có các đặc tính được nêu ở trên. Trong bộ lễ phục. Hình 2a thể hiện sơ đồ một bức tường với hệ thống cách nhiệt được đề xuất, trong Hình. 2b - đồ thị nhiệt độ ở lớp cách nhiệt không có và có khe hở không khí.

Lớp cách nhiệt được làm bằng một lớp không khí thông gió. Khi không khí di chuyển qua nó với nhiệt độ cao hơn điểm tương ứng trên đồ thị, độ lớn của gradient nhiệt độ trong lớp cách nhiệt từ tường đến lớp xen kẽ giảm so với lớp cách nhiệt không có lớp xen kẽ, giúp giảm thất thoát nhiệt từ tường xây dựng xuyên tường. Cần lưu ý rằng việc giảm tổn thất nhiệt từ tòa nhà sẽ được bù đắp bằng nhiệt tỏa ra từ luồng không khí trong lớp xen kẽ. Nghĩa là nhiệt độ không khí ở đầu ra của lớp xen kẽ sẽ nhỏ hơn ở đầu vào.

Cơm. 2. Sơ đồ hệ thống cách nhiệt (a) và biểu đồ nhiệt độ (b)

Mô hình vật lý của bài toán tính tổn thất nhiệt qua tường có khe hở không khí được trình bày trên hình 2. 3. Phương trình cân bằng nhiệt của mô hình này như sau:

Cơm. 3. Sơ đồ tính toán tổn thất nhiệt qua vỏ công trình

Khi tính toán dòng nhiệt, các cơ chế truyền nhiệt dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ được tính đến:

Ở đâu Q 1 – dòng nhiệt từ phòng đến bề mặt bên trong kết cấu bao quanh, W/m2;

Q 2 – dòng nhiệt qua tường chính, W/m2;

Q 3 - dòng nhiệt qua khe hở không khí, W/m2;

Q 4 – dòng nhiệt qua lớp cách nhiệt phía sau lớp xen giữa, W/m2;

Q 5 - dòng nhiệt từ bề mặt ngoài của kết cấu bao quanh vào khí quyển, W/m2;

T 1 , T 2, – nhiệt độ trên bề mặt tường, o C;

T 3 , T 4 - nhiệt độ bề mặt lớp xen giữa, o C;

Tk, T a- nhiệt độ trong phòng và không khí bên ngoài, o C;

s – hằng số Stefan-Boltzmann;

l 1, l 2 – hệ số dẫn nhiệt của tường chính và hệ số cách nhiệt, tương ứng là W/(m× o C);

e 1 , e 2 , e 12 – mức độ phát xạ của bề mặt bên trong của tường, bề mặt bên ngoài của lớp cách nhiệt và mức độ phát xạ giảm của các bề mặt của khe hở không khí tương ứng;

a in, a n, a 0 – hệ số truyền nhiệt trên bề mặt bên trong của tường, trên bề mặt bên ngoài của lớp cách nhiệt và trên các bề mặt giới hạn khe hở không khí, tương ứng là W/(m 2 × o C).

Công thức (14) được viết cho trường hợp không khí trong lớp đứng yên. Trong trường hợp không khí di chuyển trong lớp giữa với tốc độ u với nhiệt độ T bạn, thay vào đó Q 3, có hai luồng được xem xét: từ luồng khí thổi vào tường:

và từ luồng khí thổi vào màn hình:

Khi đó hệ phương trình tách thành hai hệ:

Hệ số truyền nhiệt được biểu thị qua số Nusselt:

Ở đâu L- kích thước đặc trưng

Công thức tính số Nusselt được thực hiện tùy theo tình huống. Khi tính hệ số truyền nhiệt trên bề mặt bên trong và bên ngoài của kết cấu bao quanh, công thức từ:

trong đó Ra= Pr×Gr – tiêu chuẩn Rayleigh;

Gr = g×b ×D T× L 3 /n 2 – Số Grashof.

Khi xác định số Grashof, chênh lệch giữa nhiệt độ tường và nhiệt độ không khí xung quanh được chọn làm chênh lệch nhiệt độ đặc trưng. Kích thước đặc trưng được lấy là: chiều cao của tường và độ dày của lớp.

Khi tính hệ số truyền nhiệt a 0 bên trong khe hở không khí kín, công thức từ:

(22)

Nếu không khí bên trong lớp di chuyển, một công thức đơn giản hơn sẽ được sử dụng để tính số Nusselt:

(23)

trong đó Re = v×d/n – số Reynolds;

d - độ dày của khe hở không khí.

Các giá trị của số Prandtl Pr, độ nhớt động học n và hệ số dẫn nhiệt của không khí l tùy thuộc vào nhiệt độ được tính bằng phép nội suy tuyến tính của các giá trị được lập bảng từ . Hệ phương trình (11) hoặc (19) đã được giải bằng số bằng cách tinh chỉnh lặp lại theo nhiệt độ T 1 , T 2 , T 3 , T 4 . Đối với mô hình số, hệ thống cách nhiệt dựa trên vật liệu cách nhiệt tương tự như bọt polystyrene có hệ số dẫn nhiệt 0,04 W/(m 2 × o C) đã được chọn. Nhiệt độ không khí ở đầu vào của lớp xen kẽ được giả định là 8 o C, tổng chiều dày của lớp cách nhiệt là 20 cm, chiều dày của lớp xen giữa d- 1 centimet.

Trong bộ lễ phục. Hình 4 biểu diễn biểu đồ tổn thất nhiệt riêng qua lớp cách nhiệt của chất cách nhiệt thông thường khi có lớp cách nhiệt kín và có lớp không khí được thông gió. Khe hở không khí kín hầu như không cải thiện được đặc tính cách nhiệt. Đối với trường hợp đang xét, sự hiện diện của lớp cách nhiệt với luồng không khí chuyển động sẽ làm giảm hơn một nửa tổn thất nhiệt qua tường ở nhiệt độ không khí bên ngoài âm 20 o C. Giá trị tương đương của điện trở truyền nhiệt của lớp cách nhiệt đó đối với nhiệt độ này là 10,5 m 2 × o C/W, tương ứng với lớp polystyrene trương nở có chiều dày trên 40,0 cm.

D d= 4 cm khi có không khí tĩnh lặng; hàng 3 – tốc độ không khí 0,5 m/s

Cơm. 4. Đồ thị tổn thất nhiệt riêng

Hiệu quả của hệ thống cách nhiệt tăng lên khi nhiệt độ bên ngoài giảm. Ở nhiệt độ không khí bên ngoài là 4 o C, hiệu suất của cả hai hệ thống là như nhau. Nhiệt độ tăng thêm khiến việc sử dụng hệ thống trở nên không thực tế, vì nó dẫn đến sự gia tăng mức độ thất thoát nhiệt từ tòa nhà.

Trong bộ lễ phục. Hình 5 cho thấy sự phụ thuộc của nhiệt độ bề mặt bên ngoài của bức tường vào nhiệt độ không khí bên ngoài. Theo hình. 5, sự hiện diện của khe hở không khí làm tăng nhiệt độ bề mặt bên ngoài của bức tường ở nhiệt độ ngoài trời âm so với cách nhiệt thông thường. Điều này được giải thích là do không khí chuyển động tỏa nhiệt cho cả lớp cách nhiệt bên trong và bên ngoài. Ở nhiệt độ không khí bên ngoài cao, hệ thống cách nhiệt như vậy đóng vai trò là lớp làm mát (xem Hình 5).

Hàng 1 – cách nhiệt thông thường, D= 20 cm; hàng 2 – có một khe hở không khí rộng 1 cm trong lớp cách nhiệt, d= 4 cm, tốc độ không khí 0,5 m/s

Cơm. 5. Sự phụ thuộc nhiệt độ của bề mặt ngoài của tườngvề nhiệt độ bên ngoài

Trong bộ lễ phục. Hình 6 cho thấy sự phụ thuộc của nhiệt độ ở đầu ra của lớp xen kẽ với nhiệt độ không khí bên ngoài. Không khí trong lớp được làm mát và tỏa năng lượng tới các bề mặt bao quanh.

Cơm. 6. Sự phụ thuộc nhiệt độ tại lối ra của lớp xen kẽvề nhiệt độ bên ngoài

Trong bộ lễ phục. Hình 7 thể hiện sự phụ thuộc của tổn thất nhiệt vào độ dày của lớp cách nhiệt bên ngoài ở nhiệt độ bên ngoài tối thiểu. Theo hình. 7, tổn thất nhiệt tối thiểu được quan sát thấy ở d= 4 cm.

Cơm. 7. Sự phụ thuộc của tổn thất nhiệt vào độ dày lớp cách nhiệt bên ngoài ở nhiệt độ bên ngoài tối thiểu

Trong bộ lễ phục. Hình 8 cho thấy sự phụ thuộc của tổn thất nhiệt khi nhiệt độ bên ngoài âm 20 o C vào tốc độ không khí trong một lớp có độ dày khác nhau. Việc tăng tốc độ không khí lên trên 0,5 m/s không ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cách nhiệt.

Hàng 1 – d= 16 cm; hàng 2 – d= 18 cm; hàng 3 – d= 20 cm

Cơm. số 8. Sự phụ thuộc của tổn thất nhiệt vào tốc độ không khívới độ dày khe hở không khí khác nhau

Cần chú ý rằng lớp không khí thông gió cho phép bạn kiểm soát hiệu quả mức độ thất thoát nhiệt qua bề mặt tường bằng cách thay đổi tốc độ không khí trong khoảng từ 0 đến 0,5 m/s, điều này là không thể đối với cách nhiệt thông thường. Trong bộ lễ phục. Hình 9 cho thấy sự phụ thuộc của tốc độ không khí vào nhiệt độ bên ngoài đối với mức thất thoát nhiệt cố định qua tường. Cách tiếp cận này để bảo vệ nhiệt cho các tòa nhà giúp giảm cường độ năng lượng của hệ thống thông gió khi nhiệt độ không khí bên ngoài tăng lên.

Cơm. 9. Sự phụ thuộc của tốc độ không khí vào nhiệt độ bên ngoài đối với mức tổn thất nhiệt cố định

Khi tạo ra hệ thống cách nhiệt được xem xét trong bài viết, vấn đề chính là nguồn năng lượng để tăng nhiệt độ của không khí được bơm. Là một nguồn như vậy, người ta đề xuất lấy nhiệt từ đất dưới tòa nhà bằng cách sử dụng bộ trao đổi nhiệt trong đất. Để sử dụng năng lượng đất hiệu quả hơn, người ta cho rằng hệ thống thông gió trong khe hở không khí phải được đóng kín, không hút không khí trong khí quyển. Vì nhiệt độ của không khí đi vào hệ thống là thời điểm vào Đông, dưới nhiệt độ mặt đất, vấn đề ngưng tụ hơi ẩm không tồn tại ở đây.

Các tác giả nhận thấy việc sử dụng hệ thống như vậy hiệu quả nhất khi kết hợp hai nguồn năng lượng: nhiệt mặt trời và nhiệt mặt đất. Nếu chúng ta chuyển sang các hệ thống đã đề cập trước đó với lớp cách nhiệt trong suốt, thì rõ ràng là các tác giả của các hệ thống này muốn thực hiện bằng cách này hay cách khác ý tưởng về một diode nhiệt, nghĩa là giải quyết vấn đề hướng chuyển năng lượng mặt trời vào tường của tòa nhà, đồng thời thực hiện các biện pháp ngăn chặn sự chuyển động của dòng năng lượng nhiệt theo hướng ngược lại.

Lớp hấp thụ bên ngoài có thể được sơn màu tốiđĩa kim loại. Và lớp hấp thụ thứ hai có thể là khe hở không khí trong lớp cách nhiệt của tòa nhà. Không khí di chuyển trong lớp, đi qua bộ trao đổi nhiệt trên mặt đất, làm nóng mặt đất khi trời nắng, tích lũy năng lượng mặt trời và phân phối lại dọc theo mặt tiền của tòa nhà. Nhiệt từ lớp ngoài đến lớp bên trong có thể được truyền bằng cách sử dụng các điốt nhiệt được chế tạo trên các ống dẫn nhiệt có sự chuyển pha.

Do đó, hệ thống cách nhiệt được đề xuất với các đặc tính vật lý nhiệt được kiểm soát dựa trên thiết kế với lớp cách nhiệt có ba đặc điểm:

- khe hở không khí được thông gió song song với đường bao của tòa nhà;

– nguồn năng lượng cho không khí bên trong lớp;

– hệ thống điều khiển các thông số luồng không khí trong lớp xen kẽ tùy thuộc vào bên ngoài điều kiện thời tiết và nhiệt độ không khí trong nhà.

Một trong những lựa chọn thiết kế khả thi là sử dụng hệ thống cách nhiệt trong suốt. Trong trường hợp này, hệ thống cách nhiệt phải được bổ sung một lớp không khí khác tiếp giáp với tường của tòa nhà và thông với tất cả các bức tường của tòa nhà, như trong Hình. 10.

Hệ thống cách nhiệt được thể hiện trong hình. 10, có hai lớp không khí. Một trong số chúng nằm giữa lớp cách nhiệt và hàng rào trong suốt và có tác dụng ngăn chặn quá trình quá nhiệt của tòa nhà. Với mục đích này, có các van khí kết nối lớp với không khí bên ngoài ở phía trên và phía dưới tấm cách nhiệt. Vào mùa hè và vào thời điểm hoạt động của mặt trời cao, khi tòa nhà có nguy cơ quá nóng, các bộ giảm chấn sẽ mở ra, cung cấp thông gió cho không khí bên ngoài.

Cơm. 10. Hệ thống cách nhiệt trong suốt với lớp không khí thông thoáng

Khe hở không khí thứ hai nằm sát tường của tòa nhà và có chức năng vận chuyển năng lượng mặt trời trong lớp vỏ tòa nhà. Thiết kế này sẽ cho phép toàn bộ bề mặt của tòa nhà sử dụng năng lượng mặt trời vào ban ngày, ngoài ra, còn cung cấp khả năng tích lũy năng lượng mặt trời hiệu quả, vì toàn bộ khối tường của tòa nhà hoạt động như một cục pin.

Cũng có thể sử dụng vật liệu cách nhiệt truyền thống trong hệ thống. Trong trường hợp này, bộ trao đổi nhiệt mặt đất có thể đóng vai trò là nguồn năng lượng nhiệt, như trong Hình 2. mười một.

Cơm. mười một. Hệ thống cách nhiệt với bộ trao đổi nhiệt mặt đất

Một lựa chọn khác là sử dụng khí thải thông gió của tòa nhà cho mục đích này. Trong trường hợp này, để ngăn chặn sự ngưng tụ hơi ẩm trong lớp xen kẽ, cần phải đưa không khí đã loại bỏ qua bộ trao đổi nhiệt và đưa không khí bên ngoài được làm nóng trong bộ trao đổi nhiệt vào lớp xen kẽ. Từ lớp xen kẽ, không khí có thể chảy vào phòng để thông gió. Không khí nóng lên khi đi qua bộ trao đổi nhiệt trên mặt đất và tỏa năng lượng tới cấu trúc bao quanh.

Một yếu tố cần thiết của hệ thống cách nhiệt phải được hệ thống tự động kiểm soát các thuộc tính của nó. Trong bộ lễ phục. Hình 12 thể hiện sơ đồ khối của hệ thống điều khiển. Việc điều khiển diễn ra dựa trên việc phân tích thông tin từ các cảm biến nhiệt độ và độ ẩm bằng cách thay đổi chế độ vận hành hoặc tắt quạt cũng như mở và đóng van điều tiết không khí.

Cơm. 12. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển

Sơ đồ khối thuật toán vận hành của hệ thống thông gió có các đặc tính được điều khiển được thể hiện trong Hình 2. 13.

TRÊN giai đoạn đầu Hoạt động của hệ thống điều khiển (xem Hình 12) dựa trên các giá trị đo được của nhiệt độ không khí bên ngoài và trong phòng, bộ điều khiển sẽ tính toán nhiệt độ trong khe hở không khí trong điều kiện không khí tĩnh. Giá trị này được so sánh với nhiệt độ không khí trong lớp mặt tiền phía Nam khi xây dựng hệ thống cách nhiệt, như trong Hình. 10, hoặc trong bộ trao đổi nhiệt mặt đất - khi thiết kế hệ thống cách nhiệt, như trong Hình. 11. Nếu giá trị nhiệt độ tính toán lớn hơn hoặc bằng giá trị đo được, quạt vẫn tắt và bộ giảm chấn không khí trong không gian sẽ đóng lại.

Cơm. 13. Sơ đồ khối thuật toán vận hành hệ thống thông gió với các thuộc tính được quản lý

Nếu giá trị nhiệt độ tính toán nhỏ hơn giá trị đo được, hãy bật quạt tuần hoàn và mở bộ giảm chấn. Trong trường hợp này, năng lượng của không khí nóng được truyền đến các cấu trúc tường của tòa nhà, làm giảm nhu cầu năng lượng nhiệt để sưởi ấm. Đồng thời, giá trị độ ẩm không khí trong lớp xen kẽ được đo. Nếu độ ẩm đạt đến điểm ngưng tụ, một van điều tiết sẽ mở ra, kết nối khe hở không khí với không khí bên ngoài, giúp ngăn hơi ẩm ngưng tụ trên bề mặt thành của khe hở.

Vì vậy, hệ thống cách nhiệt được đề xuất có thể thực sự kiểm soát được các đặc tính nhiệt.

THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH HỆ THỐNG CÁCH NHIỆT CÓ KIỂM SOÁT CÁCH NHIỆT BẰNG CÁCH SỬ DỤNG PHÁT THẢI THÔNG GIÓ TÒA NHÀ

Sơ đồ thí nghiệm được thể hiện trong Hình. 14. Mô hình hệ thống cách nhiệt được gắn trên tường gạch của căn phòng ở phần trên của trục thang máy. Mô hình bao gồm vật liệu cách nhiệt, đại diện cho các tấm cách nhiệt kín hơi (một bề mặt là nhôm dày 1,5 mm; bề mặt thứ hai là lá nhôm), chứa đầy bọt polyurethane dày 3,0 cm với hệ số dẫn nhiệt là 0,03 W/(m 2 × o C). Điện trở truyền nhiệt của tấm – 1,0 m 2 × o C/W, tường gạch– 0,6 m 2 × o C/W. Giữa các tấm cách nhiệt và bề mặt bao che của tòa nhà có một khe hở không khí dày 5 cm. điều kiện nhiệt độ và sự chuyển động của dòng nhiệt qua cấu trúc bao quanh, các cảm biến nhiệt độ và dòng nhiệt được lắp đặt trong đó.

Cơm. 14. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm có cách nhiệt được điều khiển

Hình ảnh của hệ thống cách nhiệt được lắp đặt với nguồn điện từ hệ thống thu hồi nhiệt thải thông gió được thể hiện trong Hình. 15.

Năng lượng bổ sung được cung cấp bên trong lớp xen kẽ với không khí lấy từ hệ thống thu hồi nhiệt thải từ khí thải thông gió của tòa nhà. Khí thải thông gió được lấy từ lối ra của trục thông gió của tòa nhà Doanh nghiệp Nhà nước “Viện NIPTIS mang tên. Atayev S.S.,” được đưa vào đầu vào đầu tiên của bộ thu hồi nhiệt (xem Hình 15a). Không khí được cung cấp cho đầu vào thứ hai của bộ thu hồi nhiệt từ lớp thông gió và từ đầu ra thứ hai của bộ thu hồi nhiệt - một lần nữa đến lớp thông gió. Khí thải thông gió không thể được cung cấp trực tiếp vào khe hở không khí do nguy cơ ngưng tụ hơi ẩm bên trong nó. Do đó, khí thải thông gió của tòa nhà trước tiên đi qua thiết bị thu hồi-trao đổi nhiệt, đầu vào thứ hai nhận không khí từ lớp xen kẽ. Trong bộ thu hồi nhiệt, nó được làm nóng và với sự trợ giúp của quạt, nó được cung cấp vào khe hở không khí của hệ thống thông gió thông qua một mặt bích gắn ở dưới cùng của tấm cách nhiệt. Thông qua mặt bích thứ hai ở phần trên của lớp cách nhiệt, không khí được lấy ra khỏi bảng điều khiển và khép lại chu trình chuyển động của nó ở đầu vào thứ hai của bộ trao đổi nhiệt. Trong quá trình làm việc, thông tin được ghi lại từ các cảm biến nhiệt độ và lưu lượng nhiệt được lắp đặt theo sơ đồ trong Hình. 14.

Một bộ điều khiển và xử lý dữ liệu đặc biệt đã được sử dụng để điều khiển các chế độ hoạt động của quạt cũng như để nắm bắt và ghi lại các thông số của thí nghiệm.

Trong bộ lễ phục. 16 biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ: không khí ngoài trời, không khí trong nhà và không khí trong nhà phần khác nhau các lớp xen kẽ. Từ 7 giờ đến 13 giờ, hệ thống chuyển sang chế độ hoạt động cố định. Sự chênh lệch giữa nhiệt độ ở đầu vào của không khí vào lớp (cảm biến 6) và nhiệt độ ở đầu ra của nó (cảm biến 5) hóa ra là khoảng 3 o C, biểu thị mức tiêu thụ năng lượng từ không khí đi qua.

MỘT)

b)

Cơm. 16. Biểu đồ nhiệt độ: a – không khí ngoài trời và không khí trong nhà;b – không khí ở các phần khác nhau của lớp

Trong bộ lễ phục. Hình 17 thể hiện biểu đồ về sự phụ thuộc theo thời gian của nhiệt độ bề mặt tường và khả năng cách nhiệt, cũng như nhiệt độ và dòng nhiệt qua bề mặt bao quanh của tòa nhà. Trong bộ lễ phục. Hình 17b cho thấy rõ sự giảm lưu lượng nhiệt từ phòng sau khi cung cấp không khí nóng cho lớp thông gió.

MỘT)

b)

Cơm. 17. Đồ thị theo thời gian: a - nhiệt độ của bề mặt tường và lớp cách nhiệt;b - nhiệt độ và dòng nhiệt qua bề mặt bao quanh của tòa nhà

Kết quả thực nghiệm mà các tác giả thu được khẳng định khả năng kiểm soát các tính chất của vật liệu cách nhiệt bằng lớp thông gió.

PHẦN KẾT LUẬN

1 Một yếu tố quan trọng của các tòa nhà tiết kiệm năng lượng là lớp vỏ của nó. Các hướng phát triển chính nhằm giảm tổn thất nhiệt của các tòa nhà thông qua lớp vỏ tòa nhà có liên quan đến cách nhiệt chủ động, khi lớp vỏ tòa nhà đóng vai trò quan trọng trong việc định hình các thông số của môi trường bên trong tòa nhà. Hầu hết một ví dụ rõ ràng Một cấu trúc bao quanh có khe hở không khí có thể phục vụ.

2 Các tác giả đề xuất thiết kế cách nhiệt với khe hở không khí khép kín giữa lớp cách nhiệt và tường của tòa nhà. Để ngăn chặn sự ngưng tụ hơi ẩm trong lớp không khí mà không làm giảm tính chất cách nhiệt, khả năng sử dụng các vật liệu thấm hơi trong vật liệu cách nhiệt đã được xem xét. Một phương pháp đã được phát triển để tính diện tích các vật liệu chèn tùy thuộc vào điều kiện sử dụng vật liệu cách nhiệt. Đối với một số cấu trúc tường, như trong ví dụ đầu tiên từ Bảng 1, bạn có thể thực hiện mà không cần vật liệu chèn thấm hơi. Trong các trường hợp khác, diện tích của các tấm chèn thấm hơi có thể không đáng kể so với diện tích của tường cách nhiệt.

3 Phương pháp tính toán đặc tính nhiệt và thiết kế hệ thống cách nhiệt có đặc tính nhiệt được kiểm soát đã được phát triển. Thiết kế được thực hiện dưới dạng một hệ thống có khe hở không khí thông gió giữa hai lớp cách nhiệt. Khi không khí di chuyển trong một lớp có nhiệt độ cao hơn điểm tương ứng của tường có hệ thống cách nhiệt thông thường, độ lớn của gradient nhiệt độ trong lớp cách nhiệt từ tường đến lớp sẽ giảm so với cách nhiệt không có lớp , giúp giảm tổn thất nhiệt từ tòa nhà qua tường. Có thể sử dụng nhiệt của đất dưới công trình làm năng lượng để tăng nhiệt độ của không khí được bơm, sử dụng bộ trao đổi nhiệt trong đất hoặc năng lượng mặt trời. Các phương pháp tính toán các đặc tính của hệ thống như vậy đã được phát triển. Thực nghiệm xác nhận thực tế sử dụng hệ thống cách nhiệt có điều khiển đặc tính nhiệt cho các tòa nhà.

THƯ MỤC

1. Bogoslovsky, V. N. Vật lý nhiệt xây dựng / V. N. Bogoslovsky. – SPb.: AVOK-BẮC-TÂY, 2006. – 400 tr.

2. Hệ thống cách nhiệt cho công trình: TKP.

4. Thiết kế và lắp đặt hệ thống cách nhiệt với lớp không khí được thông gió dựa trên tấm mặt tiền ba lớp: R 1.04.032.07. – Minsk, 2007. – 117 tr.

5. Danilevsky, L. N. Về vấn đề giảm mức độ thất thoát nhiệt trong tòa nhà. Kinh nghiệm hợp tác xây dựng Belarus-Đức/ L. N. Danilevsky. – Minsk: Strinko, 2000. – P. 76, 77.

6. Alfred Kerschberger “Solares Bauen mit minh bạch Warmedammung.” Systeme, Wirtschaftlichkeit, Perspektiven, BAUVERLAG GMBH, WEISBADEN UND BERLIN.

7. Die ESA-Solardassade – Dammen mit Licht / ESA-Energiesysteme, 3. Passivhaustagung 19 tới 21 tháng 2 năm 1999. Bregenz. -R. 177–182.

8. Peter O. Braun, Gebaudehullen sáng tạo, Warmetechnik, 9, 1997. – R. 510–514.

9. Nhà thụ động như một hệ thống hỗ trợ cuộc sống thích ứng: tóm tắt các báo cáo Thực tập sinh. khoa học và kỹ thuật conf. “Từ việc phục hồi nhiệt của các tòa nhà đến một ngôi nhà thụ động. Vấn đề và giải pháp” / L. N. Danilevsky. – Minsk, 1996. – Tr. 32–34.

10. Cách nhiệt với các đặc tính được kiểm soát cho các tòa nhà có cấp thấp tổn thất nhiệt: Thứ bảy. tr. / Doanh nghiệp Nhà nước “Viện NIPTIS mang tên. Ataeva S.S.”; L. N. Danilevsky. – Minsk, 1998. – Trang 13–27.

11. Danilevsky, L. Hệ thống cách nhiệt với các đặc tính được kiểm soát cho ngôi nhà thụ động / L. Danilevsky // Kiến trúc và xây dựng. – 1998. – Số 3. – Trang 30, 31.

12. Martynenko, O. G. Truyền nhiệt đối lưu tự do. Thư mục / O. G. Martynenko, Yu. A. Sokovishin. – Minsk: Khoa học và Công nghệ, 1982. – 400 tr.

13. Mikheev, M. A. Nguyên tắc cơ bản về truyền nhiệt / M. A. Mikheev, I. M. Mikheeva. – M.: Năng lượng, 1977. – 321 tr.

14. Hàng rào tòa nhà thông gió bên ngoài: Pat. 010822 Evraz. Văn phòng Sáng chế, IPC (2006.01) E04B 28/2, E04B 1/70 / L. N. Danilevsky; Doanh nghiệp Nhà nước nộp đơn “Học viện NIPTIS được đặt theo tên. Atayeva S.S.” – Số 20060978; tuyên bố 10/05/2006; quán rượu. 30/12/2008 // Bản tin. Văn phòng cấp bằng sáng chế Á-Âu. – 2008. – Số 6.

15. Hàng rào tòa nhà thông gió bên ngoài: Pat. 11343 Dân biểu Belarus, MPK (2006) E04B1/70, E04B2/28 / L. N. Danilevsky; Doanh nghiệp Nhà nước nộp đơn “Học viện NIPTIS được đặt theo tên. Atayeva S.S.” – Số 20060978; ứng dụng 10/05/2006; quán rượu. 30/12/2008 // Bản tin Afitsyiny. / Quốc gia trung tâm trí tuệ. Ulasnastsi. – 2008.

Truyền nhiệt qua lớp không khí với sự chênh lệch nhiệt độ trên các bề mặt đối diện của nó xảy ra bằng sự đối lưu, bức xạ và dẫn nhiệt (Hình 1.12).

Độ dẫn nhiệt của không khí tĩnh rất nhỏ và nếu không khí trong các khe hở không khí đứng yên thì khả năng chịu nhiệt của chúng sẽ rất cao. Trong thực tế, không khí luôn di chuyển trong các lớp không khí của các cấu trúc bao quanh, ví dụ, trên bề mặt ấm hơn của các lớp thẳng đứng, nó di chuyển lên trên và trên bề mặt lạnh nó di chuyển xuống. Ở những lớp có không khí chuyển động, lượng nhiệt truyền bằng dẫn nhiệt rất nhỏ so với truyền nhiệt bằng đối lưu.

Khi độ dày của lớp không khí tăng lên, lượng nhiệt truyền qua đối lưu cũng tăng lên do ảnh hưởng của ma sát của dòng không khí lên tường giảm đi. Theo quan điểm này, đối với các khe hở không khí không có đặc tính vật liệu cứng tỷ lệ thuận giữa sự gia tăng độ dày lớp và giá trị điện trở nhiệt của nó.

Khi nhiệt được truyền bằng sự đối lưu từ bề mặt ấm hơn của lớp không khí sang bề mặt lạnh hơn thì lực cản của hai lớp không khí biên liền kề với các bề mặt này bị khắc phục, do đó giá trị của hệ số có thể được coi là đối lưu tự do ở bất kỳ thời điểm nào. bề mặt giảm đi một nửa.

Lượng nhiệt bức xạ truyền từ bề mặt ấm hơn sang bề mặt lạnh hơn không phụ thuộc vào độ dày của lớp không khí; như đã đề cập trước đó, nó được xác định bởi độ phát xạ của các bề mặt và sự chênh lệch tỷ lệ với lũy thừa bậc bốn của nhiệt độ tuyệt đối của chúng (1.3).

Nói chung, thông lượng nhiệt Q truyền qua khe hở không khí có thể được biểu thị như sau:

trong đó α k là hệ số truyền nhiệt đối lưu tự do; δ - độ dày lớp, m; λ - hệ số dẫn nhiệt của không khí trong lớp xen giữa, kcal m h/deg; α l - hệ số truyền nhiệt do bức xạ.

Dựa trên các nghiên cứu thực nghiệm, giá trị hệ số truyền nhiệt của lớp không khí thường được hiểu là do trao đổi nhiệt xảy ra thông qua đối lưu và dẫn nhiệt:

nhưng phụ thuộc chủ yếu vào sự đối lưu (ở đây λ eq là độ dẫn nhiệt tương đương có điều kiện của không khí trong lớp xen kẽ); khi đó, ở giá trị không đổi Δt, điện trở nhiệt của khe hở không khí R v.p sẽ là:
Hiện tượng truyền nhiệt đối lưu trong các lớp không khí phụ thuộc vào hình dạng hình học, kích thước và hướng truyền nhiệt của chúng; Đặc điểm của sự trao đổi nhiệt này có thể được biểu thị bằng giá trị của hệ số đối lưu không thứ nguyên ε, biểu thị tỷ số giữa độ dẫn nhiệt tương đương với độ dẫn nhiệt của không khí tĩnh ε = λ eq / λ.

Bằng cách khái quát hóa với sự trợ giúp của lý thuyết tương tự một lượng lớn dữ liệu thực nghiệm, M. A. Mikheev đã thiết lập được sự phụ thuộc của hệ số đối lưu vào tích của tiêu chí Grashof và Prandtl, tức là:

Hệ số truyền nhiệt từ α đến ”, thu được từ biểu thức

được thiết lập trên cơ sở sự phụ thuộc này tại t av = +10°, được cho đối với chênh lệch nhiệt độ trên các bề mặt của lớp xen kẽ, Δt = 10° trong bảng. 1.6.

Giá trị tương đối nhỏ của hệ số truyền nhiệt qua các lớp nằm ngang trong quá trình truyền nhiệt từ trên xuống dưới (ví dụ, ở tầng hầm của các tòa nhà có hệ thống sưởi) được giải thích là do khả năng di chuyển của không khí trong các lớp đó thấp; không khí ấm nhất tập trung ở bề mặt ấm hơn phía trên của lớp, làm phức tạp quá trình truyền nhiệt đối lưu.

Lượng nhiệt truyền bằng bức xạ αl xác định theo công thức (1.12) phụ thuộc vào hệ số phát xạ và nhiệt độ; để thu được α l trong các lớp xen kẽ phẳng mở rộng, chỉ cần nhân hệ số chiếu xạ lẫn nhau C" đã cho với hệ số nhiệt độ tương ứng được áp dụng theo Bảng 1.7 là đủ.

Vì vậy, ví dụ, với C "= 4,2 và nhiệt độ trung bình của lớp xen kẽ bằng 0°, chúng ta thu được α l = 4,2 0,81 = 3,4 kcal/m 2 h độ.

Trong điều kiện mùa hè, giá trị của α l tăng lên và khả năng chịu nhiệt của các lớp xen kẽ giảm. Vào mùa đông, đối với các lớp nằm ở phần bên ngoài của công trình, hiện tượng ngược lại được quan sát thấy.

Để sử dụng trong tính toán thực tế, các tiêu chuẩn kỹ thuật sưởi ấm tòa nhà cho các kết cấu bao quanh SNiP cung cấp các giá trị về khả năng chịu nhiệt của các lớp không khí kín

được chỉ ra trong bảng. 1.8.

Các giá trị của Rv.pr được đưa ra trong bảng tương ứng với chênh lệch nhiệt độ trên bề mặt của các lớp xen kẽ bằng 10°. Với chênh lệch nhiệt độ là 8°, giá trị của Rv.pr được nhân với hệ số 1,05 và với chênh lệch 6° - với 1,10.

Dữ liệu đã cho về khả năng chịu nhiệt đề cập đến các lớp không khí phẳng khép kín. Khi đóng, chúng tôi muốn nói đến các lớp không khí được giới hạn bởi vật liệu không thấm nước, cách ly với sự xâm nhập của không khí từ bên ngoài.

Vì xốp Vật liệu xây dựng Ví dụ, thoáng khí, khép kín có thể bao gồm các khe hở không khí trong các bộ phận kết cấu làm bằng bê tông dày đặc hoặc các vật liệu dày đặc khác mà thực tế không cho phép không khí đi qua ở các giá trị chênh lệch áp suất đặc trưng cho các tòa nhà đang sử dụng.

Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy khả năng chịu nhiệt của các lớp không khí trong gạch giảm khoảng một nửa so với các giá trị được chỉ ra trong bảng. 1.8. Nếu các mối nối giữa các viên gạch không được lấp đầy bằng vữa (ví dụ, khi thực hiện công việc trong điều kiện mùa đông), thì độ thoáng khí của khối xây có thể tăng lên và khả năng chịu nhiệt của các lớp không khí có thể đạt tới 0. Việc bảo vệ đầy đủ các kết cấu có khe hở không khí khỏi sự xâm nhập của không khí là hoàn toàn cần thiết để đảm bảo các đặc tính vật lý nhiệt cần thiết của các kết cấu bao quanh.

Đôi khi bằng bê tông hoặc khối gốm cung cấp các khoảng trống hình chữ nhật có chiều dài ngắn, thường tiếp cận hình vuông. Trong những khoảng trống như vậy, sự truyền nhiệt bức xạ tăng lên do bức xạ bổ sung từ các bức tường bên. Sự tăng giá trị của α l là không đáng kể khi tỷ lệ giữa chiều dài của lớp và độ dày của nó bằng 3:1 trở lên; trong các khoảng trống hình vuông hoặc tròn mức tăng này đạt tới 20%. Hệ số dẫn nhiệt tương đương, có tính đến sự truyền nhiệt bằng đối lưu và bức xạ trong các khoảng trống vuông và tròn có kích thước đáng kể (70-100 mm), tăng đáng kể, và do đó việc sử dụng các khoảng trống đó trong các vật liệu có độ dẫn nhiệt hạn chế ( 0,50 kcal/m h độ và ít hơn) không có ý nghĩa theo quan điểm của vật lý nhiệt. Việc sử dụng các khoảng trống hình vuông hoặc tròn có kích thước quy định trong các sản phẩm từ bê tông nặng có ý nghĩa chủ yếu về mặt kinh tế (giảm cân); giá trị này bị mất đối với các sản phẩm làm bằng ánh sáng và bê tông di động, vì việc sử dụng các khoảng trống như vậy có thể dẫn đến giảm khả năng chịu nhiệt của các kết cấu bao quanh.

Ngược lại, nên sử dụng các lớp không khí mỏng phẳng, đặc biệt khi chúng được sắp xếp theo kiểu so le nhiều hàng (Hình 1.13). Khi đặt các lớp không khí thành một hàng, sẽ hiệu quả hơn nếu đặt chúng ở phần bên ngoài của cấu trúc (nếu đảm bảo độ kín khí), vì khả năng chịu nhiệt của các lớp đó tăng lên trong mùa lạnh.

Việc sử dụng các lớp không khí trong các tầng hầm cách nhiệt phía trên tầng hầm lạnh là hợp lý hơn so với các bức tường bên ngoài, vì sự truyền nhiệt bằng đối lưu trong các lớp ngang của các kết cấu này giảm đáng kể.

Hiệu suất vật lý nhiệt của các lớp không khí trong điều kiện mùa hè (bảo vệ chống quá nhiệt cho cơ sở) giảm so với thời kỳ lạnh giá trong năm; tuy nhiên, hiệu quả này được tăng lên bằng cách sử dụng các lớp xen kẽ được thông gió vào ban đêm với không khí bên ngoài.

Khi thiết kế, cần lưu ý rằng các kết cấu bao quanh có khe hở không khí có quán tính độ ẩm ít hơn so với kết cấu rắn. Trong điều kiện khô ráo, các kết cấu có lớp không khí (thông gió và đóng) nhanh chóng trải qua quá trình sấy khô tự nhiên và có được các đặc tính bảo vệ nhiệt bổ sung do độ ẩm của vật liệu thấp; TRONG khu vực ẩm ướt ngược lại, các cấu trúc có các lớp kín có thể bị úng rất nhiều, điều này liên quan đến việc mất đi các đặc tính vật lý nhiệt và khả năng chúng bị phá hủy sớm.

Từ phần trình bày trước, rõ ràng là sự truyền nhiệt qua các lớp không khí phần lớn phụ thuộc vào bức xạ. Tuy nhiên, việc sử dụng vật liệu cách nhiệt phản xạ có độ bền hạn chế (lá nhôm, sơn, v.v.) để tăng khả năng chịu nhiệt của các khe hở không khí chỉ có thể thực tế trong các kết cấu tòa nhà khô có tuổi thọ sử dụng hạn chế; trong các tòa nhà cố định khô ráo, tác dụng bổ sung của vật liệu cách nhiệt phản xạ cũng rất hữu ích, nhưng cần lưu ý rằng ngay cả khi mất chất lượng phản xạ, các đặc tính vật lý nhiệt của kết cấu không được nhỏ hơn những đặc tính cần thiết để đảm bảo hoạt động bình thường của các cấu trúc.

Trong các kết cấu bằng đá và bê tông có độ ẩm ban đầu cao (cũng như trong phòng ẩm ướt), việc sử dụng lá nhôm sẽ mất đi ý nghĩa vì đặc tính phản xạ của nó có thể nhanh chóng bị suy giảm do ăn mòn nhôm trong môi trường kiềm ẩm. Việc sử dụng vật liệu cách nhiệt phản xạ có hiệu quả nhất trong các không gian khép kín nằm ngang khi dòng nhiệt truyền từ trên xuống dưới (tầng hầm, v.v.), tức là trong trường hợp hầu như không có đối lưu và quá trình truyền nhiệt xảy ra chủ yếu bằng bức xạ.

Chỉ cần bao phủ một trong các bề mặt của lớp không khí bằng lớp cách nhiệt phản chiếu (lớp cách nhiệt ấm hơn, tương đối đảm bảo chống lại sự xuất hiện thường xuyên của hơi nước, làm suy giảm nhanh chóng các đặc tính phản xạ của lớp cách nhiệt).

Các đề xuất đôi khi nảy sinh về tính khả thi về mặt vật lý nhiệt của việc tách các lớp không khí theo độ dày bằng màn chắn làm bằng lá nhôm mỏng nhằm giảm mạnh dòng nhiệt bức xạ không thể được sử dụng cho các kết cấu bao quanh tòa nhà thủ đô, vì độ tin cậy vận hành thấp của lớp bảo vệ nhiệt như vậy không tương ứng với độ bền cần thiết của kết cấu của các tòa nhà này.

Giá trị tính toán của điện trở nhiệt của lớp không khí có lớp cách nhiệt phản chiếu trên bề mặt ấm hơn xấp xỉ gấp đôi so với các giá trị được chỉ ra trong bảng. 1.8.

Ở các khu vực phía Nam, các công trình có khe hở không khí khá hiệu quả trong việc bảo vệ mặt bằng khỏi quá nóng; Việc sử dụng vật liệu cách nhiệt phản xạ trở nên đặc biệt có ý nghĩa trong những điều kiện này, vì phần lớn nhiệt được truyền trong mùa nóng bằng bức xạ. Để tăng tính chất che chắn nhiệt của hàng rào và giảm trọng lượng của chúng, nên che chắn các bức tường bên ngoài tòa nhà nhiều tầng phản chiếu, hoàn thiện bền (chẳng hạn như đánh bóng tấm nhôm) sao cho có một khe hở không khí dưới các tấm chắn, bề mặt còn lại được phủ sơn hoặc vật liệu cách nhiệt phản chiếu tiết kiệm khác.

Sự đối lưu gia tăng trong các lớp không khí (ví dụ, do sự thông gió tích cực của chúng với không khí bên ngoài đến từ các khu vực có bóng râm, cây xanh và nước của lãnh thổ lân cận) biến thành một quá trình nhiệt vật lý tích cực trong thời kỳ mùa hè, trái ngược với điều kiện mùa đông, khi điều này trong hầu hết các trường hợp, kiểu truyền nhiệt là hoàn toàn không mong muốn.

Những khoảng trống có thể tiếp cận với luồng không khí là những lỗ thông hơi trở nên tồi tệ hơn đặc tính cách nhiệt bức tường Các khoảng trống kín (cũng như các lỗ rỗng của vật liệu xốp) là các bộ phận cách nhiệt. Các khoảng trống chắn gió được sử dụng rộng rãi trong xây dựng để giảm thất thoát nhiệt qua lớp vỏ công trình (các vết nứt trên gạch và khối, các rãnh trong tấm bê tông, các khoảng trống trên cửa sổ lắp kính hai lớp, v.v.). Các khoảng trống ở dạng khe hở không khí chống gió cũng được sử dụng trên tường của nhà tắm, bao gồm cả khung. Những khoảng trống này thường là yếu tố chính của bảo vệ nhiệt. Đặc biệt, sự hiện diện của các khoảng trống ở mặt nóng của tường cho phép sử dụng nhựa xốp có độ nóng chảy thấp (bọt polystyrene và polyetylen trương nở) trong vùng sâu của tường của bồn tắm nhiệt độ cao.

Đồng thời, khoảng trống trên tường là yếu tố nguy hiểm nhất. Nếu khả năng cách nhiệt của gió bị gián đoạn ở mức độ nhỏ nhất, toàn bộ hệ thống khoảng trống có thể trở thành một lỗ thông hơi làm mát duy nhất, loại trừ tất cả các lớp cách nhiệt bên ngoài khỏi hệ thống cách nhiệt trên tường. Vì vậy, họ cố gắng làm cho các khoảng trống có kích thước nhỏ và đảm bảo cách ly chúng với nhau.

Không thể sử dụng khái niệm độ dẫn nhiệt của không khí (và thậm chí còn hơn thế nữa là sử dụng giá trị cực thấp của hệ số dẫn nhiệt của không khí tĩnh 0,024 W/m độ) để đánh giá các quá trình truyền nhiệt qua không khí thực, vì không khí trong những khoảng trống lớn là một chất cực kỳ linh động. Do đó, trong thực tế, để tính toán kỹ thuật nhiệt của các quá trình truyền nhiệt, thậm chí thông qua không khí “đứng yên” thông thường, các mối quan hệ thực nghiệm (thử nghiệm, thực nghiệm) vẫn được sử dụng. Thông thường (trong những trường hợp đơn giản nhất) trong lý thuyết truyền nhiệt, người ta tin rằng truyền nhiệt từ không khí đến bề mặt vật thể trong không khí bằng Q = α∆T, Ở đâu α - hệ số truyền nhiệt thực nghiệm của không khí đứng yên, ∆T- Sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt cơ thể và không khí. Trong điều kiện dân cư bình thường, hệ số truyền nhiệt xấp xỉ α = 10 W/m2 kêu Con số này mà chúng tôi sẽ tuân theo khi ước tính độ nóng của tường và cơ thể con người trong nhà tắm. Với sự hỗ trợ của luồng không khí với tốc độ V (m/giây), dòng nhiệt tăng lên theo lượng thành phần đối lưu Q=βV∆T, Ở đâu β khoảng chừng bằng nhau 6 W giây/m³ độ. Tất cả các giá trị phụ thuộc vào định hướng không gian và độ nhám bề mặt. Như vậy, theo tiêu chuẩn hiện hành của SNiP 23/02/2003, hệ số truyền nhiệt từ không khí đến bề mặt bên trong của kết cấu bao quanh lấy bằng 8,7 W/m2 độ đối với tường và trần nhẵn có gân hơi nhô ra (với tỷ số chiều cao của các gân “h” đến khoảng cách “a” » giữa các mặt của các cạnh liền kề h/a< 0,3); 7,6 Вт/м² град для потолков с сильно выступающими рёбрами (при отношении h/a >0,3); 8,0 W/m2 độ đối với cửa sổ và 9,9 W/m2 đối với cửa sổ mái. Các chuyên gia Phần Lan chấp nhận hệ số truyền nhiệt trong không khí “tĩnh” của phòng xông hơi khô là 8 W/m2 độ (trong giới hạn sai số đo, trùng với giá trị chúng tôi chấp nhận) và 23 W/m2 độ khi có không khí. chảy với tốc độ trung bình 2 m/s.

Giá trị thấp như vậy của hệ số truyền nhiệt trong không khí “đứng yên” có điều kiện α = 10 W/m2 mưa đá tương ứng với khái niệm coi không khí là chất cách nhiệt và giải thích sự cần thiết phải sử dụng nhiệt độ cao trong phòng tắm hơi để nhanh chóng làm ấm cơ thể con người. Liên quan đến tường, điều này có nghĩa là với tổn thất nhiệt điển hình qua tường của nhà tắm (50-200) W/m2, sự chênh lệch nhiệt độ không khí trong nhà tắm và nhiệt độ bề mặt bên trong của tường nhà tắm có thể đạt tới (5 -20)°C. Đây là một giá trị rất lớn, thường không được ai tính đến. Sự hiện diện của sự đối lưu không khí mạnh trong bồn tắm cho phép giảm nhiệt độ xuống một nửa. Hãy lưu ý rằng sự chênh lệch nhiệt độ cao như vậy, đặc trưng của phòng tắm, là không thể chấp nhận được trong khuôn viên nhà ở. Do đó, chênh lệch nhiệt độ giữa không khí và tường, được tiêu chuẩn hóa trong SNiP 23/02/2003, không được vượt quá 4°C trong khu dân cư, 4,5°C ở cơ sở công cộng và 12°C trong cơ sở công nghiệp. Sự thay đổi nhiệt độ cao hơn trong không gian sống chắc chắn sẽ dẫn đến cảm giác lạnh từ tường và đọng sương trên tường.

Sử dụng khái niệm được giới thiệu về hệ số truyền nhiệt từ bề mặt vào không khí, các khoảng trống bên trong tường có thể được coi là sự sắp xếp tuần tự của các bề mặt truyền nhiệt (xem Hình 35). Các vùng không khí gần tường, nơi quan sát thấy sự chênh lệch nhiệt độ trên ∆T, được gọi là các lớp biên. Nếu có hai khoảng trống trong một bức tường (hoặc đơn vị kính) (ví dụ: ba tấm kính), thì thực tế có 6 lớp ranh giới. Nếu một dòng nhiệt 100 W/m2 đi qua một bức tường như vậy (hoặc cửa sổ lắp kính hai lớp), thì tại mỗi lớp biên, nhiệt độ sẽ thay đổi theo ∆T = 10°С, và trên tất cả sáu lớp, chênh lệch nhiệt độ là 60°C. Xét rằng nhiệt truyền qua từng lớp ranh giới riêng lẻ và xuyên qua toàn bộ bức tường là bằng nhau và vẫn bằng 100 W/m2, hệ số truyền nhiệt thu được đối với một bức tường không có khoảng trống (cửa sổ lắp kính hai lớp có một khoảng trống) kính) sẽ là 5 W/m2 mưa đá, đối với tường có một lớp rỗng (cửa sổ lắp kính hai lớp có hai kính) 2,5 W/m2 độ và có hai lớp rỗng (cửa sổ lắp kính hai lớp có ba kính) 1,67 W /m2 độ. Nghĩa là, càng có nhiều khoảng trống (hoặc càng nhiều kính) thì tường càng ấm. Hơn nữa, độ dẫn nhiệt của vật liệu tường (kính) trong tính toán này được giả định là vô cùng lớn. Nói cách khác, ngay cả từ một vật liệu rất “lạnh” (ví dụ như thép), về nguyên tắc, vẫn có thể tạo ra một bức tường rất ấm, chỉ với điều kiện là có nhiều lớp không khí trên tường. Trên thực tế, mọi cửa sổ kính đều hoạt động theo nguyên tắc này.

Để đơn giản hóa việc tính toán đánh giá, sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng không phải hệ số truyền nhiệt α mà sử dụng giá trị nghịch đảo của nó - khả năng chịu truyền nhiệt (điện trở nhiệt của lớp biên) R = 1/α. Điện trở nhiệt của hai lớp biên tương ứng với một lớp vật liệu làm vách (một kính) hoặc một khe hở không khí (lớp xen kẽ) bằng R = 0,2 m2 độ/W và ba lớp vật liệu tường (như trong Hình 35) - tổng điện trở của sáu lớp biên, nghĩa là 0,6 m2 độ/W. Từ định nghĩa về khả năng truyền nhiệt Q =∆T/R Theo đó, với cùng một dòng nhiệt là 100 W/m2 và khả năng chịu nhiệt là 0,6 m2 độ/W, chênh lệch nhiệt độ trên tường có hai lớp không khí sẽ là 60°C. Nếu số lớp không khí tăng lên chín, thì chênh lệch nhiệt độ trên tường có cùng dòng nhiệt 100 W/m2 sẽ là 200°C, tức là nhiệt độ tính toán của bề mặt bên trong của bức tường trong nhà tắm với dòng nhiệt 100 W/m2 sẽ tăng từ 60°C lên 200°C (nếu nhiệt độ bên ngoài là 0°C).

Hệ số truyền nhiệt là một chỉ số tổng hợp một cách toàn diện hậu quả của tất cả các quá trình vật lý xảy ra trong không khí gần bề mặt của vật thể tỏa nhiệt hoặc nhận nhiệt. Khi chênh lệch nhiệt độ nhỏ (và dòng nhiệt nhỏ), dòng không khí đối lưu nhỏ, quá trình truyền nhiệt chủ yếu xảy ra dẫn nhiệt do tính dẫn nhiệt của không khí tĩnh. Độ dày của lớp ranh giới sẽ nhỏ, chỉ a=λR=0,0024 tôi, ở đâu λ=0,024 W/m độ- hệ số dẫn nhiệt của không khí tĩnh, R=0,1 m2độ/W- Điện trở nhiệt của lớp biên. Trong lớp ranh giới, không khí có nhiệt độ khác nhau, do đó lực hấp dẫn không khí gần một bề mặt thẳng đứng nóng bắt đầu nổi lên (và gần một bề mặt thẳng đứng lạnh nó bắt đầu chìm xuống), tăng tốc và chuyển động hỗn loạn (xoáy). Do các xoáy, sự truyền nhiệt của không khí tăng lên. Nếu sự đóng góp của thành phần đối lưu này được đưa chính thức vào giá trị của hệ số dẫn nhiệt λ, thì sự gia tăng hệ số dẫn nhiệt này sẽ tương ứng với sự gia tăng chính thức về độ dày của lớp biên a=λR(như chúng ta sẽ thấy bên dưới, khoảng 5-10 lần từ 0,24 cm đến 1-3 cm). Rõ ràng là độ dày chính thức tăng lên của lớp ranh giới này tương ứng với kích thước của luồng không khí và xoáy. Không đi sâu vào sự tinh tế của cấu trúc lớp ranh giới, chúng tôi lưu ý rằng Giá trị cao hơn hiểu rằng nhiệt truyền vào không khí có thể “bay đi” lên trên theo dòng đối lưu mà không bao giờ chạm tới tấm tiếp theo tường nhiều lớp hoặc kính tiếp theo của bộ kính hai lớp. Điều này tương ứng với trường hợp làm nóng không khí, sẽ được xem xét dưới đây khi phân tích tấm chắn lò nung kim loại. Ở đây chúng tôi xem xét trường hợp khi luồng không khí trong lớp xen kẽ có chiều cao giới hạn, ví dụ, gấp 5-20 lần độ dày lớp xen kẽ δ. Trong trường hợp này, các dòng tuần hoàn phát sinh trong các lớp không khí, chúng thực sự tham gia vào quá trình truyền nhiệt cùng với các dòng nhiệt dẫn nhiệt.

Với độ dày nhỏ của các lớp không khí, các luồng không khí ngược chiều ở các bức tường đối diện của khe hở bắt đầu ảnh hưởng lẫn nhau (trộn lẫn nhau). Nói cách khác, độ dày của lớp không khí trở nên nhỏ hơn hai lớp ranh giới không bị xáo trộn, do đó hệ số truyền nhiệt tăng lên và điện trở truyền nhiệt giảm tương ứng. Ngoài ra, ở nhiệt độ cao của thành các lớp không khí, quá trình truyền nhiệt bằng bức xạ bắt đầu đóng một vai trò nào đó. Dữ liệu cập nhật theo khuyến nghị chính thức của SNiP P-3-79* được đưa ra trong Bảng 7, từ đó có thể thấy rằng độ dày của các lớp ranh giới không bị xáo trộn là 1-3 cm, nhưng xảy ra sự thay đổi đáng kể về truyền nhiệt chỉ với độ dày lớp không khí nhỏ hơn 1 cm. Điều này đặc biệt có nghĩa là khe hở không khí giữa các kính trong cửa sổ lắp kính hai lớp không được dày dưới 1 cm.

Bảng 7. Điện trở nhiệt của lớp không khí kín, m2 độ/W

Độ dày khe hở không khí, cm	đối với lớp nằm ngang có nhiệt truyền từ dưới lên trên hoặc đối với lớp thẳng đứng		cho lớp nằm ngang có dòng nhiệt từ trên xuống dưới
	ở nhiệt độ không khí trong lớp
	tích cực	tiêu cực	tích cực	tiêu cực
1	0,13	0,15	0,14	0,15
2	0,14	0,15	0,15	0,19
3	0,14	0,16	0,16	0,21
5	0,14	0,17	0,17	0,22
10	0,15	0,18	0,18	0,23
15	0,15	0,18	0,19	0,24
20-30	0,15	0,19	0,19	0,24

Bảng 7 của họ cũng cho thấy các lớp không khí ấm hơn có điện trở nhiệt thấp hơn (chúng truyền nhiệt qua chính chúng tốt hơn). Điều này được giải thích là do ảnh hưởng của cơ chế bức xạ đến quá trình truyền nhiệt mà chúng ta sẽ xem xét ở phần tiếp theo. Chúng ta hãy lưu ý rằng độ nhớt của không khí tăng theo nhiệt độ, do đó không khí ấm trở nên hỗn loạn hơn.

Cơm. 36. . Các ký hiệu giống như trong Hình 35. Do tính dẫn nhiệt thấp của vật liệu tường nên xảy ra chênh lệch nhiệt độ ∆Тc = QRc, trong đó Rc là nhiệt trở của tường Rc = δc / λc(δc - độ dày thành, λc - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm tường). Khi c tăng, chênh lệch nhiệt độ ∆Tc giảm, nhưng chênh lệch nhiệt độ ở các lớp biên ∆T không thay đổi. Điều này được minh họa bằng sự phân bố Thiếc, liên quan đến trường hợp vật liệu làm tường có độ dẫn nhiệt cao hơn. Dòng nhiệt xuyên qua toàn bộ bức tường Q = ∆T/R = ∆Тc/Rc = (Тinternal - Texternal) /(3Rc+6R). Điện trở nhiệt của các lớp biên R và độ dày a của chúng không phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt của vật liệu làm tường λc và điện trở nhiệt Rc của chúng.

Cơm. 37.: a - Ba lớp kim loại (hoặc kính), cách nhau 1,5 cm, tương đương với gỗ (ván gỗ) dày 3,6 cm; b - năm lớp kim loại có khoảng cách 1,5 cm, tương đương gỗ dày 7,2 cm; c - ba lớp ván ép dày 4 mm có khe hở 1,5 cm, tương đương gỗ dày 4,8 cm; d - ba lớp xốp polyetylen dày 4 mm với khoảng cách 1,5 cm, tương đương với gỗ dày 7,8 cm; e - ba lớp kim loại có khoảng trống 1,5 cm, được lấp đầy bằng vật liệu cách nhiệt hiệu quả (polystyrene giãn nở, bọt polyetylen hoặc bông khoáng), tương đương với gỗ dày 10,5 cm. Giá trị được chấp nhận của các khoảng trống là có điều kiện, độ dày tương đương của gỗ trong ví dụ quảng cáo thay đổi một chút khi kích thước của các khoảng trống thay đổi trong khoảng (1-30) cm.

Nếu vật liệu kết cấu của tường có độ dẫn nhiệt thấp thì khi tính toán cần tính đến sự đóng góp của nó vào khả năng chịu nhiệt của tường (Hình 36). Mặc dù sự đóng góp của các khoảng trống, theo quy luật, là đáng kể, nhưng việc lấp đầy tất cả các khoảng trống bằng vật liệu cách nhiệt hiệu quả cho phép (bằng cách dừng hoàn toàn chuyển động của không khí) tăng đáng kể (3-10 lần) khả năng chịu nhiệt của tường (Hình 37).

Khả năng có được bồn tắm khá thích hợp để tắm (ít nhất là vào mùa hè) bức tường ấm áp tất nhiên, được làm bằng nhiều lớp kim loại “lạnh”, rất thú vị và được người Phần Lan sử dụng chẳng hạn để PCCC bức tường trong phòng tắm hơi gần bếp lò. Tuy nhiên, trên thực tế, giải pháp như vậy hóa ra rất phức tạp do cần phải cố định cơ học các lớp kim loại song song với nhiều thanh nối, đóng vai trò như những “cầu nối” lạnh không mong muốn. Bằng cách này hay cách khác, ngay cả một lớp kim loại hoặc vải cũng “ấm lên” nếu nó không bị gió thổi bay. Lều, yurt và lều dựa trên hiện tượng này, như đã biết, vẫn được sử dụng (và đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ) làm nhà tắm trong điều kiện du mục. Vì vậy, một lớp vải (không quan trọng là loại gì, miễn là có khả năng cản gió) chỉ “lạnh” gấp đôi bức tường gạch dày 6 cm nhưng lại ấm lên nhanh hơn gấp trăm lần. Tuy nhiên vải lều vẫn còn nhiều lạnh hơn không khí trong một chiếc lều không cho phép thực hiện bất kỳ chế độ xông hơi dài hạn nào. Ngoài ra, bất kỳ vết rách nào (dù nhỏ) trên vải sẽ ngay lập tức dẫn đến sự mất nhiệt đối lưu mạnh mẽ.

Khoảng trống không khí trên cửa sổ có tầm quan trọng lớn nhất trong nhà tắm (cũng như trong các tòa nhà dân cư). Trong trường hợp này, khả năng chống truyền nhiệt giảm của cửa sổ được đo và tính toán cho toàn bộ khu vực mở cửa sổ, nghĩa là không chỉ trên phần kính mà còn trên phần liên kết (gỗ, thép, nhôm, nhựa), theo quy luật, có đặc tính cách nhiệt tốt hơn kính. Để định hướng, chúng tôi trình bày các giá trị tiêu chuẩn về khả năng chịu nhiệt của cửa sổ các loại khác nhau theo SNiP P-3-79* và vật liệu dạng tế bào, có tính đến khả năng chịu nhiệt của các lớp ranh giới bên ngoài trong nhà và ngoài trời (xem Bảng 8).

Bảng 8. Giảm khả năng truyền nhiệt của cửa sổ và vật liệu cửa sổ

Loại công trình		Điện trở truyền nhiệt, m2độ/W
Kính đơn		0,16
Kính hai lớp trong khung ghép đôi		0,40
Kính hai lớp trong các khung riêng biệt		0,44
Kính ba lớp trong các khung cửa được ghép riêng biệt		0,55
Kính bốn lớp trong hai khung ghép nối		0,80
Cửa sổ lắp kính hai lớp có khoảng cách giữa các kính là 12 mm:	buồng đơn	0,38
	hai buồng	0,54
Khối thủy tinh rỗng (có khớp nối rộng 6 mm) kích thước:	194x194x98mm	0,31
	244x244x98mm	0,33
Độ dày của tấm polycarbonate di động "Akuueg":	hai lớp 4mm	0,26
	hai lớp 6mm	0,28
	hai lớp 8mm	0,30
	hai lớp 10mm	0,32
	ba lớp 16 mm	0,43
	nhiều vách ngăn 16 mm	0,50
	nhiều vách ngăn 25 mm	0,59
Tế bào Polypropylen "Akuvops!" độ dày:	hai lớp 3,5mm	0,21
	hai lớp 5mm	0,23
	hai lớp 10mm	0,30
Độ dày tường gỗ (để so sánh):	5cm	0,55
	10 cm	0,91

LỖ HỔNG KHÔNG KHÍ, một trong những loại lớp cách nhiệt làm giảm tính dẫn nhiệt của môi trường. Gần đây, tầm quan trọng của khe hở không khí đặc biệt tăng lên do việc sử dụng vật liệu rỗng trong xây dựng. Trong môi trường được ngăn cách bởi khe hở không khí, nhiệt được truyền: 1) bằng bức xạ từ các bề mặt liền kề với khe hở không khí và truyền nhiệt giữa bề mặt và không khí và 2) truyền nhiệt bằng không khí, nếu nó di động, hoặc bằng truyền nhiệt từ một số hạt không khí sang các hạt khác do tính dẫn nhiệt của nó, nếu nó đứng yên, và thí nghiệm của Nusselt chứng minh rằng các lớp mỏng hơn, trong đó không khí có thể được coi là gần như bất động, có hệ số dẫn nhiệt k thấp hơn các lớp dày hơn, nhưng với dòng đối lưu phát sinh trong chúng. Nusselt đưa ra biểu thức sau để xác định lượng nhiệt được lớp không khí truyền mỗi giờ:

trong đó F là một trong những bề mặt giới hạn khe hở không khí; λ 0 - hệ số có điều kiện, các giá trị bằng số tùy thuộc vào độ rộng của khe hở không khí (e), tính bằng m, được cho trong tấm đính kèm:

s 1 và s 2 là hệ số phát xạ của cả hai bề mặt của khe hở không khí; s là hệ số phát xạ của vật đen hoàn toàn, bằng 4,61; θ 1 và θ 2 là nhiệt độ của các bề mặt giới hạn khe hở không khí. Bằng cách thay thế các giá trị tương ứng vào công thức, bạn có thể thu được giá trị k (hệ số dẫn nhiệt) và 1/k (công suất cách điện) của các lớp không khí có độ dày khác nhau cần thiết để tính toán. S. L. Prokhorov đã biên soạn sơ đồ dựa trên dữ liệu Nusselt (xem Hình) cho thấy sự thay đổi giá trị k và 1/k của các lớp không khí tùy thuộc vào độ dày của chúng, trong đó vùng có lợi nhất là vùng từ 15 đến 45 mm.

Các lớp không khí nhỏ hơn thực tế khó thực hiện, nhưng các lớp không khí lớn hơn đã mang lại hệ số dẫn nhiệt đáng kể (khoảng 0,07). Bảng sau đưa ra các giá trị của k và 1/k cho Vật liệu khác nhau và đối với không khí, một số giá trị của các đại lượng này được đưa ra tùy thuộc vào độ dày của lớp.

Cái đó. Có thể thấy rằng việc tạo ra một số lớp không khí mỏng hơn thường có lợi hơn là sử dụng lớp cách nhiệt này hoặc lớp cách nhiệt khác. Lớp không khí có độ dày lên đến 15 mm có thể được coi là chất cách điện với lớp không khí đứng yên, có độ dày 15-45 mm - với lớp gần như đứng yên và cuối cùng là các lớp không khí có độ dày trên 45 -50 mm nên được coi là các lớp có dòng đối lưu phát sinh trong đó và do đó phải tính toán theo cơ sở chung.