Системи теплоізоляції будівель з повітряним прошарком

  1. ВСТУП
  2. СИСТЕМА УТЕПЛЕННЯ із замкнутим повітряним прошарком
  3. Таблиця 1. Значення ε для різних варіантів стіни
  4. СИСТЕМА теплоізоляції з керуючим теплотехнічних характеристик
  5. ВИПРОБУВАННЯ МАКЕТА теплоізоляційної системи з керованою теплоізоляції ШЛЯХОМ ВИКОРИСТАННЯ ВЕНТИЛЯЦІЙНИХ...
  6. ВИСНОВОК
  7. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

У статті розглядається конструкція теплоізоляційної системи із замкнутою повітряним прошарком між теплоізоляцією і стіною будівлі. Пропонується використовувати паропроникні вставки в теплоізоляції з метою запобігання конденсації вологи в прошарку повітря. Наводиться метод розрахунку площі вставок в залежності від умов використання теплоізоляції.

This paper describes the thermal insulating system having dead air space between the thermal insulation and the outer wall of the building. Water vapour-permeable inserts are proposed for use in the thermal insulation in order to prevent moisture condensation in the air space. The method for calculating the area of ​​the inserts has been offered depending on the conditions of the thermal insulation usage.

ВСТУП

Повітряний прошарок є елементом багатьох огороджувальних конструкцій будівель. В роботі [1] досліджені властивості огороджувальних конструкцій із замкнутою і вентильованої повітряними прошарками. У той же час особливості її застосування в багатьох випадках вимагають вирішення завдань будівельної теплотехніки в конкретних умовах використання.

Відома і широко використовується в будівництві конструкція теплоізоляційної системи з вентильованим повітряним прошарком [2]. Основна перевага цієї системи перед легкими штукатурними системами - можливість виконання робіт по утепленню будинків цілий рік. До захисної конструкції спочатку прикріплюється система кріплення утеплювача. Утеплювач прикріплюється до цієї системи. Зовнішня захист утеплювача встановлюється від нього на деякій відстані, так що між утеплювачем і зовнішнім огорожею утворюється повітряний прошарок. Конструкція системи утеплення дозволяє здійснювати вентиляцію повітряного прошарку з метою видалення надлишків вологи, що забезпечує зниження кількості вологи в утеплювачі. До недоліків цієї системи можна віднести складність і необхідність поряд з використанням утеплювачів застосовувати сайдингові системи, що забезпечують необхідний зазор для рухомого повітря.

Відома система вентиляції, в якій повітряний прошарок примикає безпосередньо до стіни будівлі [3, 4]. Теплоізоляція виконана у вигляді тришарових панелей: внутрішній шар - теплоізоляційний матеріал, зовнішні шари - алюміній і алюмінієва фольга. Така конструкція захищає утеплювач від проникнення як атмосферної вологи, так і вологи з приміщень. Тому його властивості не погіршуються в будь-яких умовах експлуатації, що дозволяє заощадити до 20% утеплювача в порівнянні зі звичайними системами [5]. Недоліком зазначених систем є необхідність провітрювання прошарку для видалення вологи, мігруючої з приміщень будівлі [3, 4]. Це призводить до зниження теплоізоляційних властивостей системи. До того ж, теплові втрати нижніх поверхів будівель збільшуються, так як холодному повітрю, що надходить в прошарок через отвори внизу системи, потрібен якийсь час для нагріву до сталої температури.

Автори пропонують розглянути системи утеплення з повітряними прошарками, вільні від вказаних недоліків.

СИСТЕМА УТЕПЛЕННЯ із замкнутим повітряним прошарком

Можлива система теплоізоляції, аналогічна [3, 4], із замкнутою повітряним прошарком. Слід звернути увагу на той факт, що рух повітря в прошарку необхідно тільки для видалення вологи. Якщо вирішити задачу видалення вологи іншим способом, без провітрювання, отримаємо систему теплоізоляції із замкнутою повітряним прошарком без зазначених вище недоліків.

Для вирішення поставленого завдання система теплоізоляції повинна мати вигляд, представлений на рис. 1. Теплоізоляцію будівлі слід виконати з паропроникними вставками з теплоізоляційного матеріалу, наприклад, мінеральної вати. Систему теплоізоляції необхідно влаштувати таким чином, щоб забезпечувалося видалення пара з прошарку, а всередині неї вологість була нижче точки роси в прошарку.

Систему теплоізоляції необхідно влаштувати таким чином, щоб забезпечувалося видалення пара з прошарку, а всередині неї вологість була нижче точки роси в прошарку

1 - стіна будівлі; 2 - елементи кріплення; 3 - теплоізоляційні панелі; 4 - паротеплоізоляціонние вставки

Мал. 1. Теплоізоляція з паропроникними вставками

Для тиску насиченої пари в прошарку можна записати вираз [4]:

(1)

Нехтуючи термічним опором повітря в прошарку, середню температуру всередині прошарку визначимо за формулою

(2)

де Tin, Tout - температура повітря всередині будівлі і зовнішнього повітря відповідно, оС;

R 1, R 2 - опір теплопередачі стіни і теплоізоляції відповідно, м2 × ° С / Вт.

Для пара, мігруючого з приміщення через стіну будівлі, можна записати рівняння:

(3)

де Pin, P - парціальний тиск пара в приміщенні і прошарку, Па;

S 1 - площа зовнішньої стіни будівлі, м2;

k ПП1 - коефіцієнт паропроникності стіни, що дорівнює:

(4)

тут R ПП1 = m 1 / l 1;

m1 - коефіцієнт паропроникності матеріалу стіни, мг / (м × год × Па);

l 1 - товщина стіни, м.

Для пара, мігруючого з повітряного прошарку через паропроникні вставки в теплоізоляції будівлі, можна записати рівняння:

(5)

де Pout - парціальний тиск пара в зовнішньому повітрі, Па;

S 2 - площа паропроникних теплоізоляційних вставок в теплоізоляції будівлі, м2;

k ПП2 - коефіцієнт паропроникності вставок, що дорівнює:

(6)

тут R ПП2 = m 2 / l 2;

m2 - коефіцієнт паропроникності матеріалу паропроницаемой вставки, мг / (м × год × Па);

l 2 - товщина вставки, м.

Прирівнявши праві частини рівнянь (3) і (5) і вирішивши отримане рівняння для балансу пара в прошарку щодо P, отримаємо значення тиску пара в прошарку у вигляді:

(7)

де e = S 2 / S 1.

Записавши умову відсутності конденсації вологи в повітряному прошарку у вигляді нерівності:

(8)

і вирішивши його, отримаємо необхідне значення відносини сумарною площі паропроникних вставок до площі стіни:

(9)

У таблиці 1 наведені отримані дані для деяких варіантів огороджувальних конструкцій. У розрахунках передбачалося, що коефіцієнт теплопровідності паропроницаемой вставки рівний коефіцієнту теплопровідності основний теплоізоляції в системі.

Таблиця 1. Значення ε для різних варіантів стіни

матеріал стіни

l 1, м

l1, Вт / (м × про C)

m1, мг / (м × год × Па)

l 2, м

l2, Вт / (м × про C)

m2, мг / (м × год × Па)

Температура, оC

Тиск, Па

e

Tin

Tou t

T

Pin

P нас

P

газосилікатний цегла

0,52

1,63

0,088

0,08

0,05

0,5

20

-24

10,9

1284

1302

1284

0

керамічна цегла

0,81

0,10

0,110

0,10

0,05

0,5

20

-24

4,5

1284

811

883

0,02

Наведені в таблиці 1 приклади показують, що можлива конструкція теплоізоляції із замкнутою повітряним прошарком між теплоізоляцією і стіною будівлі. Для деяких конструкцій стіни, як в першому прикладі з таблиці 1, можна обійтися без паропроникних вставок. В інших випадках площа паропроникних вставок може бути незначною в порівнянні з площею утеплюваної стіни.

СИСТЕМА теплоізоляції з керуючим теплотехнічних характеристик

Конструкція теплоізоляційних систем зазнала за останні п'ятдесят років значного розвитку, і сьогодні в розпорядженні проектувальників є великий вибір матеріалів і конструкцій: від використання соломи до вакуумної теплоізоляції. Можливо також застосування активних теплоізоляційних систем, особливості яких дозволяють включати їх в систему енергопостачання будівель [6-8]. В цьому випадку властивості теплоізоляційної системи також можуть змінюватися в залежності від умов навколишнього середовища, забезпечуючи постійний рівень тепловтрат з будівлі незалежно від зовнішньої температури.

Якщо задати фіксований рівень тепловтрат Q через огороджувальні конструкції будівлі, необхідне значення приведеного опору теплопередачі буде визначатися за формулою

(10)

Такими властивостями може володіти теплоізоляційна система з прозорим зовнішнім шаром [6-8] або з вентильованим повітряним прошарком [9, 10]. У першому випадку використовується сонячна енергія, а в другому додатково може використовуватися енергія тепла ґрунту разом з ґрунтовим теплообмінником.

В системі з прозорою теплоізоляцією [6-8] при низькому положенні сонця його промені практично без втрат проходять до стіни, нагрівають її, знижуючи тим самим тепловтрати з приміщення. У літню пору, при високому положенні сонця над горизонтом, сонячні промені практично повністю відбиваються від стіни будівлі, запобігаючи тим самим перегрів будівлі. В [8] з метою зменшення зворотного теплового потоку теплоізоляційний шар виконаний у вигляді стільникової структури, що грає роль пастки для сонячних променів. Недоліком такої системи є неможливість перерозподілу енергії по фасадах будівлі і відсутність акумулює ефекту. До того ж, ефективність цієї системи прямо залежить від рівня сонячної активності.

На думку авторів, ідеальна теплоізоляційна система повинна, в якійсь мірі, нагадувати живий організм і в широких межах змінювати свої властивості в залежності від умов навколишнього середовища. При зниженні зовнішньої температури теплоізоляційна система повинна знизити тепловтрати з будівлі, при підвищенні температури зовнішнього повітря - її термічний опір може зменшитися. У літню пору надходження сонячної енергії в будівлю також має залежати від зовнішніх умов.

Пропонована в [9-11] теплоізоляційна система багато в чому володіє сформульованими вище властивостями. На рис. 2а представлена ​​схема стіни з пропонованої теплоізоляційної системою, на рис. 2б - температурний графік в теплоізоляційному шарі без і з наявністю повітряного прошарку.

Теплоізоляційний шар виконаний з вентильованим повітряним прошарком. При русі в ній повітря з температурою вищою, ніж у відповідній точці графіка, величина температурного градієнта в шарі теплоізоляції від стіни до прошарку зменшується в порівнянні з теплоізоляцією без прошарку, що знижує втрати тепла з будівлі через стіну. При цьому слід мати на увазі, що зменшення тепловтрат з будівлі буде компенсовано теплом, що віддається потоком повітря в прошарку. Тобто температура повітря на виході з прошарку буде менше, ніж на вході.

а) б)

Мал. 2. Схема теплоізоляційної системи (а) і температурний графік (б)

Фізична модель задачі розрахунку тепловтрат через стіну з повітряним прошарком представлена ​​на рис. 3. Рівняння теплового балансу для цієї моделі має наступний вигляд:

(11)

Мал. 3. Розрахункова схема тепловтрат через захисну конструкцію

При розрахунку теплових потоків враховується кондуктивний, конвективний і радіаційний механізми перенесення тепла:

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

де Q 1 - тепловий потік від приміщення до внутрішньої поверхні огороджувальної конструкції, Вт / м2;

Q 2 - тепловий потік через основну стіну, Вт / м2;

Q 3 - тепловий потік через повітряний прошарок, Вт / м2;

Q 4 - тепловий потік через шар теплоізоляції за прошарком, Вт / м2;

Q 5 - тепловий потік від зовнішньої поверхні конструкції в атмосферу, Вт / м2;

Т 1, Т 2, - температура на поверхні стіни, оС;

Т 3, Т 4 - температура на поверхні прошарку, оС;

Т k, Та - температура в приміщенні і зовнішнього повітря відповідно, оС;

s - постійна Стефана-Больцмана;

l1, l 2 - коефіцієнт теплопровідності основної стіни і теплоізоляції відповідно, Вт / (м × ° С);

e1, e 2, e 12 - ступінь чорноти внутрішньої поверхні стіни, зовнішньої поверхні шару теплоізоляції і наведена ступінь чорноти поверхонь повітряного прошарку відповідно;

aв, a н, a 0 - коефіцієнт тепловіддачі на внутрішній поверхні стіни, на зовнішній поверхні теплоізоляції і на поверхнях, що обмежують повітряний проміжок, відповідно, Вт / (м2 × ° С).

Формула (14) записана для випадку, коли повітря в прошарку нерухомий. У тому випадку, коли в прошарку зі швидкістю u рухається повітря з температурою T u, замість Q 3 розглядаються два потоки: від повітря, що продувається до стіни:

(17)

і від повітря, що продувається до екрану:

(18)

Тоді система рівнянь розпадається на дві системи:

(19)

Коефіцієнт тепловіддачі виражається через число Нуссельта:

(20)

де L - характерний розмір.

Формули для обчислення числа Нуссельта бралися в залежності від ситуації. При розрахунку коефіцієнта тепловіддачі на внутрішній і зовнішній поверхнях огороджувальних конструкцій використовувалися формули з [12]:

(21)

де Ra = Pr × Gr - критерій Релея;

Gr = g × b × D T × L 3 / n2 - число Грасгофа.

При визначенні числа Грасгофа як характерного перепаду температури вибиралася різниця між температурою стінки і температурою навколишнього повітря. За характерні розміри приймалися: висота стіни і товщина прошарку.

При розрахунку коефіцієнта тепловіддачі a 0 всередині замкнутої повітряного прошарку для обчислення числа Нуссельта використовувалася формула з [13]:

(22)

Якщо ж повітря всередині прошарку рухався, для обчислення числа Нуссельта використовувалася більш проста формула з [13]:

(23)

де Re = v × d / n - число Рейнольдса;

d - товщина повітряного прошарку.

Значення числа Прандтля Pr, кінематичної в'язкості n і коефіцієнта теплопровідності повітря l в залежно від температури розраховувалися шляхом лінійної інтерполяції табличних значень з [12]. Системи рівнянь (11) або (19) вирішувалися чисельно шляхом ітераційного уточнення щодо температур T 1, T 2, T 3, T 4. Для чисельного моделювання було обрано теплоізоляційна система на основі теплоізоляції, подібної пінополістиролу, з коефіцієнтом теплопровідності 0,04 Вт / (м2 × ° С). Температура повітря на вході прошарку передбачалася рівною 8 ° С, загальна товщина теплоізоляційного шару - 20 см, товщина прошарку d - 1 см.

На рис. 4 представлені графіки залежності питомих тепловтрат через ізолюючий шар звичайного утеплювача при наявності замкнутої теплоізоляційного прошарку і з вентильованим повітряним прошарком. Замкнута повітряний прошарок майже не покращує властивостей теплоізоляції. Для розглянутого випадку наявність теплоізоляційного прошарку з рухомим потоком повітря більш ніж удвічі знижує тепловтрати через стіну при температурі зовнішнього повітря мінус 20 ° С. Еквівалентну значення опору теплопередачі такої теплоізоляції для цієї температури дорівнює 10,5 м2 × ° С / Вт, що відповідає шару пінополістиролу товщиною понад 40,0 см.

Ряд 1 - звичайна теплоізоляція, D = 20 см; ряд 2 - в теплоізоляції є повітряний щілину шириною 1 см, d = 4 см з нерухомим повітрям; ряд 3 - швидкість повітря 0,5 м / с

Мал. 4. Графіки залежності питомих тепловтрат від температури зовнішнього повітря

Ефективність теплоізоляційної системи зростає в міру зниження температури зовнішнього повітря. При температурі зовнішнього повітря 4 ° С ефективність обох систем однакова. Подальше підвищення температури робить недоцільним використання системи, так як призводить до підвищення рівня тепловтрат з будівлі.

На рис. 5 приведена залежність температури зовнішньої поверхні стіни від температури зовнішнього повітря. Згідно рис. 5, наявність повітряного прошарку збільшує температуру зовнішньої поверхні стіни при мінусовій температурі зовнішнього повітря в порівнянні зі звичайною теплоізоляцією. Це пояснюється тим, що рухомий повітря віддає своє тепло як внутрішнього, так і зовнішнього верствам теплоізоляції. При високій зовнішній температурі повітря така теплоізоляційна система відіграє роль охолоджуючого шару (див. Рис. 5).

5)

Ряд 1 - звичайна теплоізоляція, D = 20 см; ряд 2 - в теплоізоляції є повітряний щілину шириною 1 см, d = 4 см, швидкість повітря 0,5 м / с

Мал. 5. Звісімость температури зовнішньої поверхні стіни від температури зовнішнього повітря

На рис. 6 показана залежність температури на виході прошарку від температури зовнішнього повітря. Повітря в прошарку, остигаючи, віддає свою енергію огороджувальних поверхонь.

Повітря в прошарку, остигаючи, віддає свою енергію огороджувальних поверхонь

Мал. 6. Залежність температури на виході прошарку від температури зовнішнього повітря

На рис. 7 представлена ​​залежність тепловтрат від товщини зовнішнього шару теплоізоляції при мінімальній зовнішній температурі. Згідно рис. 7, мінімум тепловтрат спостерігається при d = 4 см.

Мал. 7. Залежність тепловтрат від товщини зовнішнього шару теплоізоляції при мінімальній зовнішній температурі

На рис. 8 показана залежність тепловтрат для зовнішньої температури мінус 20 ° С від швидкості повітря в прошарку з різною товщиною. Под'м швидкості повітря вище 0,5 м / с несуттєво впливає на властивості теплоізоляції.

Под'м швидкості повітря вище 0,5 м / с несуттєво впливає на властивості теплоізоляції

Ряд 1 - d = 16 см; ряд 2 - d = 18 см; ряд 3 - d = 20 см

Мал. 8. Залежність тепловтрат від швидкості повітря при різній товщині повітряного прошарку

Слід звернути увагу на обставину, що вентильований повітряний прошарок дозволяє ефективно управляти рівнем тепловтрат через поверхню стіни зміною швидкості повітря в межах від 0 до 0,5 м / с, що неможливо здійснити для звичайної теплоізоляції. На рис. 9 приведена залежність швидкості руху повітря від зовнішньої температури для фіксованого рівня тепловтрат через стіну. Такий підхід до теплового захисту будівель дозволяє знижувати енергоємність вентиляційної системи в міру підвищення температури зовнішнього повітря.

Такий підхід до теплового захисту будівель дозволяє знижувати енергоємність вентиляційної системи в міру підвищення температури зовнішнього повітря

Мал. 9. Залежність швидкості руху повітря від зовнішньої температури для фіксованого рівня тепловтрат

При створенні розглядається в статті теплоізоляційної системи основним є питання про джерело енергії для підвищення температури повітря, що прокачується. В якості такого джерела передбачається забирати тепло грунту під будівлею шляхом використання ґрунтового теплообмінника. Для більш ефективного використання енергії грунту передбачається, що система вентиляції в повітряному прошарку повинна бути замкнутої, без підсосу атмосферного повітря. Так як температура повітря, що надходить в систему в зимовий час, нижче температури грунту, проблеми конденсації вологи тут не існує.

Найбільш ефективне використання такої системи автори бачать в поєднанні використання двох джерел енергії: сонячної та тепла грунту. Якщо звернутися до раніше згаданим системам з прозорим теплоізоляційним шаром, стає очевидним прагнення авторів цих систем реалізувати той чи інший спосіб ідею теплового діода, тобто вирішити завдання спрямованої передачі сонячної енергії до стіни будівлі, прийнявши при цьому заходи, що перешкоджають руху теплового потоку енергії в зворотному напрямку.

Як зовнішній поглинає шару може виступати пофарбована в темний колір металева пластина. А другим поглинає шаром може бути повітряний прошарок в теплоізоляції будівлі. Рухомий в прошарку повітря, замикаючись через грунтовий теплообмінник, в сонячну погоду нагріває грунт, акумулюючи сонячну енергію і перерозподіляючи її по фасадах будівлі. Тепло від зовнішнього шару внутрішньому може передаватися за допомогою теплових діодів, виконаних на теплових трубках з фазовими переходами.

Таким чином, пропонована система теплоізоляції з керованими теплофізичними характеристиками базується на конструкції з теплоізоляційним шаром, що має три особливості:

- вентильований повітряний прошарок, паралельну захисної конструкції будівлі;

- джерело енергії для повітря всередині прошарку;

- систему управління параметрами потоку повітря в прошарку в залежності від зовнішніх погодних умов і температури повітря в приміщенні.

Один з можливих варіантів конструкції - використання прозорої теплоізоляційної системи. В цьому випадку теплоізоляційна система повинна бути доповнена ще однією повітряним прошарком, що примикає до стіни будівлі і має сполучення з усіма стінами будівлі, як це показано на рис. 10.

Теплоізоляційна система, наведена на рис. 10, має дві повітряні прошарки. Одна з них знаходиться між теплоізоляцією і прозорим огородженням і служить для запобігання перегріву будівлі. Для цієї мети є повітряні клапани, що з'єднують прошарок із зовнішнім повітрям вгорі і внизу теплоізоляційної панелі. У літню пору і в моменти високої сонячної активності при виникненні небезпеки перегріву будівлі заслінки відкриваються, забезпечуючи вентиляцію зовнішнім повітрям.

Мал. 10. Прозора теплоізоляційна система з вентильованим повітряним прошарком

Друга повітряний прошарок примикає до стіни будівлі і служить для транспортування сонячної енергії в оболонці будівлі. Така конструкція дозволить використовувати сонячну енергію всією поверхнею будівлі протягом світлового дня, забезпечуючи, до того ж, ефективну акумуляцію сонячної енергії, так як акумулятором виступає весь обсяг стін будівлі.

Можливо також використання традиційної теплоізоляції в системі. У цьому випадку в якості джерела теплової енергії може служити грунтовий теплообмінник, як це показано на рис. 11.

Мал. 11. Система теплоізоляції з ґрунтовим теплообмінником

В якості ще одного варіанту можна запропонувати для цієї мети вентиляційні викиди будівлі [14, 15]. В цьому випадку для виключення конденсації вологи в прошарку необхідно видаляється повітря пропустити через теплообмінник, а в прошарок запустити зовнішнє повітря, нагріте в теплообміннику. З прошарку повітря може надходити в приміщення для вентиляції. Повітря нагрівається, проходячи через грунтовий теплообмінник, і віддає свою енергію огороджувальної конструкції.

Необхідною елементом системи теплоізоляції повинна стати автоматична система управління її властивостями. На рис. 12 представлений блок-схема системи управління. Управління відбувається на основі аналізу інформації від датчиків температури і вологості шляхом зміни режиму роботи або відключення вентилятора і відкривання і закривання повітряних заслінок.

Мал. 12. Блок-схема системи управління

Блок-схема алгоритму роботи вентиляційної системи з керованими властивостями представлений на рис. 13.

На початковому етапі роботи системи управління (див. Рис. 12) по виміряним значенням температури зовнішнього повітря та в приміщеннях в блоці управління виконується розрахунок температури в повітряному прошарку для умови нерухомого повітря. Це значення порівнюється з температурою повітря в прошарку південного фасаду при конструкції теплоізоляційної системи, як на рис. 10, або в грунтовому теплообміннику - при конструкції теплоізоляційної системи, як на рис. 11. Якщо значення розрахункової температури більше або дорівнює виміряного, вентилятор залишається вимкненим, а повітряні заслінки в прошарку закритими.

Мал. 13. Блок-схема алгоритму роботи вентиляційної системи з керованими властивостями

Якщо значення розрахункової температури менше виміряного, включають циркуляційний вентилятор і відкривають заслінки. У цьому випадку енергія нагрітого повітря віддається стінових конструкцій будівлі, знижуючи потребу в тепловій енергії для опалення. Одночасно вимірюється значення вологості повітря в прошарку. Якщо вологість наближається до точки конденсації, відкривається заслінка, що зв'язує повітряний прошарок із зовнішнім повітрям, що забезпечує запобігання конденсації вологи на поверхні стін прошарку.

Таким чином, запропонована система теплоізоляції дозволяє реально управляти теплотехнічними властивостями.

ВИПРОБУВАННЯ МАКЕТА теплоізоляційної системи з керованою теплоізоляції ШЛЯХОМ ВИКОРИСТАННЯ ВЕНТИЛЯЦІЙНИХ ВИКИДІВ БУДІВЛІ

Схема експерименту представлена ​​на рис. 14. Макет теплоізоляційної системи змонтований на цегляній стіні приміщення верхній частині ліфтової шахти. Макет складається з теплоізоляції, що представляє паронепроникні теплоізоляційні пластини (одна поверхня - алюміній товщиною 1,5 мм, друга - алюмінієва фольга), заповнені пінополіуретаном товщиною 3,0 см з коефіцієнтом теплопровідності 0,03 Вт / (м2 × ° С). Опір теплопередачі пластини - 1,0 м2 × ° С / Вт, цегляної стіни - 0,6 м2 × ° С / Вт. Між теплоізоляційними пластинами і поверхнею огороджувальної конструкції будівлі - повітряний прошарок товщиною 5 см. З метою визначення температурних режимів і руху теплового потоку через захисну конструкцію в ній встановлювалися датчики температури і теплового потоку.

Мал. 14. Схема експериментальної системи з керованою теплоізоляцією

Фотографія змонтованої теплоізоляційної системи з енергопостачанням від системи утилізації тепла вентиляційних викидів представлена ​​на рис. 15.

а) а)

б) б)

Мал. 15. Теплоізоляційна система з енергопостачанням від системи утилізації тепла вентиляційних викидів: а - блок рекуперації тепла з системою припливних і витяжних повітропроводів; б - система теплоізоляції зі змонтованими припливним і витяжним воздуховодами

Додаткова енергія всередину прошарку подається з повітрям, узятим на виході системи рекуперації тепла вентиляційних викидів будівлі. Вентиляційні викиди забиралися з виходу вентиляційної шахти корпусу ДП «Інститут НИПТИС ім. Атаева С. С. », подавалися на перший вхід рекуператора (див. Рис. 15а). На другий вхід рекуператора подавалося повітря з вентиляційної прошарку, а з другого виходу рекуператора - знову в вентиляційну прошарок. Повітря вентиляційних викидів можна подавати безпосередньо в повітряний прошарок через небезпеку конденсації вологи всередині неї. Тому вентиляційні викиди будівлі спочатку проходили через теплообмінник-рекуператор, на другий вхід якого надходив повітря з прошарку. У рекуператорі він нагрівався і за допомогою вентилятора подавався в повітряний прошарок вентиляційної системи через фланець, змонтований в нижній частині теплоізоляційної панелі. Через другий фланець у верхній частині теплоізоляції повітря віддалявся з панелі і замикав цикл свого руху на другому вході теплообмінника. В процесі роботи виконувалася реєстрація інформації, що надходить від датчиків температури і теплового потоку, встановлених за схемою рис. 14.

Для управління режимами роботи вентиляторів і знімання і реєстрації параметрів проведення експерименту використовувався спеціальний блок управління і обробки даних.

На рис. 16 представлені графіки зміни температури: зовнішнього повітря, повітря в приміщенні і повітря в різних частинах прошарку. З 7.00 до 13.00 годин система виходить на стаціонарний режим функціонування. Різниця між температурою на вході повітря в прошарок (датчик 6) і температурою на виході з неї (датчик 5) виявилася близько 3 ° С, що свідчить про фактичне споживання енергії з повітря, що проходить.

а) а)

б) б)

Мал. 16. Графіки зміни температури: а - зовнішнього повітря і повітря в приміщенні; б - повітря в різних частинах прошарку

На рис. 17 представлені графіки залежності від часу температури поверхонь стіни і теплоізоляції, а також температури і теплового потоку через огороджувальну поверхню будівлі. На рис. 17б чітко фіксується зниження теплового потоку з приміщення після подачі підігрітого повітря у вентиляційну прошарок.

а) а)

б) б)

Мал. 17. Графіки залежності від часу: а - температури поверхонь стіни і теплоізоляції; б - температури і теплового потоку через огороджувальну поверхню будівлі

Експериментальні результати, отримані авторами, підтверджують можливість керування властивостями теплоізоляції з вентильованим прошарком.

ВИСНОВОК

1 Важливим елементом енергоефективних будівель є її оболонка. Основні напрямки розвитку зниження теплових втрат будівель через огороджувальні конструкції пов'язані з активною теплоізоляцією, коли захисна конструкція грає важливу роль у формуванні параметрів внутрішнього середовища приміщень [6-11]. Найбільш наочним прикладом може служити захисна конструкція з наявністю повітряного прошарку [9-11].

2 Авторами запропонована конструкція теплоізоляції із замкнутою повітряним прошарком між теплоізоляцією і стіною будівлі. З метою запобігання конденсації вологи в прошарку повітря без зниження теплоізолюючих властивостей розглянута можливість використання в теплоізоляції паропроникних вставок. Розроблено метод розрахунку площі вставок в залежності від умов використання теплоізоляції. Для деяких конструкцій стіни, як в першому прикладі з таблиці 1, можна обійтися без паропроникних вставок. В інших випадках площа паропроникних вставок може бути незначною відносно площі утеплюваної стіни.

3 Розроблено методику розрахунку теплотехнічних характеристик і конструкція теплоізоляційної системи, яка має керованими теплотехнічними властивостями. Конструкція виконана у вигляді системи з вентильованим повітряним прошарком між двома шарами теплоізоляції. При русі в прошарку повітря з температурою вищою, ніж у відповідній точці стіни зі звичайною теплоізоляційної системою, величина температурного градієнта в шарі теплоізоляції від стіни до прошарку зменшується в порівнянні з теплоізоляцією без прошарку, що знижує втрати тепла з будівлі через стіну. В якості енергії для підвищення температури повітря, що прокачується можливе використання тепла грунту під будівлею, застосовуючи грунтовий теплообмінник, або сонячної енергії. Розроблено методи розрахунку характеристик такої системи. Отримано експериментальне підтвердження реальності використання системи теплоізоляції з керованими теплотехнічними характеристиками для будівель.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Богословський, В. Н. Будівельна теплофізика / В. Н. Богословський. - СПб .: АВОК-ПІВНІЧНО-ЗАХІД, 2006. - 400 с.

2. Системи теплоізоляції будівель: ТКП.

3. Фасадна система Поліалпан. Рекомендації з проектування і застосування для будівництва і реконструкції будівель. - М .: ЦНДІЕПжитла, 2003. - 90 с.

4. Проектування і пристрій системи утеплення з вентильованим повітряним прошарком на основі панелей фасадних тришарових: Р 1.04.032.07. - Мінськ, 2007. - 117 с.

5. Данилевський, Л. Н. До питання про зниження рівня тепловтрат будівлі. Досвід Білорусько-Німецького співробітництва в будівництві / Л. М. Данилевський. - Мінськ: Стрінко, 2000. - С. 76, 77.

6. Alfred Kerschberger «Solares Bauen mit transparenter Wаrmedаmmung». Systeme, Wirtschaftlichkeit, Perspektiven, BAUVERLAG GMBH, WEISBADEN UND BERLIN.

7. Die ESA-Solardassade - Dаmmen mit Licht / ESA-Energiesysteme, 3. Passivhaustagung 19 bis 21 Februar 1999. Bregenz. Р. 177-182.

8. Peter O. Braun, Innovative Gebаudehullen, Wаrmetechnik, 9, 1997. - Р. 510-514.

9. Пасивний будинок як адаптивна система життєзабезпечення: тези доповідей Міжнар. наук.-техніч. конф. «Від теплової санації будівель - до пасивного будинку. Проблеми і рішення »/ Л. М. Данилевський. - Мінськ, 1996. - С. 32-34.

10. Теплоізоляція з керованими властивостями для будівель з низьким рівнем тепловтрат: зб. тр. / ДП «Інститут НИПТИС ім. Атаева С. С. »; Л. Н. Данилевський. - Мінськ, 1998. - С. 13-27.

11. Данилевський, Л. Теплоізоляційна система з керованими властивостями для пасивного будинку / Л. Данилевський // Архітектура и будівництво . - 1998. - № 3. - С. 30, 31.

12. Мартиненко, О. Г. Вільно конвективний теплообмін. Довідник / О. Г. Мартиненко, Ю. А. Соковішін. - Мінськ: Наука і техніка, 1982. - 400 с.

13. Міхєєв, М. А. Основи теплопередачі / М. А. Міхєєв, І. М. Міхеєва. - М .: Енергія, 1977. - 321 с.

14. Зовнішнє вентильований огорожу будівлі: пат. 010822 Євраз. патентне відомство, МПК (2006.01) Е04В 2/28, Е04В 1/70 / Л. М. Данилевський; заявник ДП «Інститут НИПТИС ім. Атаева С. С. ». - № 20060978; зявл. 05.10.2006; опубл. 30.12.2008 // Бюлл. Євразійського патентного відомства. - 2008. - № 6.

15. Зовнішнє вентильований огорожу будівлі: пат. 11343 Респ. Білорусь, МПК (2006) E04B1 / 70, E04B2 / 28 / Л. М. Данилевський; заявник ДП «Інститут НИПТИС ім. Атаева С. С. ». - № 20060978; заявл. 05.10.2006; опубл. 30.12.2008 // Афiцийни бюл. / Нац. центр iнтелектуал. уласнасцi. - 2008.

Новости

Цена гидроизоляции крыши
Во-1-х, этот комплекс действий защищает сооружение от разрушительного воздействия осадков. Без гидроизоляции в строении возникают протечки (а гидроизолирующее покрытие держит воду даже при резких перепадах

Гидроизоляция пола в ванной
Процесс выполнения гидроизоляции Гидроизоляционный раствор следует наносить в 2 этапа: первый слой раствора следует нанести на пол, а через 4-6 часов второй . Как правило, выполняется она специальными

Гидроизоляционная пленка для кровли
Основные разновидности пленочных гидроизоляционных материалов Для защиты крыши от негативного воздействия влаги, могут применяться следующие виды материалов: Именно мембраны считаются оптимальным выбором

Гидроизоляция пола перед стяжкой
В повседневной жизни рано или поздно все сталкиваются с «несанкционированным» проникновением воды из или в помещения проживания. Мы топим, нас топят, или в своем доме на первом этаже появляются непредусмотренные

Гидроизоляционная пленка: Что это, какие бывают пленки, инструкция по монтажу, цены за рулон
Гидроизоляционная пленка – это материал, который используется для защиты здания от влаги, конденсата и атмосферных осадков. Позволяет существенно продлить эксплуатацию не только здания, но и его основных

Организация кровельного пирога - пароизоляция, утепление, гидроизоляция кровли
Принципиально увидеть, что, беря во внимание подобные тенденции, строй компании сразу строят новые дома с мансардой жилого плана, но и обладатели уже построенных особняков также хотят переоборудовать

Обмазочная гидроизоляция для бетона: виды, требование и применение
Задачей строительства является не просто построить здание, но и защитить поверхности от проникновения воды. Фундамент, подвал, полы, крыша всегда соприкасаются с водой. Защиты требуют не только места,

Пароизоляция и гидроизоляция: отличие и назначение
Каждому человеку хочется, чтобы условия проживания в доме были одинаково комфортны как в летний зной, так и в зимнюю стужу. Но что нужно, чтобы создать в доме благоприятную атмосферу? Конечно же, в условиях

Мастика гидроизоляционная: история появления, многообразие видов
Нет необходимости говорить, что гидроизоляция продлевает срок эксплуатации конструктивных элементов зданий и сооружений. Видов защиты от проникновения влаги большое количество. Нас же в этой статье

Гидроизоляция стен от фундамента: материалы, правила
Так как фундамент является основой всего дома, то особое внимание необходимо уделить его гидроизоляции. Она будет надежно защищать строение от попадания внутрь как грунтовых вод, так и поверхностных вод