gototopgototop

Влияние теплоотражающих покрытий на процесс теплопередачи в наружных ограждающих конструкциях зданий

Риставлетов Раимберди Аманович – кандидат технических наук, доцент Южно-Казахстанского государственного университета им. М. Ауэзова.

Сулейменов Улан Сейтказиевич – доктор технических наук, профессор Южно-Казахстанского государственного университета им. М. Ауэзова.

Камбаров Медетбек Абильдаевич – кандидат технических наук, доцент Южно-Казахстанского государственного университета им. М. Ауэзова.

Кудабаев Руслан Бактиярович – докторант Южно-Казахстанского государственного университета им. М. Ауэзова.

Абшенов Хасен Асанбекович – кандидат технических наук, доцент Южно-Казахстанского государственного университета им. М. Ауэзова.

Аннотация: Повышение теплозащитных характеристик ограждения использованием традиционных теплоизоляционных материалов не всегда является экономически выгодным решением и может существенно увеличить стоимость ограждающих конструкций.

В связи с этим, в настоящей работе рассматривается конструктивное решение ограждающих конструкций зданий, повышающее теплозащитные свойства и увеличивающее сопротивление теплопередаче ограждения.

Ключевые слова: Ограждающие конструкции, теплозащитные свойства, сопротивление теплопередаче.

Реализация мер по повышению энергоэффективности зданий в рамках государственной программы «Энергосбережение - 2020» связана с повышением теплозащитных характеристик ограждающих конструкций зданий [1, с.48; 2,с. 26; 3, с. 50].

Одним из перспективных способов повышения теплозащитных свойств и сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций является применение экранной изоляции или теплоотражающих покрытий, в качестве дополнительного слоя, способного отражать тепловое излучение [4, с.97; 5, с.100; 6, с.12].

Известно, что основным преимуществом использования теплоотражающего покрытия в ограждениях зданий является возможность повышения сопротивления теплопередаче за счет уменьшения интенсивности процесса теплопередачи через ограждение.

В качестве теплоотражающего покрытия традиционно используется алюминиевая фольга, различные лакокрасочные композиции, содержащие алюминиевый пигмент, а также вязкожидкие композиции белого цвета на основе полимеров и стеклянных микросфер.

Однако следует отметить, что, применительно к ограждающим конструкциям возникает необходимость исследования эффективности использования теплоотражающего покрытия для повышения тепловой защиты ограждения, изучение влияния места расположения покрытия в многослойной конструкции на энергоэффективность ограждения и разработке на их основе инженерной методики теплотехнического расчета подобной конструкции.

В ограждающих конструкциях, как правило, теплоотражающие покрытия целесообразно использовать в виде многослойного пакета, представляющего собой совокупность материалов с малой поглощательной способностью материалов с малой поглощательной и большой отражательной способностями поверхностей дополнительных теплоотражающих покрытий совместно с невентилируемыми воздушными прослойками.

В связи с этим, а также учитывая, что эффективность использования теплоотражающего покрытия в ограждениях зданий зависит от конструктивного решения самого ограждения, в работе рассматривается фасадная система с невентилируемой воздушной прослойкой и различным расположением теплоотражающего слоя, в соответствии с рисунком 1.

_3_1__html_36e8e944

1 – облицовка наружная; 2 – воздушная прослойка; 3 – основная стена; 4 – теплоотражающее покрытие.

Рисунок 1. Фрагменты наружной ограждающей конструкции с вентилируемой прослойкой и теплоотражающим покрытием.

Ввиду того, что воздушная прослойка в схеме рисунка 1 представляется относительно малой толщины, то вследствие влияния друг другу пограничных тепловых и гидродинамических слоев ограждения в прослойке возникают циркуляционные контуры.

Очевидно, что в рассматриваемых вариантах конструкции ограждения с теплоотражающим покрытием необходимо учесть отражательную способность самого покрытия, которая позволяет значительно снизить лучистую составляющую в общем процессе теплопередачи через ограждение.

Методы исследования.

Рассмотрим некоторый порядок проведения инженерного расчета теплопередачи через ограждение с теплоотражающим покрытием и оценки влияния теплоотражающих покрытий на процесс теплопередачи в воздушной прослойке ограждения.

Учитывая малую толщину воздушной прослойки и существенность переноса теплоты излучением по отношению к теплопроводности ограждения, величину общего теплового потока передаваемого излучением и теплопроводностью выразим в виде уравнения:

_3_1__html_bbfd593c, Вт/м2 (1)

Тепловой поток _3_1__html_d3e668e0через воздушную прослойку теплопроводностью можно определить из известного выражения [7, с.256]:

 

_3_1__html_4edcbc96 , (2)

 

где _3_1__html_360d1ced- расчетное сопротивление теплопередаче воздушной прослойки, (м2·°С)/Вт; _3_1__html_a1e126d0- коэффициент теплопроводности неподвижного воздуха, Вт/(м2·°С); _3_1__html_501f29b8- толщина воздушной прослойки, м; _3_1__html_5fcce96- температуры поверхностей воздушной прослойки, °С, причем _3_1__html_7828cf81.

Тепловой поток через воздушную прослойку излучением _3_1__html_77cb51abопределяется из эмпирической формулы

 

_3_1__html_c0084ef2, Вт/м2 (3)

 

Коэффициент лучистого теплообмена _3_1__html_226ec1c0 выводится из уравнения теплового излучения и вычисляется из выражения:

 

_3_1__html_2f5442dc (4)

 

При малых значениях толщин воздушной прослойки перепад температур поверхностей _3_1__html_215f7273 и _3_1__html_69bbe30aнезначителен, в связи с этим _3_1__html_226ec1c0 можно определить из простого выражения [8, с.54]:

 

_3_1__html_8df04a5 (5)

 

где _3_1__html_20861017=_3_1__html_af99d3ea, Спр – приведенный коэффициент излучения.

Значение приведенного коэффициента излучения Спр определим из известного выражения [9, с.16]:

 

Спр=(1/(_3_1__html_dfb854ef)), (6)

 

где _3_1__html_cf1a348e, _3_1__html_b36ba354 – коэффициенты излучения поверхностей воздушной прослойки, Вт/(м2·°С4); С0 – коэффициент излучение абсолютного черного тела, Вт/(м2·°С4).

Выражение (3) не отражает физических процессов теплопередачи через воздушную прослойку, что связано с эмпирическим характером формул (4) и (5) определения коэффициента излучения воздушной прослойки _3_1__html_e4596644. Но отметим, что данная формула имеет достаточную точность и может быть применена в инженерных расчетах.

Общий тепловой поток, проходящий через воздушную прослойку теплопроводностью и излучением, определится из выражения:

 

q=_3_1__html_9b6571fc

 

Результаты исследования

Для проведения расчетного эксперимента воспользуемся следующими данными:

- температуры поверхностей воздушной прослойки _3_1__html_f5a6fb4d

- толщина воздушной прослойки _3_1__html_5f453f7a

- коэффициент теплопроводности воздуха при средней температуре τвп, λвп=0,0246 Вт/(м2·°С);

- расчетное сопротивление теплопередаче воздушной прослойки Rвп по приложению 4 СНиП РК 2-04-03: при отрицательной температуре в прослойке - 0,18_3_1__html_ad101e01, при положительной температуре в прослойке – 0,15_3_1__html_ad101e01.

Тогда общий тепловой поток q, проходящий через воздушную прослойку без теплоотражающего экрана будет равен:

q=_3_1__html_651ab40c.

 

Приведенный коэффициент излучения Спр=1/(_3_1__html_efd7a0a6)= 1/(_3_1__html_9a902ff2)=3,390_3_1__html_1fe98560 определен из условия, что внутренние поверхность штукатурный раствор, а облицовочный слой из керамической плитки.

Для сравнения рассмотрим воздушную прослойку с теплоотражающим слоем, размещенным, на внутренней поверхности, согласно схеме (а) рисунка 1.

В качестве теплоотражающего покрытия примем алюминиевую фольгу с коэффициентом излучения САФ =0,5_3_1__html_1fe98560.

Для этого случая величина приведенного коэффициента излучения Спр по формуле (6), будет равен 0,49 _3_1__html_1fe98560.

Тепловой поток в воздушной прослойке с учетом теплоотражающего покрытия будет равен:

q=qк+qᴧ=4,43+0,41=4,84Вт/м2

Применение одностороннего теплоотражающего покрытия из алюминиевых фольги в воздушной прослойке снижает общий тепловой поток с 7,28 Вт/м2 до 4,84 Вт/м2.

Сравним величину теплового потока, проходящего через воздушную прослойку с двухсторонним теплоотражающим покрытием согласно схеме (б) рисунка 1.

Величину приведенного коэффициента излучения Спр вычислим по формуле:

_3_1__html_53a1a58d (8)

где _3_1__html_9723c0a3- степень черноты теплоотражающего покрытия, которая для алюминиевой фольги равна 0,05; _3_1__html_9fe530fd – количество теплоотражающего покрытия в прослойке , _3_1__html_9fe530fd =2.

Тогда тепловой поток, проходящий через воздушную прослойку ограниченной с двух сторон алюминиевой фольгой, будет равен:

q=4,43+0,220=4,65 Вт/м2

При двухстороннем расположении теплоотражающих слоев в воздушной прослойке величину приведенного коэффициента теплопроводности воздушной прослойки можно определить по формуле [8,]:

λпр= _3_1__html_459e398a(_3_1__html_8f667da3+_3_1__html_3d64ff88) (_3_1__html_463ed4a3+_3_1__html_bc0adc39),

где _3_1__html_d3ac69aa – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равна 5,76 _3_1__html_1fe98560

n – количество теплоотражающих слоев.

Тогда _3_1__html_2048a72b=_3_1__html_28d5728d·(285+267)(2852+2672)=0,061_3_1__html_b3d217a2.

Приведенное термическое сопротивление воздушной прослойки с теплоотражающим покрытием будет равен

 

_3_1__html_98577e6a = _3_1__html_aac39f5c=_3_1__html_b3e42926=1,64_3_1__html_ad101e01.

Сравнивая с нормативными значениями термического сопротивления замкнутых воздушных прослоек по приложению 4 СНиП РК 2.04-03, Rвп = 0,15_3_1__html_ad101e01 при положительной температуре в прослойке и Rвп =0,18_3_1__html_ad101e01 - при отрицательной температуре получим примерно 10 кратное увеличение термического сопротивления воздушной прослойки при размещений теплоотражающих покрытий в ограждений.

Основные выводы.

Проведенные расчетные исследования показали, что использование теплоотражающих слоев в ограждающих конструкциях с воздушной прослойкой в целом снижают проходящий через воздушную прослойку тепловой поток, который связан повышением термического сопротивления воздушной прослойки.

Размещение теплоотражающих слоев в ограждающих конструкциях благоприятно действует на температурный режим ограждения и позволяет уменьшить общую толщину ограждения.

Работа выполнена согласно договору на выполнение научно-исследовательских работ в рамках государственного заказа №164-11 на выполнение НИР по теме АР05133231 «Исследование и разработка энергосберегающих конструкции применением эффективных утеплителей с теплоотражающими покрытиями для повышения уровня тепловой защиты здания» с Комитетом науки Министерства образования и науки Республики Казахстан.

Список литературы

  1. Гнездилова О.А. Анализ энергоэффективности многослойных ограждающих конструкций с различными теплоизоляционными материалами / О.А. Гнездилова // Анализ современной науки и образования. -2013. - № 5 (72). – С.48-53.
  2. Королев, Д. Ю. Современные методы повышения тепловой защиты зданий / Д. Ю.Королев, В. Н. Семенов // Молодой ученый. - 2010. - № 3 (14). - С. 26-29.
  3. Кнатько М.В., Ефименко М.Н., Горшков А.С. К вопросу о долговечности и энергоэффективности современных ограждающих стеновых конструкций жилых, административных и производственных зданий / М.В. Кнатько, М.Н. Ефименко, А.С.Горшков // Инженерно-строительный журнал. - 2008. - №2. - С. 50-53.
  4. Панченко Д.А. Энергоэффективность использования нового теплозащитного материала для снижения теплопотребления зданий и сооружений / Д.А. Панченко // Вестник ТГАСУ. – 2011. - №4, - С.97-105.
  5. Вытчиков Ю.С., Сапарев М.Е. Исследование теплозащитных характеристик сэндвич-панелей с применением экранной изоляции // Повышение энергоэффективности зданий и сооружений: межвузовский сборник трудов / СГАСУ. Самара. - 2012. – С. 100-105.
  6. Сапарев М.Е. Повышение теплозащитных характеристик керамзитобетонных ограждающих конструкций с помощью экранной тепловой изоляции // Строительные материалы. - 2013. №11(707). –С. 12-15.
  7. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий / К.Ф. Фокин: под ред. Ю.А. Табунщикова, В.Г. Гагарина. 5-е изд. испр. и пересмотр. -М.: АВОК-Пресс, - 2006. -256с
  8. Ключников А.Д. Теплопередача излучением в огнетехнических установках (инженерные решение задач) / В.Д. Сизов, Л.В. Нестеров, В.М. Конко // наука и техника. 2014. №5. – С. 54-60.
  9. Умнякова Н.П. Теплозащита замкнутых воздушных прослоек с отражательной теплоизоляцией / Н.П. Умнякова // Жилищное строительство. - 2014. - №1-2, - С.16-20.
Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail

Отправить статью

...

Форма оплаты

Номер статьи, присвоенный редакцией
Количество страниц в статье
Количество экземпляров журнала
Доставка: РФСНГ
Скидка (%)
Заказать свидетельство о публикации
1. Стоимость публикации каждой страницы статьи составляет 200 рублей.
2. Стоимость каждого экземпляра журнала, включая его изготовление и доставку, составляет 300 рублей для России и 600 рублей для стран СНГ.
3. Стоимость печатного свидетельства о публикации составляет 100 рублей

Реквизиты для оплаты через банк