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.
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:
Тепловой поток через воздушную прослойку теплопроводностью можно определить из известного выражения [7, с.256]:
где - расчетное сопротивление теплопередаче воздушной прослойки, (м2·°С)/Вт; - коэффициент теплопроводности неподвижного воздуха, Вт/(м2·°С); - толщина воздушной прослойки, м; - температуры поверхностей воздушной прослойки, °С, причем .
Тепловой поток через воздушную прослойку излучением определяется из эмпирической формулы
Коэффициент лучистого теплообмена выводится из уравнения теплового излучения и вычисляется из выражения:
При малых значениях толщин воздушной прослойки перепад температур поверхностей и незначителен, в связи с этим можно определить из простого выражения [8, с.54]:
где =, Спр – приведенный коэффициент излучения.
Значение приведенного коэффициента излучения Спр определим из известного выражения [9, с.16]:
Спр=(1/()), (6)
где , – 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 . 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=
Результаты исследования
Для проведения расчетного эксперимента воспользуемся следующими данными:
- температуры поверхностей воздушной прослойки
- толщина воздушной прослойки
- 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, при положительной температуре в прослойке – 0,15.
Тогда общий тепловой поток q, проходящий через воздушную прослойку без теплоотражающего экрана будет равен:
q=.
Приведенный коэффициент излучения Спр=1/()= 1/()=3,390 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.
Для этого случая величина приведенного коэффициента излучения Спр по формуле (6), будет равен 0,49 .
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:
где - степень черноты теплоотражающего покрытия, которая для алюминиевой фольги равна 0,05; – количество теплоотражающего покрытия в прослойке , =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= (+) (+),
где – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равна 5,76
n – количество теплоотражающих слоев.
Тогда =·(285+267)(2852+2672)=0,061.
Приведенное термическое сопротивление воздушной прослойки с теплоотражающим покрытием будет равен
= ==1,64.
Сравнивая с нормативными значениями термического сопротивления замкнутых воздушных прослоек по приложению 4 СНиП РК 2.04-03, Rвп = 0,15 при положительной температуре в прослойке и Rвп =0,18 - 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