Коэффициент теплопроводности воздушной прослойки: Теплоизолирующая способность воздушных прослоек | Изолирующий модуль | Принципы конструирования бань

Содержание

Теплоизолирующая способность воздушных прослоек. Термическое сопротивление воздушной прослойки Воздушная прослойка

В таблице приведены значения теплопроводности воздуха λ в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении.

Величина коэффициента теплопроводности воздуха необходима при расчетах теплообмена и входит в состав чисел подобия, например таких, как число Прандтля, Нуссельта, Био.

Теплопроводность выражена в размерности и дана для газообразного воздуха в интервале температуры от -183 до 1200°С. Например, при температуре 20°С и нормальном атмосферном давлении теплопроводность воздуха равна 0,0259 Вт/(м·град) .

При низких отрицательных температурах охлажденный воздух имеет малую теплопроводность, например при температуре минус 183°С, она составляет всего 0,0084 Вт/(м·град).

По данным таблицы видно, что с ростом температуры теплопроводность воздуха увеличивается . Так, при увеличении температуры с 20 до 1200°С, величина теплопроводности воздуха возрастает с 0,0259 до 0,0915 Вт/(м·град), то есть более чем в 3,5 раза.

Теплопроводность воздуха в зависимости от температуры — таблица
t, °С λ, Вт/(м·град) t, °С λ, Вт/(м·град) t, °С λ, Вт/(м·град) t, °С λ, Вт/(м·град)
-183 0,0084 -30 0,022 110 0,0328 450 0,0548
-173 0,0093 -20 0,0228 120 0,0334 500 0,0574
-163 0,0102 -10 0,0236 130 0,0342 550 0,0598
-153 0,0111 0 0,0244 140 0,0349 600 0,0622
-143 0,012 10 0,0251 150 0,0357 650 0,0647
-133 0,0129 20 0,0259 160 0,0364 700 0,0671
-123 0,0138 30 0,0267 170 0,0371 750 0,0695
-113 0,0147 40 0,0276 180 0,0378 800 0,0718
-103 0,0155 50 0,0283 190 0,0386 850 0,0741
-93 0,0164 60 0,029 200 0,0393 900 0,0763
-83 0,0172 70 0,0296 250 0,0427 950 0,0785
-73 0,018 80 0,0305 300 0,046 1000 0,0807
-50 0,0204 90 0,0313 350 0,0491 1100 0,085
-40
0,0212 100 0,0321 400 0,0521 1200 0,0915

Теплопроводность воздуха в жидком и газообразном состояниях при низких температурах и давлении до 1000 бар

В таблице приведены значения теплопроводности воздуха при низких температурах и давлении до 1000 бар.
Теплопроводность выражена в Вт/(м·град), интервал температуры от 75 до 300К (от -198 до 27°С).

Величина теплопроводности воздуха в газообразном состоянии увеличивается с ростом давления и температуры .
Воздух в жидком состоянии с ростом температуры имеет тенденцию к снижению коэффициента теплопроводности.

Черта под значениями в таблице означает переход жидкого воздуха в газ — цифры под чертой относятся к газу, а выше ее — к жидкости.
Смена агрегатного состояния воздуха существенно сказывается на значении коэффициента теплопроводности — теплопроводность жидкого воздуха значительно выше .

Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Теплопроводность газообразного воздуха при температуре от 300 до 800К и различном давлении

В таблице приведены значения теплопроводности воздуха при различных температурах в зависимости от давления от 1 до 1000 бар.
Теплопроводность выражена в Вт/(м·град), интервал температуры от 300 до 800К (от 27 до 527°С).

По данным таблицы видно, что с ростом температуры и давления теплопроводность воздуха увеличивается.
Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Теплопроводность воздуха при высоких температурах и давлении от 0,001 до 100 бар

В таблице приведены значения теплопроводности воздуха при высоких температурах и давлении от 0,001 до 1000 бар.
Теплопроводность выражена в Вт/(м·град), интервал температуры от 1500 до 6000К (от 1227 до 5727°С).

С ростом температуры молекулы воздуха диссоциирует и максимальное значение его теплопроводности достигается при давлении (разряжении) 0,001 атм. и температуре 5000К.
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Слои, материалы

(поз. в табл. СП )

Термическое сопротивление

R i =  i /l i , м 2 ×°С/Вт

Тепловая инерция

D i = R i s i

Сопротивление паропроницанию

R vp,i =  i /m i , м 2 ×чПа/мг

Внутренний пограничный слой

Внутренняя штукатурка из цем.-песч. раствора (227)

Железобетон(255)

Плиты минераловатные (50)

Воздушная прослойка

Наружный экран – керамогранит

Наружный пограничный слой

Итого ()

* – без учёта паропроницаемости швов экрана

    Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки принимается по таблице 7 СП .

    Принимаем коэффициент теплотехнической неоднородности конструкции r = 0,85, тогдаR req /r = 3,19/0,85 = 3,75 м 2 ×°С/Вт и требуемая толщина утеплителя

0,045(3,75 – 0,11 – 0,02 – 0,10 – 0,14 – 0,04) = 0,150 м.

    Принимаем толщину утеплителя  3 = 0,15 м = 150 мм (кратно 30 мм), и добавляем в табл. 4.2.

Выводы:

    По сопротивлению теплопередаче конструкция соответствует нормам, так как приведённое сопротивление теплопередаче

    R 0 r выше требуемого значенияR req :

R 0 r =3,760,85 = 3,19> R req = 3,19 м 2 ×°С/Вт.

4.6. Определение теплового и влажностного режима вентилируемой воздушной прослойки

Определение скорости движения и температуры воздуха в прослойке

    Чем длиннее (выше) прослойка, тем больше скорость движения воздуха и его расход, а, следовательно, и эффективность выноса влаги. С другой стороны, чем длиннее (выше) прослойка, тем больше вероятность недопустимого влагонакопления в утеплителе и на экране.

    Расстояние между входными и выходными вентиляционными отверстиями (высоту прослойки) принимаем равным Н = 12 м.

    Среднюю температуру воздуха в прослойке t 0 предварительно принимаем как

t 0 = 0,8t ext = 0,8(-9,75) = -7,8°С.

    Скорость движения воздуха в прослойке при расположении приточных и вытяжных отверстий на одной стороне здания:

где – сумма местных аэродинамических сопротивлений течению воздуха на входе, на поворотах и на выходе из прослойки; в зависимости от конструктивного решения фасадной системы= 3…7; принимаем= 6.

    Площадь сечения прослойки условной шириной b = 1 м и принятой (в табл. 4.1) толщиной = 0,05 м:F =b = 0,05 м 2 .

    Эквивалентный диаметр воздушной прослойки:

    Коэффициент теплоотдачи поверхности воздушной прослойки a 0 предварительно принимаем по п. 9.1.2 СП :a 0 = 10,8 Вт/(м 2 ×°С).

(м 2 ×°С)/Вт,

K int = 1/R 0,int = 1/3,67 = 0,273Вт/(м 2 ×°С).

(м 2 ×°С)/Вт,

K ext = 1/R 0, ext = 1/0,14 = 7,470 Вт/(м 2 ×°С).

0,35120 + 7,198(-8,9) = -64,72 Вт/м 2 ,

0,351 + 7,198 =7,470 Вт/(м 2 ×°С).

где с – удельная теплоёмкость воздуха,с = 1000 Дж/(кг×°С).

    Средняя температура воздуха в прослойке отличается от принятой ранее более чем на 5%, поэтому уточняем расчётные параметры.

    Скорость движения воздуха в прослойке:

    Количество (расход) воздуха, проходящего через прослойку:

    Уточняем коэффициент теплоотдачи поверхности воздушной прослойки:

Вт/(м 2 ×°С).

    Сопротивление теплопередаче и коэффициент теплопередачи внутренней части стены:

(м 2 ×°С)/Вт,

K int = 1/R 0,int = 1/3,86 = 0,259Вт/(м 2 ×°С).

    Сопротивление теплопередаче и коэффициент теплопередачи наружной части стены:

(м 2 ×°С)/Вт,

K ext = 1/R 0,ext = 1/0,36 = 2,777Вт/(м 2 ×°С).

0,25920 + 2,777(-9,75) = -21,89 Вт/м 2 ,

0,259 + 2,777 =3,036 Вт/(м 2 ×°С).

    Уточняем ещё несколько раз среднюю температуру воздуха в прослойке, пока значения на соседних итерациях не будут отличаться более, чем на 5% (табл. 4.6).

.
1.3 Здание как единая энергетическая система .
2. Тепловлагопередача через наружные ограждения .
2.1 Основы теплопередачи в здании .
2.1.1 Теплопроводность .

2.1.2 Конвекция .
2.1.3 Излучение .
2.1.4 Термическое сопротивление воздушной прослойки.
2.1.5 Коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях.
2.1.6 Теплопередача через многослойную стенку.
2.1.7 Приведенное сопротивление теплопередаче.
2.1.8 Распределение температуры по сечению ограждения.
2.2 Влажностный режим ограждающих конструкций.
2.2.1 Причины появления влаги в ограждениях.
2.2.2 Отрицательные последствия увлажнения наружных ограждений.
2.2.3 Связь влаги со строительными материалами.
2.2.4 Влажный воздух.
2.2.5 Влажность материала.
2.2.6 Сорбция и десорбция.
2.2.7 Паропроницаемость ограждений.
2.3 Воздухопроницаемость наружных ограждений.
2.3.1 Основные положения.
2.3.2 Разность давлений на наружной и внутренней поверхности ограждений.
2.3.3 Воздухопроницаемость строительных материалов.

2.1.4 Термическое сопротивление воздушной прослойки.


Для внесения единообразия сопротивление теплопередаче замкнутых воздушных прослоек , расположенных между слоями ограждающей конструкции, называют термическим сопротивлением R в.п, м². ºС/Вт.
Схема передачи теплоты через воздушную прослойку представлена на рис.5.

Рис.5. Теплообмен в воздушной прослойке.


Тепловой поток, проходящий через воздушную прослойку q в.п , Вт/м ² , складывается из потоков, передаваемых теплопроводностью (2) q т , Вт/м ² , конвекцией (1) q к , Вт/м ² , и излучением (3) q л , Вт/м ² .


(2.12)

При этом доля потока, передаваемого излучением самая большая. Рассмотрим замкнутую вертикальную воздушную прослойку, на поверхностях которой разность температуры составляет 5ºС. С увеличением толщины прослойки от 10 мм до 200 мм доля теплового потока за счет излучения возрастает с 60% до 80%. При этом доля теплоты, передаваемой путем теплопроводности, падает от 38% до 2%, а доля конвективного теплового потока возрастает с 2% до 20% .
Прямой расчет этих составляющих достаточно громоздок. Поэтому в нормативных документах приводятся данные о термических сопротивлениях замкнутых воздушных прослоек, которые в 50-х годах ХХ века была составлена К.Ф. Фокиным по результатам экспериментов М.А. Михеева . При наличии на одной или обеих поверхностях воздушной прослойки теплоотражающей алюминиевой фольги, затрудняющей лучистый теплообмен между поверхностями, обрамляющими воздушную прослойку, термическое сопротивление следует увеличить в два раза. Для увеличения термического сопротивления замкнутыми воздушными прослойками в рекомендуется иметь в виду следующие выводы из исследований:
1) эффективными в теплотехническом отношении являются прослойки небольшой толщины;
2) рациональнее делать в ограждении несколько прослоек малой толщины, чем одну большой;
3) воздушные прослойки желательно располагать ближе к наружной поверхности ограждения, так как при этом в зимнее время уменьшается тепловой поток излучением;
4) вертикальные прослойки в наружных стенах необходимо перегораживать горизонтальными диафрагмами на уровне междуэтажных перекрытий;
5) для сокращения теплового потока, передаваемого излучением, можно одну из поверхностей прослойки покрывать алюминиевой фольгой, имеющей коэффициент излучения около ε=0,05. Покрытие фольгой обеих поверхностей воздушной прослойки практически не уменьшает передачу теплоты по сравнению с покрытием одной поверхности.
Вопросы для самоконтроля
1. Что является потенциалом переноса теплоты?
2. Перечислите элементарные виды теплообмена.
3. Что такое теплопередача?
4. Что такое теплопроводность?
5. Что такое коэффициент теплопроводности материала?
6. Напишите формулу теплового потока, передаваемого теплопроводностью в многослойной стенке при известных температурах внутренней tв и наружной tн поверхностей.
7. Что такое термическое сопротивление?
8. Что такое конвекция?
9. Напишите формулу теплового потока, передаваемого конвекцией от воздуха к поверхности.
10. Физический смысл коэффициента конвективной теплоотдачи.
11. Что такое излучение?
12. Напишите формулу теплового потока, передаваемого излучением от одной поверхности к другой.
13. Физический смысл коэффициента лучистой теплоотдачи.
14. Как называется сопротивление теплопередаче замкнутой воздушной прослойки в ограждающей конструкции?
15. Из тепловых потоков какой природы состоит общий тепловой поток через воздушную прослойку?
16. Какой природы тепловой поток превалирует в тепловом потоке через воздушную прослойку?
17. Как влияет толщина воздушной прослойки на распределение потоков в ней.
18. Как уменьшить тепловой поток через воздушную прослойку?


ВОЗДУШНАЯ ПРОСЛОЙКА , один из видов изолирующих слоев, уменьшающих теплопроводность среды. В последнее время значение воздушной прослойки особенно возросло в связи с применением в строительном деле пустотелых материалов. В среде, разделенной воздушной прослойкой, тепло передается: 1) путем лучеиспускания поверхностей, прилегающих к воздушной прослойке, и путем теплоотдачи между поверхностью и воздухом и 2) путем переноса тепла воздухом, если он подвижен, или путем передачи тепла одними частицами воздуха другим вследствие теплопроводности его, если он неподвижен, причем опыты Нуссельта доказывают, что более тонкие прослойки, в которых воздух может считаться почти неподвижным, обладают меньшим коэффициентом теплопроводности k, чем более толстые прослойки, но с возникающими в них конвекционными течениями. Нуссельт дает следующее выражение для определения количества тепла, передаваемого в час воздушной прослойкой:

где F – одна из поверхностей, ограничивающих воздушную прослойку; λ 0 – условный коэффициент, числовые значения которого, зависящие от ширины воздушной прослойки (е), выраженной в м, даются в прилагаемой табличке:

s 1 и s 2 – коэффициенты лучеиспускания обеих поверхностей воздушной прослойки; s – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, равный 4,61; θ 1 и θ 2 – температуры поверхностей, ограничивающих воздушную прослойку. Подставляя в формулу соответствующие значения, можно получить нужные для расчетов величины k (коэффициент теплопроводности) и 1/k (изолирующей способности) воздушных прослоек различной толщины. С. Л. Прохоров составил по данным Нуссельта диаграммы (см. фиг.), показывающие изменение величин k и 1/k воздушных прослоек в зависимости от их толщины, причем наивыгоднейшим участком является участок от 15 до 45 мм.

Меньшие воздушные прослойки практически трудноосуществимы, а большие дают уже значительный коэффициент теплопроводности (около 0,07). Следующая таблица дает величины k и 1/k для различных материалов, причем для воздуха дано несколько значений этих величин в зависимости от толщины слоя.

Т. о. видно, что часто бывает выгоднее делать несколько более тонких воздушных прослоек, чем применять те или другие изолирующие слои. Воздушная прослойка толщиной до 15 мм может считаться изолятором с неподвижным слоем воздуха, при толщине 15-45 мм – с почти неподвижным и, наконец, воздушные прослойки толщиной свыше 45-50 мм должны признаваться прослойками с возникающими в них конвекционными течениями и потому подлежащими расчету на общем основании.

Толщина воздушной прослойки,

Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки

R в.п, м 2 ×°С/Вт

горизонтальной при потоке тепла снизу вверх и вертикальной

горизонтальной при потоке тепла сверху вниз

при температуре воздуха в прослойке

положительной

отрицательной

Положительной

отрицательной

Примечание. При оклейке одной или обеих поверхностей воздушной прослойки алюминиевой фольгой термическое сопротивление следует увеличивать в 2 раза.

Приложение 5*

Схемы теплопроводных включений в ограждающих конструкциях

Приложение 6*

(Справочное)

Приведенное сопротивление теплопередаче окон, балконных дверей и фонарей

Заполнение светового проема

Приведенное сопротивление теплопередаче R o , м 2 *°С/Вт

в деревянных или ПВХ переплетах

в алюминиевых переплетах

1. Двойное остекление в спаренных переплетах

2. Двойное остекление в раздельных переплетах

3. Блоки стеклянные пустотные (с шириной швов 6 мм) размером: 194х194х98

0,31 (без переплета)

0,33 (без переплета)

4. Профильное стекло коробчатого сечения

0,31 (без переплета)

5. Двойное из органического стекла для зенитных фонарей

6. Тройное из органического стекла для зенитных фонарей

7. Тройное остекление в раздельно–спаренных переплетах

8. Однокамерный стеклопакет:

Из обычного стекла

Из стекла с мягким селективным покрытием

9. Двухкамерный стеклопакет:

Из обычного стекла (с межстекольным расстоянием 6 мм)

Из обычного стекла (с межстекольным расстоянием 12 мм)

Из стекла с твердым селективным покрытием

10. Обычное стекло и однокамерный стеклопакет в раздельных переплетах:

Из обычного стекла

Из стекла с твердым селективным покрытием

Из стекла с мягким селективным покрытием

Из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном

11. Обычное стекло и двухкамерный стеклопакет в раздельных переплетах:

Из обычного стекла

Из стекла с твердым селективным покрытием

Из стекла с мягким селективным покрытием

Из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном

12. Два однокамерных стеклопакета в спаренных переплетах

13. Два однокамерных стеклопакета в раздельных переплетах

14. Четырехслойное остекление в двух спаренных переплетах

* в стальных переплетах

Примечания:

1. К мягким селективным покрытиям стекла относят покрытия с тепловой эмиссией менее 0,15, к твердым – более 0,15.

2. Значения приведенных сопротивлений теплопередаче заполнений световых проемов даны для случаев, когда отношение площади остекления к площади заполнения светового проема равно 0,75.

Значения приведенных сопротивлений теплопередаче, указанные в таблице, допускается применять в качестве расчетных в случае отсутствия таких значений в стандартах или технических условиях на конструкции или не подтвержденных результатами испытаний.

3. Температура внутренней поверхности конструктивных элементов окон зданий (кроме производственных) должна быть не ниже 3 °С при расчетной температуре наружного воздуха.

Термическое сопротивление воздушной прослойки – Все для МГСУ

.


(2.12)

   При этом доля потока, передаваемого излучением самая большая. Рассмотрим замкнутую вертикальную воздушную прослойку, на поверхностях которой разность температуры составляет 5ºС. С увеличением толщины прослойки от 10 мм до 200 мм доля теплового потока за счет излучения возрастает с 60% до 80%. При этом доля теплоты, передаваемой путем теплопроводности, падает от 38% до 2%, а доля конвективного теплового потока возрастает с 2% до 20% [38].
Прямой расчет этих составляющих достаточно громоздок. Поэтому в нормативных документах [32] приводятся данные о термических сопротивлениях замкнутых воздушных прослоек, которые в 50-х годах ХХ века была составлена К.Ф. Фокиным [38] по результатам экспериментов М.А. Михеева [21]. При наличии на одной или обеих поверхностях воздушной прослойки теплоотражающей алюминиевой фольги, затрудняющей лучистый теплообмен между поверхностями, обрамляющими воздушную прослойку, термическое сопротивление следует увеличить в два раза. Для увеличения термического сопротивления замкнутыми воздушными прослойками в [38] рекомендуется иметь в виду следующие выводы из исследований:
1) эффективными в теплотехническом отношении являются прослойки небольшой толщины;
2) рациональнее делать в ограждении несколько прослоек малой толщины, чем одну большой;
3) воздушные прослойки желательно располагать ближе к наружной поверхности ограждения, так как при этом в зимнее время уменьшается тепловой поток излучением;
4) вертикальные прослойки в наружных стенах необходимо перегораживать горизонтальными диафрагмами на уровне междуэтажных перекрытий;
5) для сокращения теплового потока, передаваемого излучением, можно одну из поверхностей прослойки покрывать алюминиевой фольгой, имеющей коэффициент излучения около ε=0,05. Покрытие фольгой обеих поверхностей воздушной прослойки практически не уменьшает передачу теплоты по сравнению с покрытием одной поверхности.
Вопросы для самоконтроля
1. Что является потенциалом переноса теплоты?
2. Перечислите элементарные виды теплообмена.
3. Что такое теплопередача?
4. Что такое теплопроводность?
5. Что такое коэффициент теплопроводности материала?
6. Напишите формулу теплового потока, передаваемого теплопроводностью в многослойной стенке при известных температурах внутренней tв и наружной tн поверхностей.
7. Что такое термическое сопротивление?
8. Что такое конвекция?
9. Напишите формулу теплового потока, передаваемого конвекцией от воздуха к поверхности.
10. Физический смысл коэффициента конвективной теплоотдачи.
11. Что такое излучение?
12. Напишите формулу теплового потока, передаваемого излучением от одной поверхности к другой.
13. Физический смысл коэффициента лучистой теплоотдачи.
14. Как называется сопротивление теплопередаче замкнутой воздушной прослойки в ограждающей конструкции?
15. Из тепловых потоков какой природы состоит общий тепловой поток через воздушную прослойку?
16. Какой природы тепловой поток превалирует в тепловом потоке через воздушную прослойку?
17. Как влияет толщина воздушной прослойки на распределение потоков в ней.
18. Как уменьшить тепловой поток через воздушную прослойку?

Эквивалентный коэффициент теплопроводности воздушной прослойки

ЭКВИВАЛЕНТНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ВОЗДУШНОЙ ПРОСЛОЙКИ  [c.19]

Воздушная прослойка толщиной 25 мм ограничена горячей и холодной поверхностями с температурами соответственно 1с1=152 С и 1с2=48 °С. Определить эквивалентный коэффициент теплопроводности и удельный тепловой поток через воздушную прослойку.  [c.51]

Пример 3-7. Определить эквивалентный коэффициент теплопроводности плоской воздушной прослойки 6 = 25 мм. Температура горячей поверхности / i = = 150 С и холодной /ва=50 С.  [c.93]


Исследовалось влияние следующих факторов теплоемкости воздушной прослойки перехода от многослойной оболочки к монолитной с эквивалентным коэффициентом теплопроводности э, величин интервалов пространства h и времени бт в численных решениях на АВМ, ЦВМ и ГВМ, схемы задания начальных и граничных условий.  [c.139]

Определить эквивалентный коэффициент теплопроводности и удельный тепловой поток через воздушную прослойку толщиной 6 = 30 мм (рис. 16.4), если температуры горячей и холодной поверхностей стенок, между которыми находится воздух, равны /да, = 150° и / ,2 =50° С.  [c.179]

Определить эквивалентный коэффициент теплопроводности и тепловой поток через цилиндрическую воздушную прослойку толщиной 20 мм, если температуры горячей и холодной поверхностей соответственно равны = 80°С, =20° С, а средний диаметр прослойки ср= 100 мм.  [c.179]

Пример. Определить удельный тепловой поток и эквивалентный коэффициент теплопроводности плоской воздушной прослойки толщиной б = = 0,025 ж, если температура горячей поверхности 150° С, а холодной 2 = 50° С.  [c.241]

Слой 6. Керамика и воздушная прослойка толщиной 10 мм. Эквивалентный коэффициент теплопроводности воздуха Хэ=0,01 0,16= = 0,062, а средний коэффициент теплопроводности слоя  [c.50]

Полагая в уравнении (2-5) бк==1, можно вычислить значения толщины прослойки S при разных значениях ts.t. При исследовании зависимости эквивалентного коэффициента теплопроводности воздушной прослойки Яэкв от толщины б рассматривались три случая, которые полностью охватывают всю область практического применения экранной изоляции.  [c.23]

Яэ — эквивалентный коэффициент теплопроводности воздушной прослойки в ккал м-ч-град с — удельная теплоемкость материала в ккал1кг-град g — удельный вес материала в кг м у — объемный вес материала в /сг/ж  [c.7]

Различие закономерностей лучистого теплообмена, теплопроводности и конвекции, участвующих в переносе тепла в экранной изоляции, сильно осложняет решение задачи даже в тех случаях, когда все три процесса протекают независимо друг от друга. После введения К. Хенки понятия эквивалентного коэффициента теплопроводности воздуха появилась возможность производить расчеты теплопередачи через воздушные прослойки, пользуясь простыми формулами теплопередачи через твердые тела. Этот эквивалентный коэффициент теплопроводности, объединяющий все три вида теплопередачи в одну расчетную величину, зависит от толщины воздушной прослойки, радиуса ее кривизны, характера ограничивающих ее поверхностей и т. д.  [c.11]



Приложение 4. термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек строительная теплотехника- строительные нормы и правила РФ- СНиП ii-3-79 (утв- постановлением Госстроя СССР от 14-03-1979 28) (ред от 19-01-98) (2021). Актуально в 2019 году

размер шрифта

СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТЕХНИКА- СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ- СНиП II-3-79 (утв- Постановлением Госстроя СССР… Актуально в 2018 году

Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки R_в.п, м2 х °С/Вт
Толщина воздушной прослойки, м горизонтальной при потоке тепла снизу вверх и вертикальной горизонтальной при потоке тепла сверху вниз
при температуре воздуха в прослойке
положительной отрицательной положительной отрицательной
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
0,1 0,15 0,18 0,18 0,23
0,15 0,15 0,18 0,19 0,24
0,2-0,3 0,15 0,19 0,19 0,24

Примечание. При оклейке одной или обеих поверхностей воздушной прослойки алюминиевой фольгой термическое сопротивление следует увеличивать в 2 раза.

Приложение 5*

Коэффициент теплопроводности. Термическое сопротивление воздушной прослойки. Наружный облицовочный кирпич или фасадный лист

• Плотность материала , кг/м3
– масса 1 м3 материала в том состоянии,
в каком он будет использован
• Пористость материала p = (Vпор / Vo) ·100%
– процентное содержание пор в материале,
выражается отношением объема пор
к общему объему материала
– плотность материала,
– плотность скелета
• Весовая влажность
в = (mвлаги / mсух о)·100% =
= ((mвл о – mсух о ) / mсух о)·100%
• Q = ( t / ) S , Дж – количество тепла,
проходящее через слой площадью S толщиной
за время при разности температур t
• Коэффициент теплопроводности материала
характеризует способность материала в той или иной
степени проводить тепло через свою массу
= Q / ( t S ), Вт / (м К)
– количество тепла, проходящее за 1 с через 1 м2 слоя
толщиной 1 м при разности температур на границах слоя
в 1 градус
Коэффициент теплопроводности скелета
Кристаллические материалы
4 – 6 Вт/(м К)
Органические материалы
0,3 – 0,4
Пластмасса
0,2 – 0,3
Коэффициент теплопроводности воздуха
в порах размером 0,1-2 мм
0,02 – 0,03
Коэффициент теплопроводности
воздуха в порах размером 0,1-2 мм
0,02 – 0,03 Вт/(м К)
воды
0,55 Вт/(м К)
льда
2,2 Вт/(м К)
• q = qт + qк + qл
• qт = 1( 1 – 2) /
1 – коэффициент теплопроводности
неподвижного воздуха
• qк = 2( 1 – 2) /
2 – условный коэффициент передачи тепла
конвекцией
• qл = л( 1 – 2)
л – коэффициент теплоотдачи излучением
q = qт + qк + qл = ( 1 + 2 + л )( 1 – 2) /
экв = 1 + 2 + л – эквивалентный коэффициент
теплопроводности воздушной прослойки
Rв п =
/ экв – термическое сопротивление
воздушной прослойки
1 – несущая стена (ж/б, кирпич)
2 – утеплитель плитный с защитной дышащей пленкой
3 – вентилируемая воздушная прослойка ~ 50 мм
4 – связи или подоблицовочная конструкция
5 – наружный облицовочный кирпич или фасадный лист

Зависимость теплопроводности от температуры и давления

Теплопроводность – это свойство материала, которое описывает способность проводить тепло . Теплопроводность может быть определена как

« количество тепла, передаваемого через единицу толщины материала – в направлении, нормальном к поверхности единицы площади – из-за единичного температурного градиента в условиях устойчивого состояния».

Наиболее распространенными единицами измерения теплопроводности являются Вт / (м · К) в системе СИ и БТЕ / (ч фут ° F) в британской системе мер.

Табличные значения и преобразование единиц теплопроводности приведены под рисунками.

Онлайн-калькулятор теплопроводности воздуха

Калькулятор, представленный ниже, можно использовать для расчета теплопроводности воздуха при заданных температуре и давлении.
Выходная проводимость выражается в мВт / (м · K), британских тепловых единицах (IT) / (ч фут · ° F) и ккал (IT) / (ч · м · K).

См. Также другие свойства Air при изменяющейся температуре и давлении: Плотность и удельный вес при различной температуре, плотность при переменном давлении, коэффициенты диффузии газов в воздухе, число Прандтля, удельная теплоемкость при различной температуре и удельная теплоемкость при переменное давление, температуропроводность, свойства в условиях газожидкостного равновесия и теплофизические свойства воздуха при стандартных условиях, а также состав и молекулярная масса,
, а также теплопроводность аммиака, бутана, диоксида углерода, этана, этилена, водорода, метана , азот, пропан и вода.

См. Также Калькулятор теплопроводности

Вернуться к началу

Вернуться к началу


Вернуться к началу

Теплопроводность воздуха при атмосферном давлении и температурах в ° C:

71,35
Температура Теплопроводность
[° C] [мВт / м K] [ккал (IT) / (hm K)] [BTU (IT) / (ч фут ° F)]
-190 7.82 0,00672 0,00452
-150 11,69 0,01005 0,00675
-100 16,20 0,01393 0,00936
-75 18,34 0,01060
-50 20,41 0,01755 0,01179
-25 22,41 0.01927 0,01295
-15 23,20 0,01995 0,01340
-10 23,59 0,02028 0,01363
-5 23,97 0,0201361
0 24,36 0,02094 0,01407
5 24,74 0,02127 0,01429
10 25.12 0,02160 0,01451
15 25,50 0,02192 0,01473
20 25,87 0,02225 0,01495
25 26,24 9007 0,02
30 26,62 0,02289 0,01538
40 27,35 0,02352 0.01580
50 28,08 0,02415 0,01623
60 28,80 0,02477 0,01664
80 30,23 0,02599 0,01746 10052 0,02548 0,01746 31,62 0,02719 0,01827
125 33,33 0,02866 0,01926
150 35.00 0,03010 0,02022
175 36,64 0,03151 0,02117
200 38,25 0,03289 0,02210
225 39,83 0,01
300 44,41 0,03819 0,02566
412 50,92 0,04378 0.02942
500 55,79 0,04797 0,03224
600 61,14 0,05257 0,03533
700 66,32 0,05702 0,03832 0,05702 0,03832 0,06135 0,04122
900 76,26 0,06557 0,04406
1000 81.08 0,06971 0,04685
1100 85,83 0,07380 0,04959

Наверх
Теплопроводность воздуха при атмосферном давлении и температурах в ° F:

40 0,01911
Температура Теплопроводность
[° F] [британских тепловых единиц (IT) / (час футов ° F)] [ккал (IT) / (hm K)] [мВт / м · К]
-300 0.00484 0,00720 8,37
-200 0,00788 0,01172 13,63
-100 0,01068 0,01589 18,48
-50 0,0170086 20,77
-20 0,01277 0,01901 22,10
0 0,01328 0.01976 22,98
10 0,01353 0,02013 23,41
20 0,01378 0,02050 23,84
30 0,01402 0,0208749
0,01427 0,02123 24,70
50 0,01451 0,02160 25,12
60 0.01476 0,02196 25,54
70 0,01500 0,02232 25,95
80 0,01524 0,02267 26,37
100 0,01571 33
100 0,01571
120 0,01618 0,02408 28,00
140 0,01664 0,02477 28.80
160 0,01710 0,02545 29,60
180 0,01755 0,02612 30,38
200 0,01800 0,02679 31,16 0,02679 31,16 0,02843 33,07
300 0,02018 0,03003 34,93
350 0.02123 0,03160 36,75
400 0,02226 0,03313 38,53
450 0,02327 0,03463 40,28
500 0,02426
500 0,02426
600 0,02620 0,03898 45,34
700 0,02807 0.04177 48,58
800 0,02990 0,04449 51,74
1000 0,03342 0,04973 57,84
1200 0,03680 0,054,69 1400 0,04007 0,05963 69,35
1600 0,04325 0,06436 74.85
1800 0,04635 0,06898 80,23
2000 0,04941 0,07353 85,51

Преобразование единиц теплопроводности:

тепловая единица (международная) / (фут-час, градус Фаренгейта) [Btu (IT) / (ft h ° F], британская тепловая единица (международная) / (дюйм-час, градус Фаренгейта) [BTU (IT) / (в h ° F]) , британская тепловая единица (международная) * дюйм / (квадратный фут * час * градус Фаренгейта) [(BTU (IT) дюйм) / (фут² час ° F)], килокалория / (метр час градус Цельсия) [ккал / (mh ° C)], джоуль / (сантиметр второй градус кельвина) [Дж / (см · с · K)], ватт / (метр градус кельвина) [Вт / (м ° C)],

  • 1 БТЕ (IT) / (фут ч ° F) = 1/12 Btu (IT) / (в ч ° F) = 0.08333 британских тепловых единиц (IT) / (в ч ° F) = 12 Btu (IT) в / (фут 2 ч ° F) = 1,488 ккал / (мч ° C) = 0,01731 Дж / (см · с · K) = 1,731 Вт / (м · К)
  • 1 британская тепловая единица (IT) / (в час · ° F) = 12 британских тепловых единиц (IT) / (фут · час · ° F) = 144 британских тепловых единицы (IT) · дюйм / (фут 2 час · ° F) = 17,858 ккал / (м · ч ° C) = 0,20769 Дж / (см · с · K) = 20,769 Вт / (м · K)
  • 1 (британских тепловых единиц (IT) дюйм) / (фут² час ° F) = 0,08333 британских тепловых единиц (ИТ) / ( фут ч ° F) = 0,00694 БТЕ (IT) / (в ч ° F) = 0,12401 ккал / (мч ° C) = 0,001442 Дж / (см · с · K) = 0,1442 Вт / (м · K)
  • 1 Дж / ( см · с · K) = 100 Вт / (м · K) = 57,789 БТЕ (IT) / (фут · ч · ° F) = 4.8149 БТЕ (IT) / (в час ° F) = 693,35 (БТЕ (IT) дюйм) / (фут² час ° F) = 85,984 ккал / (мч ° C)
  • 1 ккал / (мч ° C) = 0,6720 БТЕ (IT) / (фут · ч ° F) = 0,05600 Btu (IT) / (в час · ° F) = 8,0636 (Btu (IT) дюйм) / (фут 2 час · ° F) = 0,01163 Дж / (см · с · K ) = 1,163 Вт / (м · К)
  • 1 Вт / (м · К) = 0,01 Дж / (см · с · К) = 0,5779 БТЕ (IT) / (фут · ч · ° F) = 0,04815 БТЕ (IT) / (дюйм · ч ° F) = 6,9335 (британских тепловых единиц (IT) дюйм) / (фут² ч ° F) = 0,85984 ккал / (мч ° C)

В начало

Полости и воздушные пространства

Полости и воздушные пространства

В принципе, использование полостей аналогично использованию изоляционного материала.Если между двумя слоями остается воздушное пространство, которое образует стену или крышу в любом здании, воздух, заключенный между двумя слоями, плохо проводящий тепло, действует как барьер к теплопередаче.

Тепло передается через воздушное пространство за счет теплопроводности и конвекции. и радиация. Передача тепла за счет теплопроводности обратно пропорциональна глубине. воздушного пространства. Конвекция в основном зависит от высоты воздушного пространства. и его глубина. Передача тепла излучением относительно не зависит от обоих факторов. толщина и высота, но сильно зависит от отражательной способности внутренней поверхности.Все три механизма зависят от температуры поверхности. В математическая обработка воздушной полости будет аналогична обработке изоляции если не учитывать естественную конвекцию в воздухе. Толщина воздушной полости составляет очень важный параметр дизайна, который регулирует его эффективность, контролируя коэффициент теплопередачи как у утеплителя.

Было обнаружено, что с зазорами шириной более 50 мм движение захваченного воздуха из-за температурного градиента начинается, что, в свою очередь, увеличивает коэффициент теплопередача.Это увеличение теплопередачи происходит из-за конвективной теплопередача происходит в дополнение к кондуктивной теплопередаче. Следовательно, полости шириной более 50 мм обычно не являются предпочтительными. Однако, если больше толщины воздушной полости требуется для получения тяжелой изоляции путем установки перегородок. в основной широкой полости в качестве альтернативы можно использовать несколько полостей.
Некоторые типичные значения термического сопротивления для воздушных полостей приведены ниже:

Размещение воздушной полости Толщина воздушной прослойки (мм) Тепловое сопротивление (м 2 К / Вт)
Вертикальный 10–20 0.14
20-50 0,17
Горизонтально – тепловой поток снизу вверх 10-50 0,17
Горизонтально – тепловой поток сверху вниз 10-50 0,21

Если есть возможность вентилировать воздушный зазор между крышей и потолком, тогда можно было бы ожидать уменьшения теплопередачи, особенно конвекцией.Если вентиляция эффективна, воздух в пустоте останется закрытым. до температуры окружающей среды, тем самым сводя конвективную теплопередачу к нулю. Однако вентилируемый воздух не снижает лучистую теплопередачу от крыша до потолка. Излучательная составляющая теплопередачи может быть уменьшена за счет использования покрытия с низким коэффициентом излучения или высокой отражающей способности (например, алюминиевой фольги) на любая поверхность, обращенная к полости.

Помимо применения на стенах и крышах, концепция воздушных полостей также занимает очень важное место в разработке изоляционных окон с использованием детали двойного и тройного остекления.

Температурный профиль конструкции

В установившейся ситуации, потому что нет накопления тепла или производства тепла в конструкции, поток тепла через каждый слой конструкции здания должно быть таким же. Изменение температуры в каждом слое линейно и скорость изменения зависит от теплового сопротивления. Когда тепловое сопротивление малая разница температур по слою мала, но когда тепловое сопротивление большое, перепад температур по слою тоже большой.

Используется тот же метод расчета, что и в теории электричества. Ома Закон гласит, что разница напряжений над сопротивлениями, соединенными последовательно, пропорциональны величине сопротивлений

Эквивалентный коэффициент теплопроводности замкнутого воздушного зазора. Термическое сопротивление воздушного зазора. Система утепления с закрытым воздушным зазором

Одним из приемов повышения теплоизоляционных качеств заборов является устройство воздушной прослойки.Применяется при возведении наружных стен, потолков, окон, витражей. В стенах и потолках он также используется для предотвращения переувлажнения конструкций.

Воздушный зазор может быть герметичным или вентилируемым.

Рассмотрим теплопередачу герметичный воздушный зазор .

Термическое сопротивление воздушного слоя R al нельзя определить как сопротивление теплопроводности воздушного слоя, поскольку передача тепла через слой при разнице температур на поверхностях происходит в основном за счет конвекции и излучения (Рисунок 3.14). Количество тепла,

передаваемая теплопроводностью мала, так как коэффициент теплопроводности воздуха невелик (0,026 Вт / (м · ºС)).

В прослоях, как правило, воздух находится в движении. Вертикальными линиями он движется вверх по теплой поверхности и вниз по холодной. Происходит конвективный теплообмен, интенсивность которого увеличивается с увеличением толщины прослойки, так как трение воздушных струй о стенки уменьшается.Когда тепло передается за счет конвекции, преодолевается сопротивление пограничных слоев воздуха на двух поверхностях; следовательно, чтобы рассчитать это количество тепла, коэффициент теплопередачи α k следует уменьшить вдвое.

Для совместного описания теплопередачи конвекцией и теплопроводностью обычно вводится коэффициент конвективной теплопередачи α “k, который равен

.

α “k = 0,5 α k + λ a / δ al, (3.23)

где λ a и δ al – коэффициент теплопроводности воздуха и толщина воздушного зазора соответственно.

Этот коэффициент зависит от геометрической формы и размеров воздушных пространств, направления теплового потока. Обобщая большой объем экспериментальных данных на основе теории подобия, М.А. Михеев установил определенные закономерности для α “k. В таблице 3.5 для примера приведены значения коэффициентов α” k, рассчитанные им при средняя температура воздуха в вертикальном слое t = + 10 ° С …

Таблица 3.5

Коэффициенты конвективной теплоотдачи в вертикальном воздушном зазоре

Коэффициент конвективной теплоотдачи в горизонтальных слоях воздуха зависит от направления теплового потока.Если верхняя поверхность нагревается сильнее, чем нижняя, движения воздуха практически не будет, так как теплый воздух сосредоточен вверху, а холодный – внизу. Следовательно, равенство

α “k = λ a / δ al.

Следовательно, конвективная теплопередача значительно снижается, а термическое сопротивление прослойки увеличивается. Горизонтальные воздушные пространства эффективны, например, при использовании в утепленных подвальных перекрытиях над холодными подпольями, где тепловой поток направлен сверху вниз.

Если тепловой поток направлен снизу вверх, то возникают восходящие и нисходящие потоки воздуха. Теплопередача за счет конвекции играет существенную роль, и значение α “k увеличивается.

Для учета влияния теплового излучения введен коэффициент лучистой теплоотдачи α l (глава 2, раздел 2.5).

По формулам (2.13), (2.17), (2.18) определяем коэффициент теплоотдачи излучением α l в воздушном зазоре между слоями конструкции кирпичной кладки.Температуры поверхности: t 1 = + 15 ºС, t 2 = + 5 ºС; степень черноты кирпича: ε 1 = ε 2 = 0,9.

По формуле (2.13) находим ε = 0,82. Температурный коэффициент θ = 0,91. Тогда α l = 0,82 ∙ 5,7 ∙ 0,91 = 4,25 Вт / (м 2 ºС).

Значение α l намного больше, чем α “k (см. Таблицу 3.5), поэтому основное количество тепла передается через прослойку за счет излучения. Для уменьшения этого теплового потока и увеличения сопротивления теплопередаче воздуха Разрыв, рекомендуется использовать световозвращающую изоляцию обеих поверхностей, например, алюминиевой фольгой (так называемое «армирование»).Такое покрытие обычно наносят на теплую поверхность, чтобы избежать конденсации влаги, ухудшающей отражательные свойства фольги. «Армирование» поверхности снижает лучистый поток примерно в 10 раз.

Термическое сопротивление герметичного воздушного зазора при постоянном перепаде температур на его поверхностях определяется по формуле

Таблица 3.6

Термическое сопротивление замкнутых воздушных слоев

Толщина воздушного зазора, м R al, м 2 ºС / Вт
для горизонтальных слоев с тепловым потоком снизу вверх и для вертикальных слоев для горизонтальных слоев с тепловым потоком сверху вниз
лето зима лето зима
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
0,1 0,15 0,18 0,18 0,23
0,15 0,15 0,18 0,19 0,24
0,2-0.3 0,15 0,19 0,19 0,24

Значения R al для закрытых плоских воздушных пространств приведены в таблице 3.6. К ним относятся, например, прослойки между слоями плотного бетона, которые практически не пропускают воздух. Экспериментально показано, что при кладке из кирпича при недостаточном заполнении швов между кирпичами раствором наблюдается нарушение герметичности, то есть проникновение наружного воздуха в прослойку и резкое снижение ее сопротивления теплопередаче.

При покрытии одной или обеих поверхностей прослойки алюминиевой фольгой ее термическое сопротивление следует увеличивать вдвое.

В настоящее время стены с вентилируемым воздушным зазором (стены с вентилируемым фасадом). Подвесной вентилируемый фасад – это конструкция, состоящая из облицовочных материалов и подкладки, которая крепится к стене таким образом, чтобы между защитно-декоративной облицовкой и стеной оставался воздушный зазор. Для дополнительного утепления наружных конструкций между стеной и облицовкой устанавливается изоляционный слой, чтобы между облицовкой и теплоизоляцией оставался вентиляционный зазор.

Схема конструкции вентилируемого фасада представлена ​​на рисунке 3.15. Согласно СП 23-101 толщина воздушного зазора должна быть в пределах от 60 до 150 мм.

Конструкционные слои, расположенные между воздушным зазором и наружной поверхностью, в теплотехническом расчете не учитываются. Следовательно, термическое сопротивление внешней облицовки не включается в сопротивление теплопередаче стены, определяемое по формуле (3.6). Как отмечено в разделе 2.5, коэффициент теплоотдачи внешней поверхности ограждающей конструкции с вентилируемыми воздушными пространствами α ext для холодного периода составляет 10,8 Вт / (м2 · ºС).

Конструкция вентилируемого фасада имеет ряд существенных преимуществ. В разделе 3.2 сравнивается распределение температуры в холодный период в двухслойных стенах с внутренней и внешней изоляцией (рис. 3.4). Стена с наружным утеплением более

«Теплый», так как основной перепад температуры происходит в теплоизоляционном слое.Внутри стены не образуется конденсат, не ухудшаются ее теплозащитные свойства, дополнительная пароизоляция не требуется (глава 5).

Воздушный поток, возникающий в прослойке из-за перепада давления, способствует испарению влаги с поверхности изоляции. Следует отметить, что существенной ошибкой является использование пароизоляции на внешней поверхности теплоизоляционного слоя, так как он препятствует свободному выводу водяного пара наружу.

Слои, материалы

(позиция в таблице СП)

Термическое сопротивление

R i =  i / l i , м 2 × ° С / Вт

Тепловая инерция

D i = R i s i

Стойкость к паропроницаемости

R vp, i =  i / м i , м 2 × чПа / мг

Внутренний пограничный слой

Внутренняя штукатурка из цементно-песчаного материала.раствор (227)

Железобетон (255)

Плиты из минеральной ваты (50)

Воздушный зазор

Наружная ширма – керамогранит

Внешний пограничный слой

Итого ()

* – без учета паропроницаемости швов экрана

    Термическое сопротивление замкнутого воздушного зазора принимается по таблице 7 СП.

    Принимаем коэффициент теплотехнической неоднородности конструкции r = 0,85, тогда R req / r = 3,19 / 0,85 = 3,75 м 2 × ° C / Вт и требуемую толщину изоляции

0,045 (3,75 – 0,11 – 0,02 – 0,10 – 0,14 – 0,04) = 0,150 м.

    Принимаем толщину утеплителя  3 = 0,15 м = 150 мм (кратно 30 мм), и добавляем в таблицу. 4.2.

Выводы:

    По сопротивлению теплопередаче конструкция соответствует стандартам, так как сниженное сопротивление теплопередаче R 0 r выше требуемого значения R req :

R 0 r = 3,760,85 = 3,19> R req = 3.19 м 2 × ° C / Вт.

4.6. Определение теплового и влажностного режима вентилируемого воздушного зазора

Определение скорости движения и температуры воздуха в прослойке

    Чем длиннее (выше) прослойка, тем больше скорость движения воздуха и его расход, и, следовательно, эффективность удаления влаги. С другой стороны, чем длиннее (выше) прослойка, тем больше вероятность недопустимого скопления влаги в изоляции и на экране.

    Расстояние между приточным и выводным вентиляционными отверстиями (высота прослойки) принимаем равным H = 12 м.

    Средняя температура воздуха в прослойке t 0 предварительно принята за

t 0 = 0,8 t ext = 0,8 (-9,75) = -7,8 ° C.

    Скорость движения воздуха в слое при расположении приточных и вытяжных отверстий с одной стороны корпус:

где  – сумма местных аэродинамических сопротивлений воздушному потоку на входе, на изгибах и на выходе из прослойки; в зависимости от конструктивного решения фасадной системы = 3… 7; принимаем = 6.

    Площадь сечения прослоя условной шириной b = 1 м и принятой (в таблице 4.1) толщиной = 0,05 м: F = b  = 0,05 м 2 .

    Эквивалентный диаметр воздушного зазора:

    Коэффициент теплоотдачи поверхности воздушного слоя a 0 предварительно принимается по п. 9.1.2 СП: a 0 = 10,8 Вт / (м 2 × ° С).

(м 2 × ° С) / Вт,

K int = 1/ R 0, int = 1/3.67 = 0,273Вт / (м 2 × ° С).

(м 2 × ° С) / Вт,

K ext = 1/ R 0, ext = 1 / 0,14 = 7,470 Вт / (м 2 × ° C).

0,35120 + 7,198 (-8,9) = -64,72 Вт / м 2,

0,351 + 7,198 = 7,470 Вт / (м 2 × ° C).

где с – удельная теплоемкость воздуха, с = 1000 Дж / (кг × ° С).

    Средняя температура воздуха в прослойке отличается от принятой ранее более чем на 5%, поэтому уточняем расчетные параметры.

    Скорость воздуха в прослойке:

Вт / (м 2 × ° С).

(м 2 × ° С) / Вт,

K int = 1/ R 0, int = 1 / 3,86 = 0,259 Вт / (м 2 × ° С).

(м 2 × ° С) / Вт,

K ext = 1/ R 0, ext = 1 / 0,36 = 2,777 Вт / (м 2 × ° С).

0,25920 + 2,777 (-9,75) = -21,89 Вт / м 2,

0,259 + 2,777 = 3,036 Вт / (м 2 × ° C).

    Уточняем среднюю температуру воздуха в прослойке еще несколько раз, пока значения на соседних итерациях не различаются более чем на 5% (таблица 4.6).

Тест

Теплофизика № 11

Термическое сопротивление воздушного зазора

1. Докажите, что линия снижения температуры по толщине многослойного ограждения в координатах «температура – термическое сопротивление» представляет собой прямую линию

.

2. От чего зависит термическое сопротивление воздушного зазора и почему

3. Причины возникновения перепада давления на одной и другой стороне ограждения

Межслойное ограждение сопротивление температурному воздуху

1.Докажите, что линия снижения температуры по толщине многослойного забора в координатах «температура – термическое сопротивление» представляет собой прямую линию

.

Используя уравнение сопротивления теплопередаче забора, можно определить толщину одного из его слоев (чаще всего утеплителя – материала с наименьшим коэффициентом теплопроводности), при котором забор будет иметь заданный ( требуемое) значение сопротивления теплопередаче. Тогда необходимое сопротивление изоляции можно рассчитать как, где – сумма тепловых сопротивлений слоев известной толщины, а минимальная толщина изоляции равна:.Для дальнейших расчетов толщину утеплителя необходимо округлить в большую сторону от унифицированных (заводских) значений толщины конкретного материала. Например, толщина кирпича кратна половине его длины (60 мм), толщина бетонных слоев кратна 50 мм, а толщина слоев других материалов кратна 20 или 50 мм, в зависимости от на той ступени, с которой они производятся на фабриках. При проведении расчетов удобно использовать сопротивления в связи с тем, что распределение температуры по сопротивлениям будет линейным, а значит, удобно проводить расчеты в графическом виде.При этом угол наклона изотермы к горизонту в каждом слое одинаков и зависит только от соотношения разницы расчетных температур и сопротивления теплопередаче конструкции. А тангенс угла наклона – это не что иное, как плотность теплового потока, проходящего через данный забор:.

В стационарных условиях плотность теплового потока постоянна во времени, поэтому, где R NS – сопротивление части конструкции, включая сопротивление теплопередаче внутренней поверхности и термическое сопротивление слои структуры от внутреннего слоя до плоскости, на которой ищется температура.

Тогда. Например, температуру между вторым и третьим слоями конструкции можно найти так:

Приведенные сопротивления теплопередаче неоднородных ограждающих конструкций или их участков (фрагментов) следует определять по справочнику, приведенные сопротивления плоских ограждающих конструкций с теплопроводными включениями – по справочнику.

2. От чего зависит термическое сопротивление воздушного зазора и почему

Помимо теплопередачи за счет теплопроводности и конвекции в воздушном зазоре, существует также прямое излучение между поверхностями, ограничивающими воздушный зазор.

Уравнение теплоотдачи излучением:, где b l коэффициент теплоотдачи излучением в большей степени зависит от материалов межслоевых поверхностей (чем меньше излучательная способность материалов, тем меньше и b л) и средней температуры воздуха в прослойке (при увеличении температура, коэффициент теплоотдачи излучением увеличивается).

Так где л экв – эквивалентный коэффициент теплопроводности воздушного зазора.Зная l экв, можно определить термическое сопротивление воздушного зазора. Впрочем, сопротивление R ВП тоже можно определить по справочнику. Они зависят от толщины воздушного зазора, температуры воздуха в нем (положительная или отрицательная) и типа слоя (вертикальный или горизонтальный). О количестве тепла, передаваемого за счет теплопроводности, конвекции и излучения через вертикальные воздушные пространства, можно судить по следующей таблице.

Толщина прослойки, мм

Плотность теплового потока, Вт / м 2

Количество переданного тепла в%

Эквивалентный коэффициент теплопроводности, м o С / Вт

Термическое сопротивление прослойки, Вт / м 2о С

теплопроводность

конвекция

радиация

Примечание: значения, приведенные в таблице, соответствуют температуре воздуха в прослойке, равной 0 ° C, разнице температур на ее поверхностях 5 ° C и излучательной способности поверхностей C = 4.4.

Следовательно, при проектировании наружных заграждений с воздушными зазорами необходимо учитывать следующее:

1) увеличение толщины воздушного зазора мало влияет на уменьшение количества проходящего через него тепла, а слои небольшой толщины (3-5 см) эффективны в теплотехнике;

2) в ограждении рациональнее сделать несколько слоев небольшой толщины, чем один слой большой толщины;

3) толстые прослойки желательно заполнить малотеплопроводными материалами для повышения термического сопротивления ограждения;

4) воздушный зазор должен быть закрыт и не сообщаться с наружным воздухом, то есть вертикальные слои должны быть перекрыты горизонтальными диафрагмами на уровне межэтажных перекрытий (более частая блокировка слоев по высоте не имеет практического значения).Если возникает необходимость устройства вентилируемых наружным воздухом прослоек, то они подлежат специальному расчету;

5) в связи с тем, что основная часть тепла, проходящего через воздушный зазор, передается за счет излучения, слои целесообразно располагать ближе к внешней стороне ограждения, что увеличивает их термическое сопротивление;

6) дополнительно рекомендуется покрыть более теплую поверхность прослойки материалом с низким коэффициентом излучения (например, алюминиевой фольгой), что значительно снижает лучистый поток.Покрытие таким материалом обеих поверхностей практически не снижает теплоотдачу.

3. Причины возникновения перепада давления на одной и другой стороне забора

Зимой воздух в отапливаемых помещениях имеет температуру выше, чем наружный воздух, и, следовательно, наружный воздух имеет более высокий объемный вес (плотность) по сравнению с внутренним воздухом. Эта разница в объемном весе воздуха создает разницу в его давлении по обе стороны забора (тепловое давление).Воздух поступает в комнату через нижнюю часть наружных стен, а выходит из нее через верхнюю часть. В случае герметичности верхнего и нижнего ограждений и при закрытых проемах перепад давления воздуха достигает максимальных значений у пола и под потолком, а в середине высоты помещения равен нулю (нейтральная зона).

Похожие документы

    Тепловой поток через забор. Устойчивость к теплопоглощению и теплопередаче. Плотность теплового потока. Термическое сопротивление забора.Распределение температур по сопротивлению. Нормализация сопротивления теплопередаче заборов.

    контрольная, добавлен 23.01.2012

    Передача тепла через воздушный зазор. Низкий коэффициент теплопроводности воздуха в порах строительных материалов. Основные принципы построения замкнутого воздушного пространства. Меры по повышению температуры внутренней поверхности забора.

    аннотация, добавлен 23.01.2012

    Сопротивление трению в буксах или подшипниках полуосей троллейбусов.Нарушение симметрии распределения деформаций по поверхности колеса и рельса. Устойчивость к перемещению от воздействия воздуха. Формулы для определения удельного сопротивления.

    лекция, добавлен 14.08.2013

    Изучение возможных мер по повышению температуры внутренней поверхности забора. Определение формулы для расчета сопротивления теплопередаче. Расчетная температура наружного воздуха и теплопередача через корпус. Координаты температура-толщина.

    контрольная, добавлен 24.01.2012

    Проект релейной защиты ЛЭП. Расчет параметров ЛЭП. Удельное индуктивное сопротивление. Реактивная и удельная емкостная проводимость ВЛ. Определение режима аварийного максимума при однофазном токе короткого замыкания.

    курсовая работа, добавлен 04.02.2016

    Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности. Удельный тепловой поток. Термическое сопротивление теплопроводности трехслойной плоской стенки.Графический метод определения температур между слоями. Определение постоянных интегрирования.

    презентация, добавлен 18.10.2013

    Влияние числа Био на распределение температуры в пластине. Внутреннее, внешнее тепловое сопротивление тела. Изменение энергии (энтальпии) пластины в период ее полного нагрева и охлаждения. Количество тепла, выделяемого пластиной в процессе охлаждения.

    презентация добавлена ​​15.03.2014

    Потери напора на трение в горизонтальных трубопроводах.Полная потеря напора как сумма сопротивления трения и местного сопротивления. Потеря давления при движении жидкости в аппарате. Сила сопротивления среды при движении сферической частицы.

    презентация добавлена ​​29.09.2013

    Проверка теплозащитных свойств наружных ограждений. Проверьте наличие конденсата на внутренней поверхности наружных стен. Расчет тепла для нагрева воздуха, подаваемого инфильтрацией. Определение диаметров труб. Термическое сопротивление.

    курсовая работа, добавлен 22.01.2014

    Электрическое сопротивление – это основная электрическая характеристика проводника. Учет измерения сопротивления при постоянном и переменном токе. Изучение метода амперметра-вольтметра. Выбор метода, при котором погрешность будет минимальной.

Для единообразия сопротивления теплопередаче закрытые воздушные пространства , расположенные между слоями ограждающей конструкции здания, называются тепловым сопротивлением Rv.p, м². ºС / Вт.
Схема отвода тепла через воздушный зазор приведена на рис. 5.

Рис. 5. Теплообмен в воздушном зазоре.

Тепловой поток, проходящий через воздушный зазор qv.p, Вт / м2, представляет собой сумму потоков, передаваемых за счет теплопроводности (2) qt, Вт / м2, конвекции (1) qk, Вт / м2 и излучения (3 ) ql, Вт / м².

24. Условное и пониженное сопротивление теплопередаче. Коэффициент теплотехнической однородности ограждающих конструкций.

25. Нормирование сопротивления теплопередаче по санитарно-гигиеническим условиям

, R 0 = *

Нормируем Δ t n, тогда R 0 tr = * , г. тех. для Δ t≤ Δ t n необходимо

R 0 ≥ R 0 tr

СНиП распространяет это требование на пониженное сопротивление. теплопередача.

R 0 пр ≥ R 0 tr

т в – расчетная температура внутреннего воздуха, ° С;

дубля.согласно нормам на дизайн. дом

t n – расчетная зимняя температура наружного воздуха, ° С, равная средней температуре самой холодной пятидневки с обеспечением 0,92

А в (альфа) – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по СНиП

.

Δt n – нормативная разница температур между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принятая согласно СНиП

.

Требуемое сопротивление теплопередаче R тр около дверей и ворот должно быть не менее 0.6 R tr около стен зданий и сооружений, определенная по формуле (1) при расчетной зимней температуре наружного воздуха, равной средней температуре самой холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92.

При определении необходимого сопротивления теплопередаче внутренних ограждающих конструкций в формуле (1) следует брать вместо t n – расчетную температуру воздуха более холодного помещения.

26. Тепловой расчет необходимой толщины материала ограждения исходя из условий достижения необходимого сопротивления теплопередаче.

27. Влажность материала. Причины увлажнения конструкции

Влажность – физическая величина, равная количеству воды, содержащейся в порах материала.

Бывает по весу и объему

1) Строительная влажность. (при строительстве дома). Зависит от конструкции и метода строительных работ. Полнотелая кирпичная кладка уступает керамическим блокам. Наиболее выгодно дерево (сборные стены).ж / б не всегда. Должно исчезнуть через 2-3 года использования.

Влажность грунта. (капиллярное всасывание). Достигает отметки 2-2,5 м. Слои гидроизоляции, при правильном устройстве, никак не сказываются.

2) Почвенная влага, проникает через ограждение из земли из-за капиллярного всасывания

3) Атмосферная влажность … (косой дождь, снег). Это особенно актуально для крыш и карнизов. Массивные кирпичные стены не требуют защиты при правильной стыковке.Железобетонные панели, внимание к стыкам и оконным блокам, фактурный слой водонепроницаемых материалов. Защита = защитная стена на склоне

4) Эксплуатационная влажность … (в цехах промышленных зданий, в основном в перекрытиях и нижних частях стен) решение: водонепроницаемые полы, водоотвод, керамическая плитка в нижней части, гидроизоляционная штукатурка. Защита = защитная подкладка с внутренними сторонами

5) Гигроскопическая влажность … В связи с повышенной гигроскопичностью материалов (способность поглощать водяной пар из влажного воздуха)

6) Конденсация влаги из воздуха : а) на поверхности забора б) в толще забора

28. Влияние влаги на свойства конструкций

1) С увеличением влажности увеличивается теплопроводность конструкции.

2) Деформация из-за влаги. Влажность намного хуже теплового расширения. Штукатурка отслаивается из-за скопившейся под ней влаги, затем влага замерзает, расширяется в объеме и отрывает штукатурку.Невлагостойкие материалы при увлажнении деформируются. Например, гипс при повышении влажности приобретает ползучесть, набухание фанеры, расслоение.

3) Пониженная долговечность – количество лет безотказной работы конструкции

4) Биологические повреждения (грибок, плесень) из-за потери росы

5) Потеря эстетического вида

Поэтому при выборе материалов учитывается их влажностный режим и выбираются материалы с наименьшим содержанием влаги.Также чрезмерная влажность в помещении может стать причиной распространения болезней и инфекций.

С технической точки зрения это приводит к потерям прочности и конструкции, а его морозостойкость св. Некоторые материалы при повышенной влажности теряют механическую прочность, меняют форму. Например, гипс при повышении влажности приобретает ползучесть, набухание фанеры, расслоение. Коррозия металла. ухудшение внешнего вида.

29. Сорбция водяного пара сборками. матер.Механизмы сорбции. Гистерезис сорбции.

Сорбция – процесс поглощения водяного пара, приводящий к равновесному состоянию влажности материала с воздухом. 2 явления. 1. Поглощение в результате столкновения молекулы пара с поверхностью поры и адгезии к этой поверхности (адсорбция) 2. Прямое растворение влаги в теле (поглощение). Влажность увеличивается с увеличением относительной эластичности и понижением температуры. «Десорбция» Если влажный образец помещается в эксикатор (раствор серной кислоты), он выделяет влагу.

Сорбционные механизмы:

1. Адсорбция

2. Капиллярная конденсация

3. Объемное заполнение микропор

4. Заполнение межслоевого пространства

Этап 1. Адсорбция – это явление, при котором поверхность пор покрывается одним или несколькими слоями молекул воды (в мезопорах и макропорах).

Этап 2. Полимолекулярная адсорбция – образуется многослойный адсорбированный слой.

Этап 3. Капиллярная конденсация.

ПРИЧИНА. Давление насыщенного пара над вогнутой поверхностью меньше, чем над плоской поверхностью жидкости. В капиллярах малого радиуса влага образует вогнутые миниски, поэтому появляется возможность капиллярной конденсации. Если D> 2 * 10 -5 см, то капиллярной конденсации не будет.

Десорбция – процесс естественной сушки материала.

Гистерезис («разница») сорбции состоит в разнице между изотермой сорбции, полученной при увлажнении материала, от изотермы десорбции, полученной из высушенного материала.показывает процентную разницу между весовой влажностью во время сорбции и весовой десорбцией влаги (десорбция 4,3%, сорбция 2,1%, гистерезис 2,2%) при увлажнении изотермы сорбции. Десорбция сухая.

30. Механизмы влагопереноса в материалах строительных конструкций. Паропроницаемость, капиллярное водопоглощение.

1. Зимой из-за разницы температур и при разных парциальных давлениях через ограждение проходит поток водяного пара (с внутренней поверхности на внешнюю) – диффузия водяного пара. Летом все наоборот.

2. Конвективный перенос водяного пара (с воздушным потоком)

3 … Капиллярный перенос воды (просачивание) через пористый материал.

4. Гравитационная утечка воды через трещины , отверстия, макропоры.

Проницаемость для водяного пара – собственный материал или конструкция, сделанная из них, пропускает водяной пар через себя.

Коэффициент пористости – Phys.значение, численно равное количеству пара, прошедшего через пластину на единице площади, при единичном падении давления, при единичной толщине пластины, в единицу времени при парциальном падении давления на сторонах пластины e 1 Па. Температура, mu уменьшается, с увеличением влажности mu увеличивается.

Сопротивление паропроницаемости: R = толщина / мкм

Mu – коэффициент паропроницаемости (определяется согласно СНиП 2379 по теплотехнике)

Капиллярное водопоглощение строительными материалами – обеспечивает непрерывный перенос жидкой влаги через пористые материалы из области высокой концентрации в область низкой концентрации.

Чем тоньше капилляры, тем больше капиллярная всасывающая сила, но в целом скорость переноса уменьшается.

Капиллярный перенос можно уменьшить или исключить, установив соответствующий барьер (небольшой воздушный зазор или капиллярно-неактивный слой (непористый)).

31. Закон Фика. Коэффициент паропроницаемости

P (количество пара, г) = (ev-en) F * z * (мкм / толщина),

Mu – коэфф. паропроницаемость (определяется согласно СНиП 2379 по теплотехнике)

Phys.значение, численно равное количеству пара, прошедшего через пластину на единице площади при единичном падении давления при единичной толщине пластины в единицу времени при частичном падении давления на сторонах пластины e 1 Па. [мг / (м2 * Па)]. Самая маленькая му имеет рубероид 0,00018, самая большая минеральная вата = 0,065 г / м * ч * мм рт. Ст., Оконное стекло и металлы паронепроницаемы, воздух наиболее паропроницаем. При уменьшении. Температура, mu уменьшается, с увеличением влажности mu увеличивается. Зависит от физических свойств материала и отражает его способность проводить через него водяной пар.Анизотропные материалы имеют разную mu (для дерева по волокнам = 0,32, по горизонтали = 0,6).

Эквивалентная стойкость к паропроницаемости забора при последовательном расположении слоев. Закон Фика.

Q = (e 1 -e 2) / R n qR n1n = (e n1n-1 -e 2)

32 Расчет распределения парциального давления водяного пара по толщине конструкции.

Тепло- и влагообмен через внешние ограждения

Основы теплообмена в здании

Передача тепла всегда происходит из более теплой среды в более холодную.Процесс передачи тепла из одной точки пространства в другую за счет разницы температур называется теплопередачей и является коллективным, поскольку включает три элементарных типа теплопередачи: теплопроводность (теплопроводность), конвекцию и излучение .. Таким образом, потенциал теплопередачи равен разности температур .

Теплопроводность

Теплопроводность – вид теплообмена между неподвижными частицами твердого, жидкого или газообразного вещества.Таким образом, теплопроводность – это теплообмен между частицами или элементами структуры материальной среды, находящимися в непосредственном контакте друг с другом. При изучении теплопроводности вещество рассматривается как твердая масса, его молекулярная структура не учитывается. В чистом виде теплопроводность обнаруживается только у твердых тел, так как обеспечить неподвижность вещества в жидких и газообразных средах практически невозможно.

Большинство строительных материалов пористые тела … В порах находится воздух, который имеет способность двигаться, то есть передавать тепло путем конвекции. Считается, что конвективной составляющей теплопроводности строительных материалов можно пренебречь из-за ее малости. Лучистый теплообмен происходит внутри поры между поверхностями ее стенок. Передача тепла излучением в порах материалов в основном определяется размером пор, потому что чем больше пора, тем больше разница температур на ее стенках.При рассмотрении теплопроводности характеристики этого процесса относятся к общей массе вещества: скелет и поры вместе.

Оболочка здания, как правило, представляет собой плоскопараллельные стены , теплопередача в которых осуществляется в одном направлении. Кроме того, обычно в теплотехнических расчетах наружных ограждающих конструкций предполагается, что теплообмен происходит при стационарных тепловых условиях , то есть с постоянством во времени всех характеристик процесса: теплового потока, температуры в каждой точке. , теплофизические характеристики строительных материалов.Поэтому важно рассматривать одномерный стационарный процесс теплопроводности в однородном материале , который описывается уравнением Фурье:

, где q T поверхностная плотность теплового потока , проходящего через плоскость, перпендикулярную тепловому потоку , Вт / м 2;

λ теплопроводность материала , Вт / м. о С;

t – изменение температуры по оси абсцисс, оС;

Отношение обозначается градиентом температуры , о С / м, и обозначается град t … Температурный градиент направлен в сторону повышения температуры, что связано с поглощением тепла и уменьшением теплового потока. Знак минус в правой части уравнения (2.1) показывает, что увеличение теплового потока не совпадает с увеличением температуры.

Теплопроводность λ – одна из основных тепловых характеристик материала. Как следует из уравнения (2.1), теплопроводность материала – это мера теплопроводности материала, которая численно равна тепловому потоку, проходящему через 1 м 2 площади, перпендикулярной направлению потока, с градиентом температуры по потоку, равным 1 ° С / м (рис.1). Чем больше значение λ, тем интенсивнее процесс теплопроводности в таком материале, тем больше тепловой поток. Поэтому материалы с теплопроводностью менее 0,3 Вт / м считаются теплоизоляционными. о С.

Изотермы; – —— – тепловые потоки.

Изменение теплопроводности строительных материалов с изменением их плотности происходит из-за того, что практически любой строительный материал состоит из каркаса – основного строительного вещества и воздуха.К.Ф. Например, Фокин приводит следующие данные: теплопроводность абсолютно плотного вещества (без пор) в зависимости от природы имеет теплопроводность от 0,1 Вт / мес C (для пластика) до 14 Вт / мес C (для кристаллического вещества с тепловым потоком вдоль кристаллической поверхности), тогда как воздух имеет теплопроводность около 0,026 Вт / мес. С. Чем выше плотность материала (меньше пористость), тем больше значение его теплопроводности. Понятно, что легкие теплоизоляционные материалы имеют относительно низкую плотность.

Различия в пористости и теплопроводности каркаса приводят к различию в теплопроводности материалов даже с одинаковой плотностью. Например, следующие материалы (таблица 1) при одинаковой плотности ρ 0 = 1800 кг / м 3, имеют разные значения теплопроводности:

Таблица 1.

Теплопроводность материалов одинаковой плотности 1800 кг / м 3.

С уменьшением плотности материала его теплопроводность l уменьшается, так как влияние проводящей составляющей теплопроводности каркаса материала уменьшается, но, однако, возрастает влияние радиационной составляющей.Следовательно, уменьшение плотности ниже определенного значения приводит к увеличению теплопроводности. То есть существует определенное значение плотности, при котором теплопроводность имеет минимальное значение. Есть оценки, что при 20 ° C в порах диаметром 1 мм теплопроводность по излучению составляет 0,0007 Вт / (м ° C), при диаметре 2 мм – 0,0014 Вт / (м ° C) и т. Д. теплопроводность за счет излучения становится значительной для теплоизоляционных материалов с низкой плотностью и значительными размерами пор.

Теплопроводность материала увеличивается с увеличением температуры, при которой происходит передача тепла. Увеличение теплопроводности материалов объясняется увеличением кинетической энергии молекул каркаса вещества. Также увеличивается теплопроводность воздуха в порах материала и интенсивность теплоотдачи за счет излучения. В строительной практике зависимость теплопроводности от температуры особого значения не имеет.Для пересчета значений теплопроводности материалов, полученных при температурах до 100 ° C, в их значения при 0 ° C используется эмпирическая формула О.Е. Власова:

λ о = λ t / (1 + β. T), (2.2)

где λ о – теплопроводность материала при 0 о С;

λ t – теплопроводность материала при t о С;

β – температурный коэффициент изменения теплопроводности, 1 / o C, для различных материалов, равный примерно 0,0025 1 / o C;

t – температура материала, при которой его коэффициент теплопроводности равен λ t.

Для плоской однородной стенки толщиной δ (рис. 2) тепловой поток, передаваемый за счет теплопроводности через однородную стенку, можно выразить уравнением:

где τ 1, τ 2 – значения температуры на поверхности стен, o C.

Из выражения (2.3) следует, что распределение температуры по толщине стенки линейное. Величина δ / λ называется термическим сопротивлением слоя материала и обозначается R T , м 2.o С / Ж:

Рис. 2. Распределение температуры в плоской однородной стенке

Следовательно, тепловой поток q T , Вт / м 2, через однородную плоскопараллельную толщину стенки δ , м, из материала с теплопроводностью λ, Вт / м. o C можно записать как

Термическое сопротивление слоя – это сопротивление теплопроводности, равное разности температур на противоположных поверхностях слоя, когда через него проходит тепловой поток с поверхностной плотностью 1 Вт / м 2.

Теплопередача за счет теплопроводности происходит в слоях материала оболочки здания.

Конвекция

Конвекция – передача тепла движущимися частицами вещества. Конвекция имеет место только в жидких и газообразных веществах, а также между жидкой или газообразной средой и поверхностью твердого тела. В этом случае происходит передача тепла и теплопроводности. Комбинированный эффект конвекции и теплопроводности в пограничной области на поверхности называется конвективной теплопередачей.

Конвекция происходит на внешней и внутренней поверхностях ограждений здания. Конвекция играет важную роль в теплообмене внутренних поверхностей помещения. При разных значениях температуры поверхности и прилегающего к ней воздуха тепло переходит в сторону более низкой температуры. Тепловой поток, передаваемый конвекцией, зависит от режима движения жидкости или газа, омывающего поверхность, от температуры, плотности и вязкости движущейся среды, от шероховатости поверхности, от разницы между температурами поверхности и окружающей среды. Средняя.

Процесс теплообмена между поверхностью и газом (или жидкостью) протекает по-разному, в зависимости от характера возникновения движения газа. Различают естественную и принудительную конвекцию. В первом случае движение газа происходит за счет разницы температуры поверхности и газа, во втором – за счет внешних по отношению к этому процессу сил (работа вентиляторов, ветер).

Принудительная конвекция в общем случае может сопровождаться процессом естественной конвекции, но поскольку интенсивность принудительной конвекции заметно превышает интенсивность естественной конвекции, при рассмотрении принудительной конвекции естественной конвекцией часто пренебрегают.

Далее будут рассматриваться только стационарные процессы конвективного теплообмена в предположении, что скорость и температура постоянны во времени в любой точке воздуха. Но поскольку температура элементов помещения изменяется довольно медленно, зависимости, полученные для стационарных условий, можно распространить на процесс нестационарного теплового режима помещения , при котором в каждый рассматриваемый момент происходит процесс конвективной теплопередачи на внутренние поверхности корпусов считаются неподвижными.Полученные для стационарных условий зависимости можно распространить и на случай резкого изменения характера конвекции с естественного на принудительный, например, при включении рециркуляционного устройства отопления помещения (фанкойла или сплит-системы в режиме теплового насоса). в комнате. Во-первых, быстро устанавливается новый режим движения воздуха и, во-вторых, требуемая точность инженерной оценки процесса теплообмена ниже возможных погрешностей из-за отсутствия коррекции теплового потока в переходном состоянии.

Для инженерной практики расчетов отопления и вентиляции важна конвективная теплопередача между поверхностью ограждающей конструкции или трубы и воздухом (или жидкостью). В практических расчетах для оценки конвективного теплового потока используются уравнения Ньютона (рис.3):

, (2,6)

, где от q до – тепловой поток, Вт, передаваемый конвекцией от движущейся среды к поверхности или наоборот;

t a – температура воздуха, омывающего поверхность стены, о С;

τ – температура поверхности стены, о С;

α до – коэффициент конвективной теплоотдачи на поверхности стены, Вт / м 2.o C.

Рис.3 Конвективный теплообмен стены с воздухом

Коэффициент теплопередачи за счет конвекции, от a до – физическая величина, численно равная количеству тепла, передаваемого от воздуха к поверхности твердого тела за счет конвективной теплопередачи, когда разница между температурой воздуха и температурой поверхности тела равна равна 1 o C.

При таком подходе вся сложность физического процесса конвективной теплопередачи заключается в коэффициенте теплопередачи от a до … Естественно, значение этого коэффициента является функцией многих аргументов. Для практического использования приняты очень приблизительные значения от а до .

Уравнение (2.5) удобно переписать как:

, где от R до сопротивление конвективной теплопередаче на поверхности ограждающей конструкции, м 2. o C / Вт, равное разнице температур на поверхности корпуса и температуре воздуха при тепловом потоке с поверхностная плотность 1 Вт / м2 переходит с поверхности в воздух или наоборот.Сопротивление от R до является обратной величиной коэффициента конвективной теплопередачи от a до :

.

Излучение

Излучение (лучистая теплопередача) – это передача тепла от поверхности к поверхности через лучистую среду посредством электромагнитных волн, преобразующихся в тепло (рис. 4).

Рис. 4. Лучистый теплообмен между двумя поверхностями

Любое физическое тело с температурой, отличной от абсолютного нуля, излучает энергию в окружающее пространство в виде электромагнитных волн.Свойства электромагнитного излучения характеризуются их длиной волны. Излучение, которое воспринимается как тепловое и имеет длину волны в диапазоне 0,76–50 микрон, называется инфракрасным.

Например, лучистый теплообмен происходит между поверхностями, обращенными к комнате, между внешними поверхностями различных зданий, поверхностями земли и неба. Важен лучистый теплообмен между внутренними поверхностями заборов помещения и поверхностью обогревателя. Во всех этих случаях воздух является полупрозрачной средой, через которую проходят волны тепла.

В практике расчета теплового потока с лучистой теплопередачей используется упрощенная формула. Интенсивность теплопередачи излучением q l, Вт / м 2, определяется разницей температур поверхностей, участвующих в лучистой теплопередаче:

, (2.9)

где τ 1 и τ 2 – значения температуры поверхностей, обменивающихся лучистым теплом, около С;

α l – коэффициент лучистой теплоотдачи на поверхности стены, Вт / м 2.oC.

Коэффициент радиационной теплопередачи, a l – физическая величина, численно равная количеству тепла, передаваемого от одной поверхности к другой за счет излучения с разницей между температурами поверхностей, равной 1 o C.

Введем понятие сопротивление лучистой теплопередаче R l на поверхности ограждающей конструкции, м 2 ° C / Вт, равное разнице температур на поверхностях теплообменников, обменивающихся лучистым теплом, при тепловом потоке с поверхностная плотность 1 Вт / м 2 переходит от поверхности к поверхности.

Тогда уравнение (2.8) можно переписать как:

Сопротивление R l является обратной величиной коэффициента лучистой теплопередачи a l :

Термическое сопротивление воздушного зазора

Для единообразия сопротивление теплопередаче , закрытые воздушные пространства , расположенные между слоями ограждающей конструкции здания, называются тепловым сопротивлением R c.п, м 2.o С / З.

Схема отвода тепла через воздушный зазор приведена на рис. 5.

Рис. 5. Теплоотдача в воздушном зазоре

Тепловой поток через воздушный зазор q c. NS , Вт / м 2, представляет собой сумму потоков, передаваемых за счет теплопроводности (2) qt, , Вт / м 2, конвекции (1) от q до , Вт / м 2, и излучения (3) ql , Вт / м 2.

q c. п знак равно q t + q k + q l . (2,12)

В этом случае доля потока, прошедшего через излучение, является наибольшей.Рассмотрим замкнутый вертикальный воздушный зазор, на поверхностях которого перепад температур составляет 5 o C. При увеличении толщины слоя с 10 мм до 200 мм доля теплового потока за счет излучения увеличивается с 60% до 80. %. В этом случае доля тепла, передаваемого теплопроводностью, падает с 38% до 2%, а доля конвективного теплового потока увеличивается с 2% до 20%.

Прямой расчет этих компонентов довольно громоздок. Поэтому в нормативных документах приводятся данные о термическом сопротивлении замкнутых слоев воздуха, которые были составлены К.Фокина, по результатам опытов М.А.Михеевой. Если на одной или обеих поверхностях воздушного зазора имеется теплоотражающая алюминиевая фольга, которая препятствует лучистому теплопереносу между поверхностями, обрамляющими воздушный зазор, тепловое сопротивление следует увеличить вдвое. Для повышения термического сопротивления при закрытых воздушных пространствах рекомендуется иметь в виду следующие выводы исследования:

1) тонкие слои эффективны в теплотехнике;

2) в ограждении рациональнее сделать несколько слоев небольшой толщины, чем один большой;

3) прослойки воздуха желательно располагать ближе к внешней поверхности забора, так как это снижает тепловой поток за счет излучения зимой;

4) вертикальные слои в наружных стенах необходимо перекрыть горизонтальными диафрагмами на уровне межэтажных перекрытий;

5) для уменьшения теплового потока, передаваемого излучением, одна из поверхностей промежуточного слоя может быть покрыта алюминиевой фольгой с коэффициентом излучения около ε = 0.05. Покрытие фольгой обеих поверхностей воздушного зазора практически не снижает теплоотдачу по сравнению с покрытием одной поверхности.

Вопросы для самоконтроля

1. Каков потенциал теплопередачи?

2. Перечислите основные виды теплопередачи.

3. Что такое теплопередача?

4. Что такое теплопроводность?

5. Какой коэффициент теплопроводности материала?

6. Напишите формулу для теплового потока, передаваемого за счет теплопроводности в многослойной стенке при известных температурах внутренней t in и внешней t n поверхностей.

7. Что такое термическое сопротивление?

8. Что такое конвекция?

9. Напишите формулу теплового потока, передаваемого конвекцией от воздуха к поверхности.

10. Физический смысл коэффициента конвективной теплоотдачи.

11. Что такое радиация?

12. Напишите формулу теплового потока, передаваемого излучением от одной поверхности к другой.

13. Физический смысл коэффициента лучистой теплоотдачи.

14. Как называется сопротивление теплопередаче замкнутого воздушного зазора в ограждающей конструкции здания?

15. Из какого теплового потока состоит полный тепловой поток через воздушный зазор?

16. Каков характер теплового потока, преобладающего в тепловом потоке через воздушный зазор?

17. Как толщина воздушного зазора влияет на распределение потоков в нем?

18. Как уменьшить тепловой поток через воздушный зазор?

(PDF) Влияние вертикальных воздушных зазоров на коэффициент теплопередачи горизонтального теплоизоляционного слоя

Для сокращения объемов работ на строительной площадке все чаще используются однослойные теплоизоляционные кровельные плиты двойной плотности для теплоизоляции плоских крыш.В этом случае стыки между досками не перекрываются другим слоем поверх нее; поэтому между сторонами панелей по всей толщине изоляционного слоя образуются зазоры различной ширины, влияние которых на эффективную теплопроводность теплоизоляционного слоя необходимо оценивать. Целью данного проекта была оценка надежности стандартного метода, используемого для определения влияния таких воздушных зазоров на эффективную теплопроводность теплоизоляционного слоя путем сравнения результатов расчетов и результатов измерений теплопроводности, а также определить поправочные коэффициенты на коэффициент теплопередачи горизонтальных слоев теплоизоляции за счет образования вертикальных воздушных зазоров между однослойными плитами из минеральной ваты.После измерения термических сопротивлений теплоизоляционной плиты толщиной 50 мм с воздушными зазорами шириной от 3 мм до 20 мм было определено, что величина теплопроводности воздушных зазоров увеличивается с увеличением ширины воздушных зазоров. После завершения экспериментальных измерений теплопроводности было определено, что высота закрытых и невентилируемых или частично вентилируемых воздушных зазоров не влияет на свойства эффективной теплопроводности теплоизоляционного слоя при ширине воздушного зазора до 5 мм.Когда возникают более широкие невентилируемые или частично вентилируемые воздушные зазоры, эффективный коэффициент теплопроводности увеличивается пропорционально высоте воздушных зазоров. При вычислении стандартного метода поправка к коэффициенту теплопередачи носит общий характер и не всегда подходит. В некоторых случаях он в 6 раз выше или в 4 раза ниже измеренного. В этой статье предлагается метод оценки влияния воздушных зазоров с помощью поправочного коэффициента к коэффициенту теплопередачи горизонтального теплоизоляционного слоя.

Рисунки – загружены Андриусом Буской Автор содержания

Все рисунки в этой области были загружены Андриусом Буска

Контент может быть защищен авторскими правами.

% PDF-1.3 % 512 0 объект > эндобдж xref 512 684 0000000016 00000 н. 0000014033 00000 п. 0000014399 00000 п. 0000019627 00000 п. 0000026765 00000 п. 0000026817 00000 п. 0000026869 00000 п. 0000026921 00000 п. 0000026973 00000 п. 0000027025 00000 п. 0000027077 00000 п. 0000027129 00000 п. 0000027181 00000 п. 0000027233 00000 п. 0000027285 00000 п. 0000027337 00000 п. 0000027389 00000 п. 0000027441 00000 п. 0000027493 00000 п. 0000027545 00000 п. 0000027597 00000 п. 0000027649 00000 н. 0000027701 00000 п. 0000027753 00000 п. 0000027805 00000 п. 0000027857 00000 п. 0000027909 00000 н. 0000027961 00000 н. 0000028013 00000 п. 0000028065 00000 п. 0000028117 00000 п. 0000028169 00000 п. 0000028221 00000 п. 0000028273 00000 п. 0000028325 00000 п. 0000028377 00000 п. 0000028429 00000 п. 0000028481 00000 п. 0000028533 00000 п. 0000028585 00000 п. 0000028637 00000 п. 0000028689 00000 п. 0000028741 00000 п. 0000028793 00000 п. 0000028845 00000 п. 0000028897 00000 п. 0000028949 00000 п. 0000029001 00000 п. 0000029053 00000 п. 0000029105 00000 п. 0000029157 00000 п. 0000029209 00000 н. 0000029261 00000 п. 0000029313 00000 п. 0000029365 00000 н. 0000029417 00000 п. 0000029469 00000 н. 0000029521 00000 п. 0000029572 00000 п. 0000029624 00000 п. 0000029675 00000 п. 0000029726 00000 п. 0000029777 00000 п. 0000029829 00000 н. 0000029881 00000 п. 0000029933 00000 н. 0000029985 00000 п. 0000030037 00000 п. 0000030089 00000 п. 0000030141 00000 п. 0000030193 00000 п. 0000030246 00000 п. 0000030298 00000 п. 0000030349 00000 п. 0000030401 00000 п. 0000030454 00000 п. 0000030507 00000 п. 0000030559 00000 п. 0000030612 00000 п. 0000030665 00000 п. 0000030717 00000 п. 0000030770 00000 п. 0000030822 00000 п. 0000030874 00000 п. 0000030926 00000 п. 0000030978 00000 п. 0000031030 00000 п. 0000031082 00000 п. 0000031134 00000 п. 0000031186 00000 п. 0000031238 00000 п. 0000031290 00000 н. 0000031342 00000 п. 0000031394 00000 п. 0000031446 00000 п. 0000031499 00000 п. 0000031551 00000 п. 0000031603 00000 п. 0000031655 00000 п. 0000031707 00000 п. 0000031759 00000 п. 0000031811 00000 п. 0000031863 00000 п. 0000031915 00000 п. 0000031967 00000 п. 0000032019 00000 п. 0000032071 00000 п. 0000032123 00000 п. 0000032175 00000 п. 0000032227 00000 п. 0000032279 00000 н. 0000032331 00000 п. 0000032383 00000 п. 0000032435 00000 п. 0000032487 00000 н. 0000032539 00000 п. 0000032591 00000 п. 0000032643 00000 п. 0000032695 00000 п. 0000032747 00000 п. 0000032799 00000 н. 0000032851 00000 п. 0000032903 00000 п. 0000032955 00000 п. 0000033006 00000 п. 0000033057 00000 п. 0000033108 00000 п. 0000033159 00000 п. 0000033210 00000 п. 0000033261 00000 п. 0000033313 00000 п. 0000033365 00000 п. 0000033417 00000 п. 0000033468 00000 н. 0000033520 00000 п. 0000033572 00000 п. 0000033624 00000 п. 0000033677 00000 п. 0000033729 00000 п. 0000033781 00000 п. 0000033833 00000 п. 0000033886 00000 п. 0000033939 00000 п. 0000033969 00000 п. 0000034011 00000 п. 0000034063 00000 п. 0000034115 00000 п. 0000034167 00000 п. 0000034218 00000 п. 0000034271 00000 п. 0000034322 00000 п. 0000034373 00000 п. 0000034424 00000 п. 0000034476 00000 п. 0000034528 00000 п. 0000034580 00000 п. 0000034632 00000 п. 0000034685 00000 п. 0000034737 00000 п. 0000034788 00000 п. 0000034841 00000 п. 0000034893 00000 п. 0000034946 00000 п. 0000034997 00000 н. 0000035049 00000 п. 0000035101 00000 п. 0000035153 00000 п. 0000035205 00000 п. 0000035257 00000 п. 0000035309 00000 п. 0000035361 00000 п. 0000035413 00000 п. 0000035465 00000 п. 0000035517 00000 п. 0000035569 00000 п. 0000035621 00000 п. 0000035673 00000 п. 0000035725 00000 п. 0000035777 00000 п. 0000035829 00000 п. 0000035881 00000 п. 0000035933 00000 п. 0000035985 00000 п. 0000036037 00000 п. 0000036089 00000 п. 0000036141 00000 п. 0000036193 00000 п. 0000036245 00000 п. 0000036297 00000 п. 0000036349 00000 п. 0000036400 00000 п. 0000036452 00000 п. 0000036504 00000 п. 0000036556 00000 п. 0000036608 00000 п. 0000036660 00000 п. 0000036712 00000 п. 0000036764 00000 н. 0000036816 00000 п. 0000036868 00000 н. 0000036920 00000 н. 0000036972 00000 н. 0000037024 00000 п. 0000037076 00000 п. 0000037128 00000 п. 0000037180 00000 п. 0000037232 00000 п. 0000037284 00000 п. 0000037336 00000 п. 0000037388 00000 п. 0000037440 00000 п. 0000037492 00000 п. 0000037544 00000 п. 0000037596 00000 п. 0000037648 00000 п. 0000037700 00000 п. 0000037752 00000 п. 0000037774 00000 п. 0000038342 00000 п. 0000038364 00000 п. 0000038795 00000 п. 0000038817 00000 п. 0000039241 00000 п. 0000039263 00000 п. 0000039697 00000 п. 0000039719 00000 п. 0000040141 00000 п. 0000040163 00000 п. 0000040576 00000 п. 0000040799 00000 п. 0000041418 00000 п. 0000041648 00000 п. 0000042172 00000 п. 0000042194 00000 п. 0000042590 00000 н. 0000042891 00000 п. 0000043117 00000 п. 0000043344 00000 п. 0000043576 00000 п. 0000043877 00000 п. 0000044103 00000 п. 0000044398 00000 п. 0000044627 00000 н. 0000044919 00000 п. 0000045210 00000 п. 0000045411 00000 п. 0000045703 00000 п. 0000045912 00000 п. 0000046215 00000 п. 0000046418 00000 п. 0000046717 00000 п. 0000047020 00000 п. 0000047320 00000 н. 0000047517 00000 п. 0000047811 00000 п. 0000048022 00000 п. 0000048315 00000 н. 0000048532 00000 н. 0000048825 00000 н. 0000049114 00000 п. 0000049312 00000 п. 0000049516 00000 п. 0000049798 00000 п. 0000050091 00000 п. 0000050384 00000 п. 0000050612 00000 п. 0000050839 00000 п. 0000051065 00000 п. 0000051288 00000 п. 0000051583 00000 п. 0000051875 00000 п. 0000052099 00000 н. 0000052396 00000 п. 0000052630 00000 п. 0000052933 00000 п. 0000053170 00000 п. 0000053475 00000 п. 0000053780 00000 п. 0000054010 00000 п. 0000054244 00000 п. 0000054551 00000 п. 0000054853 00000 п. 0000055098 00000 п. 0000055402 00000 п. 0000055648 00000 п. 0000055953 00000 п. 0000056191 00000 п. 0000056494 00000 п. 0000056802 00000 п. 0000057045 00000 п. 0000057275 00000 п. 0000057497 00000 п. 0000057796 00000 п. 0000058014 00000 п. 0000058315 00000 п. 0000058621 00000 п. 0000058835 00000 п. 0000059052 00000 п. 0000059351 00000 п. 0000059653 00000 п. 0000059955 00000 н. 0000060184 00000 п. 0000060489 00000 п. 0000060714 00000 п. 0000060937 00000 п. 0000061233 00000 п. 0000061539 00000 п. 0000061763 00000 п. 0000062045 00000 п. 0000062316 00000 п. 0000062593 00000 п. 0000062872 00000 п. 0000063139 00000 п. 0000063367 00000 п. 0000063605 00000 п. 0000063862 00000 п. 0000064110 00000 п. 0000064395 00000 п. 0000064682 00000 н. 0000064970 00000 п. 0000065257 00000 п. 0000065546 00000 п. 0000065829 00000 п. 0000066115 00000 п. 0000066401 00000 п. 0000066687 00000 п. 0000066904 00000 п. 0000067427 00000 н. 0000067671 00000 п. 0000068501 00000 п. 0000068683 00000 п. 0000068899 00000 н. 0000070151 00000 п. 0000071032 00000 п. 0000071405 00000 п. 0000071654 00000 п. 0000071854 00000 п. 0000072075 00000 п. 0000072333 00000 п. 0000073026 00000 п. 0000073787 00000 п. 0000074052 00000 п. 0000074306 00000 п. 0000075228 00000 п. 0000075523 00000 п. 0000075833 00000 п. 0000076142 00000 п. 0000076454 00000 п. 0000076768 00000 п. 0000077070 00000 п. 0000077383 00000 п. 0000077696 00000 п. 0000078005 00000 п. 0000078315 00000 п. 0000078601 00000 п. 0000078784 00000 п. 0000078974 00000 п. 0000079260 00000 п. 0000079572 00000 п. 0000079888 00000 п. 0000080197 00000 п. 0000080512 00000 п. 0000080819 00000 п. 0000081115 00000 п. 0000081419 00000 п. 0000081723 00000 п. 0000082026 00000 п. 0000082325 00000 п. 0000082625 00000 п. 0000082928 00000 п. 0000083217 00000 п. 0000083527 00000 п. 0000083834 00000 п. 0000084143 00000 п. 0000084451 00000 п. 0000084757 00000 п. 0000085066 00000 п. 0000085370 00000 п. 0000085677 00000 п. 0000085986 00000 п. 0000086194 00000 п. 0000086464 00000 н. 0000086773 00000 п. 0000087084 00000 п. 0000087353 00000 п. 0000087613 00000 п. 0000087917 00000 п. 0000088190 00000 п. 0000088506 00000 п. 0000088805 00000 п. 0000089073 00000 п. 0000089429 00000 п. 0000089739 00000 п. 00000 00000 н. 00000 00000 п. 00000 00000 п. 00000 00000 п. 00000 00000 п. 00000
00000 п. 00000

00000 п. 00000

00000 п. 00000 00000 п. 0000092854 00000 п. 0000093121 00000 п. 0000093482 00000 п. 0000093801 00000 п. 0000094158 00000 п. 0000094497 00000 п. 0000094847 00000 н. 0000095142 00000 п. 0000095490 00000 н. 0000095774 00000 п. 0000096060 00000 п. 0000096392 00000 п. 0000096685 00000 п. 0000097024 00000 п. 0000097365 00000 п. 0000097661 00000 п. 0000097947 00000 н. 0000098258 00000 п. 0000098608 00000 п. 0000098886 00000 п. 0000099205 00000 п. 0000099483 00000 н. 0000099785 00000 п. 0000100099 00000 н. 0000100391 00000 н. 0000100668 00000 н. 0000100978 00000 н. 0000101268 00000 н. 0000101548 00000 н. 0000101897 00000 н. 0000102201 00000 п. 0000102583 00000 н. 0000102894 00000 н. 0000103198 00000 п. 0000103452 00000 п. 0000103775 00000 п. 0000104030 00000 н. 0000104288 00000 п. 0000104637 00000 н. 0000105035 00000 н. 0000105434 00000 п. 0000105745 00000 н. 0000106084 00000 н. 0000106462 00000 н. 0000106770 00000 н. 0000107132 00000 н. 0000107451 00000 п. 0000107700 00000 н. 0000108063 00000 н. 0000108382 00000 п. 0000108687 00000 н. 0000109011 00000 п. 0000109384 00000 п. 0000109635 00000 н. 0000110014 00000 н. 0000110331 00000 п. 0000110663 00000 п. 0000111086 00000 н. 0000113397 00000 н. 0000133101 00000 п. 0000133360 00000 н. 0000133666 00000 н. 0000133688 00000 н. 0000134244 00000 н. 0000134463 00000 н. 0000134859 00000 н. 0000135084 00000 н. 0000135429 00000 н. 0000135759 00000 н. 0000136134 00000 н. 0000136471 00000 н. 0000136620 00000 н. 0000136914 00000 н. 0000137136 00000 н. 0000137403 00000 н. 0000137750 00000 н. 0000157507 00000 н. 0000157729 00000 н. 0000158107 00000 н. 0000158336 00000 н. 0000158670 00000 н. 0000158916 00000 н. 0000159180 00000 н. 0000159651 00000 н. 0000159873 00000 н. 0000160200 00000 н. 0000186282 00000 н. 0000186676 00000 н. 0000187022 00000 н. 0000187239 00000 н. 0000187563 00000 н. 0000187786 00000 н. 0000187866 00000 н. 0000188251 00000 н. 0000188574 00000 н. 0000188920 00000 н. 0000189250 00000 н. 0000189458 00000 н. 0000189681 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001

00000 н. 00001 00000 н. 0000194515 00000 н. 0000194864 00000 н. 0000195216 00000 н. 0000195421 00000 н. 0000195785 00000 н. 0000196139 00000 н. 0000196410 00000 н. 0000196645 00000 н. 0000197312 00000 н. 0000197369 00000 н. 0000197726 00000 н. 0000198144 00000 н. 0000198388 00000 н. 0000198626 00000 н. 0000199006 00000 н. 0000199400 00000 н. 0000199641 00000 н. 0000200053 00000 н. 0000200227 00000 н. 0000200580 00000 н. 0000201253 00000 н. 0000201530 00000 н. 0000201896 00000 н. 0000202137 00000 н. 0000202369 00000 н. 0000202730 00000 н. 0000203133 00000 н. 0000203380 00000 н. 0000203606 00000 н. 0000204048 00000 н. 0000204367 00000 н. 0000204568 00000 н. 0000205220 00000 н. 0000205752 00000 н. 0000205978 00000 н. 0000206198 00000 н. 0000206430 00000 н. 0000206857 00000 н. 0000207098 00000 н. 0000207390 00000 н. 0000207754 00000 н. 0000208124 00000 н. 0000208422 00000 н. 0000208788 00000 н. 0000209017 00000 н. 0000209376 00000 н. 0000210094 00000 н. 0000210407 00000 н. 0000210633 00000 н. 0000210760 00000 н. 0000211019 00000 н. 0000211278 00000 н. 0000211540 00000 н. 0000211769 00000 н. 0000211936 00000 н. 0000212165 00000 н. 0000212418 00000 н. 0000212647 00000 н. 0000212747 00000 н. 0000212850 00000 н. 0000212962 00000 н. 0000213218 00000 н. 0000213447 00000 н. 0000213627 00000 н. 0000213895 00000 н. 0000214121 00000 п. 0000214326 00000 н. 0000214531 00000 н. 0000214744 00000 н. 0000215015 00000 н. 0000215238 00000 н. 0000215503 00000 н. 0000215689 00000 н. 0000215954 00000 н. 0000216180 00000 н. 0000216409 00000 н. 0000216635 00000 н. 0000216836 00000 н. 0000217101 00000 п. 0000217351 00000 н. 0000217595 00000 н. 0000217833 00000 н. 0000218076 00000 н. 0000218314 00000 н. 0000218546 00000 н. 0000218790 00000 н. 0000219028 00000 н. 0000219266 00000 н. 0000219510 00000 п. 0000219751 00000 п. 0000219989 00000 н. 0000220227 00000 н. 0000220465 00000 н. 0000220709 00000 н. 0000220947 00000 н. 0000221182 00000 н. 0000221279 00000 н. 0000221529 00000 н. 0000221761 00000 н. 0000221990 00000 н. 0000222219 00000 н. 0000222316 00000 н. 0000222566 00000 н. 0000222798 00000 н. 0000223033 00000 н. 0000223268 00000 н. 0000223512 00000 н. 0000223759 00000 н. 0000224006 00000 н. 0000224238 00000 н. 0000224470 00000 н. 0000224693 00000 п. 0000224991 00000 п. 0000225289 00000 н. 0000225509 00000 н. 0000225729 00000 н. 0000225949 00000 н. 0000226250 00000 н. 0000226551 00000 н. 0000226839 00000 н. 0000227059 00000 н. 0000227338 00000 н. 0000227630 00000 н. 0000227919 00000 п. 0000228211 00000 н. 0000228431 00000 н. 0000228714 00000 н. 0000229018 00000 н. 0000229238 00000 п. 0000229559 00000 н. 0000229881 00000 н. 0000230209 00000 н. 0000230552 00000 п. 0000230772 00000 н. 0000231091 00000 н. 0000231311 00000 н. 0000231621 00000 н. 0000231841 00000 н. 0000232164 00000 н. 0000232483 00000 н. 0000232805 00000 н. 0000233121 00000 п. 0000233341 00000 п. 0000233558 00000 н. 0000233796 00000 н. 0000234073 00000 н. 0000234296 00000 п. 0000234519 00000 п. 0000234739 00000 н. 0000234978 00000 н. 0000235255 00000 н. 0000235486 00000 н. 0000235712 00000 н. 0000235934 00000 п. 0000236199 00000 н. 0000236473 00000 н. 0000236747 00000 н. 0000236970 00000 н. 0000237195 00000 н. 0000237472 00000 н. 0000237755 00000 н. 0000237978 00000 н. 0000238248 00000 н. 0000238514 00000 н. 0000238789 00000 н. 0000239072 00000 н. 0000239292 00000 н. 0000239575 00000 п. 0000239858 00000 н. 0000240078 00000 н. 0000240331 00000 п. 0000240594 00000 н. 0000240814 00000 н. 0000241072 00000 н. 0000241292 00000 н. 0000014695 00000 п. 0000019603 00000 п. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 513 0 объект > >> / LastModified (D: 200704136) / MarkInfo> >> эндобдж 514 0 объект > эндобдж 1194 0 объект > транслировать HUwPY @ DH ​​Ql K & * bA ]р.ewd3KMpA: 2L25b1T 98܌) Ҝ> ku.Bcc3 {, H “DS`i Wo2a / Jmr, Gr # BLoZXxZfƙdfç c + # Q ּ dIDW @ asH٧ V ޷ hO ׁ 0 BC: kaIhL i (“

Теплопередача через воздушный зазор нанометрового размера и его применение в магнитной записи

Теплопередача через зазор нанометрового размера имеет фундаментальное значение в управлении температурой в микро- и наноразмерных устройствах. Например, в система магнитной записи ползунок, состоящий из магнитных преобразователей чтения / записи, «летит» над быстро вращающимся накопительным диском, образуя воздушный зазор под высоким давлением (воздушный подшипник).Небольшое магнитное пространство (то есть расстояние между магнитными преобразователями и записывающим слоем запоминающего диска) необходимо для большей емкости хранения данных 1 . Для этой цели был изобретен тепловой контроль высоты полета (TFC) 2 , в котором джоулевый нагреватель встроен рядом с магнитными преобразователями в корпусе ползуна. Нагреватель вызывает тепловое расширение, так что нижняя поверхность ползуна (так называемая воздухонесущая поверхность, или ABS) выступает в сторону диска и уменьшает местное магнитное расстояние.Давление в воздушном зазоре может достигать более 100 атм, что приводит к сильному теплопроводному потоку, направленному от ползуна к диску. Этот процесс получил обширное исследование из-за его сильной связи с термомеханикой ползуна и динамикой воздушного подшипника, что привело к значительному влиянию на важные характеристики, такие как интервал записи, плотность хранения данных и энергопотребление 3,4,5,6, 7,8 . С быстрым ростом емкости памяти минимальный размер зазора теперь приближается к ~ 1 нм или даже субнанометру.Этот наноразмерный зазор дает возможность изучать схемы теплопереноса между двумя поверхностями, разделенными очень небольшими (<20 нм) расстояниями, чего трудно достичь из-за многочисленных технических проблем, связанных с созданием и стабильным поддержанием таких зазоров при одновременном измерении небольших тепловых потоков через разрыв 9,10,11 . Между тем, мы также заметили растущее несоответствие между измеренными температурными полями слайдера и прогнозами традиционных моделей, используемых в индустрии магнитной записи, по мере уменьшения размера зазора.Здесь мы исследуем теплопередачу через наноразмерный зазор и обнаруживаем, что (1) малый размер зазора и большой тепловой поток изменили широко распространенное предположение об идеальном теплоотводе на быстро вращающемся диске, что, в свою очередь, повлияло на механику и динамику ползуна; (2) излучение ближнего поля, которое происходит между двумя поверхностями с различными конфигурациями материалов, остается незначительным по сравнению с теплопроводностью через пленку сжатого газа, даже когда минимальный размер зазора составляет всего ~ 1 нм. Здесь мы представляем улучшенную модель, которая решает температурное поле диска, создаваемое тепловым потоком через зазор под давлением, путем формулирования переходного процесса в уравнении типа диффузии-адвекции с использованием подхода контрольного объема.Это решение затем объединяется с термомеханикой ползуна и динамикой воздушного подшипника через тепловые граничные условия для решения всей проблемы. Новая модель демонстрирует существенное улучшение по сравнению с обычными моделями в прогнозировании температуры ползунка и демонстрирует отличное согласие с экспериментальными данными.

Диск обычно считается идеальным радиатором 12,13,14 из-за его гораздо большего размера по сравнению с ползунком и его высокой скорости вращения (линейная скорость 10–30 м / с), быстро приносящей свежие поверхности под ползунком.Это предположение является разумным, когда у нас есть воздушный зазор значительного размера (> 10 нм), но возникают серьезные проблемы, когда минимальный размер зазора уменьшается до субнанометров 15,16 . Фактически, существуют экспериментальные доказательства того, что материалы диска оказывают заметное влияние на температурное поле ползуна, локально измеряемое встроенным контактным датчиком (ECS) 17,18 , что ставит под сомнение предположение об идеальном радиаторе. Однако до сих пор не существует подхода к моделированию, позволяющего количественно оценить это температурное поле диска и его последующее влияние на систему записи.Одна из особых трудностей заключается в том, что вращающийся диск нагревается, когда он движется под ползунком, и охлаждается, когда он выходит из области, покрытой ползунком, что делает этот переходный процесс, который трудно вписать в широко распространенный подход к установившемуся режиму. В этом исследовании мы разработали основанный на эйлеровом описании подход для характеристики рассеивания тепла диском с учетом различных схем переноса тепла в наномасштабе, включая проводимость воздушной пленки и излучение ближнего поля. Затем модель интегрируется в мультифизическую систему и решается одновременно с другими уравнениями поля, которые управляют динамикой воздушного подшипника и термомеханикой ползуна с итерационным подходом.Точность численной модели подтверждается отличным согласием с экспериментальными данными. Температурное поле диска, установленное термически управляемым ползунком, по количественной оценке находится в том же порядке, что и сама поверхность источника тепла. Конфигурация диска и относительная линейная скорость существенно влияют на эффективный коэффициент теплопередачи через эту границу раздела и результирующие температурные поля с обеих сторон границы раздела. Этот подход проверяет величину различных схем переноса тепла через узкий зазор под давлением, поддерживаемый динамикой воздушного подшипника.Он также демонстрирует эффективный вычислительный подход для обработки переходных тепловых процессов в системе компонентов с высокой относительной скоростью и различными масштабами длины. Также показано, что для системы магнитной записи исследуемый механизм теплопереноса приводит к значительному изменению интервала на несколько ангстрем, что составляет большую часть сегодняшнего рабочего интервала (обычно около 1 нм).

Численная модель

Задача формулируется, как показано на рис. 1.Вращающийся диск направляет воздушный поток под узорчатый АБС в нижней части ползуна, образуя поле давления, которое удерживает ползун в желаемом положении, обычно определяемом высотой полета, тангажом и креном ползуна. Резисторный нагреватель, встроенный в корпус слайдера, локально нагревает слайдер и образует выпуклость на задней кромке слайдера, чтобы еще больше приблизить датчики записи к диску. Минимальный размер зазора между слайдером и диском может достигать 1 нм или даже субнанометра. Как видно, геометрия выпуклости, определяемая термомеханической деформацией ползуна, влияет на лежащее под ним поле давления.Теперь, если диск нагревается и его температурным полем нельзя пренебречь, ожидается, что тепловой поток между ползуном и диском будет оказывать влияние на поле давления, положение ползуна и поле температуры / напряжения / деформации в теле ползуна.

Рис. 1

Теплообмен в наномасштабе на границе раздела ползунок-диск: поток воздуха попадает в зазор быстро вращающимся диском и сжимается воздушной несущей поверхностью. Это формирует поле давления, которое удерживает ползунок в желаемом положении для операций чтения / записи.Выпуклость образуется на задней кромке ползунка за счет джоулева нагрева, чтобы приблизить преобразователи чтения / записи к диску. Горячая поверхность ползуна может нагревать поверхность диска через этот зазор с сжатым воздухом. Поле температуры диска связано с термомеханической деформацией ползуна и полем давления воздушного потока в зазоре, поэтому его необходимо решать одновременно с другими уравнениями поля.

Хотя тепловой процесс внутри диска – это просто проблема теплопроводности, управляемая уравнением теплопроводности, интегрировать температурное поле диска в этот анализ связанного поля нетривиально.Одна отдельная материальная точка на диске нагревается при вращении под ползунком и охлаждается при выходе из области, закрытой ползунком. Температура периодически меняется за один оборот, и этот переходный процесс не достигает равновесия. Учитывая размер ползунка, который составляет менее одной сотой окружности диска, ожидается, что вычислительные усилия для полного моделирования этого температурного поля будут огромными, поскольку очень важно точно охарактеризовать температурное поле на поверхности ползуна.Однако диск, хотя и большой по размеру, имеет одинаковую конфигурацию материала и свойства по всей плоскости x y 19 . Следовательно, если мы изменим нашу перспективу с диска на ползунок, а именно, если мы зафиксируем координаты ползунком, это поле температуры диска действительно достигнет устойчивого состояния (т.е. поле температуры в этой координате не изменяется со временем), как показано на рис. 1. Следовательно, нам необходимо переформулировать уравнение теплопроводности для температурного поля диска, используя эйлеровы координаты.

Используя формулировку контрольного объема в сочетании с законом Фурье, мы сначала переформулируем уравнение теплопроводности, которое управляет температурным полем диска, в уравнение стационарного типа адвекции-диффузии:

$$ \ frac {\ partial} {\ частичный x} (C {T} _ {d} uK \ frac {\ partial {T} _ {d}} {\ partial x}) + \ frac {\ partial} {\ partial y} (C {T} _ {d} vK \ frac {\ partial {T} _ {d}} {\ partial y}) + \ frac {\ partial} {\ partial z} (- K \ frac {\ partial {T} _ {d} } {\ partial z}) = 0 $$

(1)

Здесь \ ({T} _ {d} (x, y, z) \) – температура диска, представленная в эйлеровых координатах, C и K – объемная теплоемкость и теплопроводность материалов диска, соответственно, u и v – линейные скорости нисходящего и поперечного пути соответственно.Колебания диска в направлении z здесь не учитываются. Для решения уравнения (1) мы разработали числовой код на основе конечного объема с адаптивной сеткой как в боковом ( x и y ), так и в вертикальном ( z ) направлениях. В поперечном направлении сетка в области прямо под ползунком совпадает с сеткой на АБС, чтобы уловить градиент бокового давления (который тесно связан с коэффициентом теплопередачи) и избежать численных ошибок, вносимых интерполяцией.Ожидается, что градиент температуры в z резко снизится в верхних твердых слоях из-за отсутствия движения материала. Таким образом, размер ячейки адаптируется к температурному градиенту и колеблется от ~ 1 нм в верхней части диска до ~ 100 мкм в нижней части диска для обеспечения точности и эффективности (см. Дополнительные детали на рис. S1). Вместо того, чтобы определять температуру всего диска, мы ограничиваем область нашего решения дисковым блоком размером 1,7 мм × 0,7 мм × 0,8 мм, начиная с передней кромки ползуна и заканчивая пространственным положением на длину одного ползунка вниз. следите за задним краем ползунка, чтобы уменьшить размер проблемы.Границы области решения определяются из серии имитаций с различными размерами областей, что подтверждает, что граничное условие Дирихле при температуре окружающей среды T 0 подходит для боковой и нижней поверхностей дискового блока.

т д , решенный из уравнения (1), связан со всей системой через граничное условие теплового потока, которое определяется из температурного поля ползуна, а также динамики воздушного подшипника.Поле давления между ползуном и диском решается из обобщенного уравнения Рейнольдса, адаптированной формы классического уравнения Рейнольдса, полученного из линеаризованного уравнения Больцмана, для учета случая сильно разреженного воздушного потока, такого как сжатый тонкопленочный воздушный подшипник в наша проблема 20 . Учитывая нагрузку, приложенную к ползуну, и геометрическую конструкцию АБС, поле давления, а также положение ползуна решаются из связанного уравнения Рейнольдса и уравнения статики ползуна с использованием CML Air 21 .Эти два решения (расстояние d и давление p ) затем связаны с деформацией ползуна при джоулевом нагреве через граничные условия теплового потока в ABS:

$$ q = {q} _ {cond} + {q} _ {visc} + {q} _ {rad} $$

(2)

Как указано в уравнении (2), существуют три основные схемы теплопереноса, включая проводимость q cond , излучение q рад и вязкого нагрева q visc от воздушного подшипника. q cond , который обычно считается доминирующей схемой теплопередачи и был тщательно изучен 22,23,24,25 , может быть получен путем решения уравнения энергии континуума с граничными условиями скачка 22 , очень похожая обработка только подобно обобщенному уравнению Рейнольдса, и записывается в следующей форме:

$$ {q} _ {cond} (x, y) = K \ frac {{T} _ {s} (x, y) – {T} _ {d} (x, y)} {d (x, y) +2 \ frac {2 (2- \ alpha) \ gamma} {\ alpha (\ gamma +1) Pr} \ lambda (x, y) } $$

(3)

, где x и y обозначают пространственные координаты в направлениях вниз и поперек, соответственно, как показано на рис.1. K – теплопроводность воздуха, α – коэффициент термической аккомодации, γ – коэффициент удельной теплоемкости, Pr – число Прандтля, T s – местная температура ползунка на АБС, T d – это локальная температура диска на поверхности, которая решается из уравнения (1), d – локальное расстояние между ползунком и диском, вычисленное с помощью CML Air. λ – локальная длина свободного пробега воздуха, которая пропорциональна температуре пленки T пленка и обратно пропорционально давлению пленки p ( x , y ). p решается из уравнения Рейнольдса и T пленка рассчитывается как среднее значение T s и T d , г.э., Т пленка = ( T s + т д ) / 2.

При наноразмерном размере зазора вклад вязкого нагрева становится незначительным 22 , тогда как радиационная теплопроводность может стать заметным фактором. Для оценки q рад , мы принимаем теоретическую модель, которая расширяет классический закон Планка на режим излучения ближнего поля 26,27 и демонстрирует качественное согласие с экспериментами, проведенными с использованием реальной магнитной головки 28 .В исследуемом диапазоне температур модель показывает, что коэффициент лучистой теплоотдачи h рад (определяется по q рад / ( T s т д )) сильно зависит от расстояния d, в отличие от его слабой зависимости от T s и T d 28 .Следовательно, в q рад включен только линейный член. расчет для снижения затрат на итерацию.

Стратегия итераций с фиксированной точкой принята в основной программе, где тепловая деформация ползуна сначала решается в коммерческом программном обеспечении ANSYS. Решение смещения используется для расчета динамики воздушного подшипника с помощью CML Air, а температурное решение используется для моделирования температурного поля диска с помощью нашего решателя конечного объема.Полученные поля давления и температуры диска затем применяются в уравнении (2) для определения нового набора граничных условий теплового потока, которые будут применяться в модели ANSYS. Затем эта стратегия моделирования применяется для изучения эффекта нагрева зазора с двумя обычно используемыми типами дисков в индустрии магнитной записи, а именно с дисками с алюминиевой и стеклянной подложками. Свойства материала как ползуна, так и диска, использованных в этом анализе, можно найти в недавней литературе 13,29 .

Thermal Contact Resistance – 2015

Полезность аналогии между потоком электрического тока и потоком тепла становится очевидной, когда требуется удовлетворительное описание теплопередачи на границе раздела двух проводящих сред.Из-за ограничений механической обработки никакие две твердые поверхности никогда не образуют идеального контакта, когда они прижимаются друг к другу. Между двумя контактирующими поверхностями всегда будут существовать крошечные воздушные зазоры из-за их шероховатости.

Через границу раздела между двумя контактирующими поверхностями существуют два режима теплопередачи. Первый – это проводимость через точки контакта твердого тела с твердым телом (проводимость Q ), что очень эффективно. Во-вторых, проводимость через зазоры, заполненные газом (зазор Q ), который из-за своей низкой теплопроводности может быть очень плохим.Чтобы обработать сопротивление теплового контакта, межфазная проводимость h c помещается последовательно с проводящей средой с обеих сторон, как показано на следующем рисунке.

Проводимость h c аналогична коэффициенту конвективной теплопередачи и имеет те же единицы измерения (Вт / м 2 ºK). Если ΔT – это разность температур на границе раздела области A, то скорость теплопередачи Q определяется как Q = A h c ΔT. Используя электротермическую аналогию, вы можете записать Q = ΔT / R t , где R t – это тепловое контактное сопротивление, равное R t = 1 / (A h c ).

Межфазная проводимость h c зависит от следующих факторов:
  • Качество поверхности контактирующих граней.
  • Материал каждой грани.
  • Давление, с которым поверхности прижимаются друг к другу.
  • Вещество в зазорах между двумя контактирующими поверхностями.

В следующей таблице показаны некоторые типичные значения межфазной проводимости для нормальной обработки поверхности и умеренного контактного давления (от 1 до 10 атм).Воздушные зазоры не удаляются, если не указано иное:

Контактные лица Электропроводность (h c ) (Вт / м 2 ºK)
Железо / алюминий 45 000
Медь / медь 10 000–25 000
Алюминий / алюминий 2200–12000
Нержавеющая сталь / нержавеющая сталь 2000–3700
Нержавеющая сталь / нержавеющая сталь (вакуумированные зазоры) 200–1100
Керамика / керамика 500–3000

В следующей таблице указано сопротивление теплового контакта для металлических поверхностей раздела в условиях вакуума:

Термическое сопротивление, R термическое X10 -4 2 .К / Вт)
Контактное давление 100 кН / м 2 10,000 кН / м 2
Нержавеющая сталь 6-25 0,7–4,0
Медь 1–10 0,1-0,5
Магний 1.5-3,5 0,2-0,4
Алюминий 1,5-5,0 0,2-0,4
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.