msgbartop
Оборудование для производства строительных блоков
msgbarbottom

13 Дек 11 ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Теплотехнические расчеты ограждающих конструкций зданий и сооружений осуществляют с использованием следующих тепло- физических свойств материалов: теплопроводности, температуро­проводности, теплоемкости, паропроницаемости, влагопроводности. сорбции.

Теплопроводность Вт/(м-К), характеризует стационарные процессы теплопередачи в материале. Плотность теплового потока при стационарных температурных условиях определяют уравне­нием

. (1.1)

Дх

В соответствии с ГОСТ 16381—77, к теплоизоляционным отно­сятся материалы теплопроводностью не более 0,175 Вт/(м-К) при температуре 25 °С и плотностью не более 600 кг/м3. Теплопровод­ность теплоизолирующих материалов зависит от их плотности (рис. 1.1, а), пористости, структуры и формы пор, температуры, влажности, фазового состава влаги и других факторов. Закон из­менения теплопроводности сухих строительных материалов от их температуры обычно близок к линейному (рис. I. 1, б).

Увеличение количества мелких и замкнутых пор всегда суще­ственно понижает теплопроводность. В крупных порах, а особенно в сообщающихся между собой, возникают конвективные потоки воздуха, снижающие теплоизолирующий эффект пористости. По мере уменьшения общей плотности бетона количество крупных пор обычно увеличивается и теплопроводность уменьшается. Заметную роль играют не только общая пористость, но и форма, размер и ориентация пор, поскольку направление потока тепла и излучения внутри пор оказывают большое влияние на общую теплопровод­ность материала.

Существенное значение для теплопроводности имеет химиче­ская природа веществ, входящих в состав материала. Причем, чем тяжелее атомы или атомные группы, образующие кристаллы ма­териала, чем слабее они между собой связаны, тем меньше тепло­проводность материала. Теплопроводность шлакобетонов на ме­таллургических шлаках меньше по сравнению со шлакобетонами такой же плотности, но на топливных (котельных) шлаках. Напри­мер, при плотности 1600 кг/м3 для первого вида шлакобетона (в сухом состоянии) теплопроводность 0,65, а для второго — 0,815 Вт/(м-К). Это объясняется тем, что в состав металлургиче­ских шлаков входит кальций, марганец и железо, относительная атомная масса которых значительно больше, чем углерода и серы, входящих в состав топливных шлаков.

На каждый процент массовой влажности (от 1 до 7 %) тепло­проводность легких бетонов марки 50 на керамзитовом заполните-

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

450 -100 -50 0 50 t'C 6

Рис. 1.1. Зависимость теплопроводности пенопластов от их плотности (а) и

Температуры (б) [35]:

1 — полистирольный; 2 — фенольний; 3 — мочевиноформальдегидиый.

Ле может изменяться в - пределах 0,0097...0,021 Вт/(м-К). При этом меньший прирост характерен для бетонов с крупнопористой и круп­нозернистой структурой. Каждый процент увеличения объемной влажности керамзитобетона в среднем повышает его теплопровод­ность на 0,016 Вт/(м-К) при использовании в качестве мелкого за­полнителя керамзитового песка и на 0,035...0,055 Вт/(м-К) —при использовании кварцевого. При отрицательных температурах теп­лопроводность влажных строительных материалов определяется характером криогенных фазовых превращений влаги и может быть выше или ниже чем в зоне положительной температуры. Это объяс­няется тем, что при отрицательной температуре влага в межпоро - вом пространстве может не превращаться в лед, а выпадать в виде инея, теплопроводность которого ниже чем у льда и воды [47]. Когда влаги недостаточно для образования и заполнения крупных пор льдом, где в первую очередь происходят криогенные фазовые превращения, теплопроводность материала снижается. Причем лед сорбирует влагу из более мелких пор и тем самым как бы осушает материал. При большом влагосодержании материала лед в его порах образует не вкрапления, а мостики холода, существенно увеличивая теплопроводность материала. Зависимость теплопро­водности некоторых строительных материалов от их температуры и влажности показана на рис. 1.2,1.3.

При эксплуатации зданий передача тепла через ограждения происходит в нестационарных температурных условиях и характе­ризуется температуропроводностью материала ограждающей кон­струкции. Характер зависимости температуропроводности тепло­изоляционных строительных материалов от их температуры и влажности аналогичен зависимости теплопроводности от этих па­раметров. Температурное поле сухой ограждающей конструкции

ТКм-tij

0.8 0.7 0.6 0,5 OA 0.3 02

10

20 30 О

40

Рис. 1.2. Зависимость теплопроводности газозолобетона (а) и пенобетона (б)

От температуры при различной их влажности [13, 23, 47, 53]: I — ц)=4,8 %; 2 — и>=17%; 3 — ш=33 %; 4—w~38%; 5 — ш=>1,4 %; 6 — ш=6 %; 7 —

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

So г, с

W=28 %.

При неустановившемся тепловом режиме описывают уравнением Фурье:

Дх (х, г) _ ^ дН {х, г)

TOC o "1-3" h z дг dx2

Или (1.2)

С дт(х, г) = ^ д2т(х, г)

Дг дх8

Плотность потока парообразной влаги через слой материала

7(1.з)

Дх

Паропроницаемость зависит от температуры, влажности, струк­туры материала, парциального давления водяного пара в межпо - ровом пространстве, форм связи влаги с материалом. Зависимость коэффициента паропроницаемости от влажности материала близ­ка к изотерме сорбции, а от температуры — линейная [54]. Плот­ность потока жидкой влаги вычисляют

7. = - р -f5-- (")

Дх

При расчете тепловлажностного состояния строительных кон­струкций по теории термовлагопроводности [24] поток влаги не разделяют на парообразную и жидкую составляющие, а рассмат­ривают совместно:

Г - 7, +Ъ = - ■ад + К, - Ц-), (1.5)

Где ат — коэффициент диффузии влаги, м2/с (по физическому смыслу аналог коэффициента температуропроводности); Kt — термоградиентный коэффициент, К-1 пли % К-1, определяющий перенос влаги в теле, вызванный единичным градиентом темпера­туры.

В качестве движущей силы, определяющей совместное переме­щение парообразной и жидкой влаги по теории В. Н. Богослов­ского, принят потенциал влажности G, функционально связанный с влагосодержанием материала. Это удельная энергия влаги, от­несенная к ее массе. Значение 0 определяется потенциалами всех силовых полей, действующих на влагу [14]. При этом плотность потока влаги

-* ае /т

/ = — и — , (1.6)

Дх

Где к — влагопроводимость материала, кг/(м-с-°В), по физическо­му смыслу — аналог его теплопроводности.

Изотермы сорбции характеризуют процесс увлажнения матери­ала путем поглощения парообразной влаги из окружающего воз­духа. Термин «сорбция» объединяет два физических явления: ад­сорбцию и абсорбцию.

Форма изотерм сорбции определяется формой связи влаги с ма­териалом [2, 9,24, 54]. Сорбционные свойства материала зависят от температуры. При ее повышении равновесное влагосодержание уменьшается, а при уменьшении — увеличивается.

По СНиП II-3-79* к основным теплотехническим показателям ограждающих конструкций зданий и сооружений относятся сопро­тивление теплопередаче, тепловая инерция, теплоустойчивость и теплоусвоение, сопротивление воздухо - и паропроницанию.

Сопротивление теплопередаче однослойной конструкции опре­деляют по формуле

Яо = Яв + Я4-#„ = — +4- + — • (17)

CtB Л СХН

Сопротивление теплопередаче многослойной конструкции вы­числяют по формуле

П п—1 п м—1

Яо = Я» + £Яі+ п, + Яв = — + Е-Г+

^ ' ав ^ и X «н

/=1 1= 1-І ' 1 где п — количество слоев; 6t-, fa — соответственно толщина и теп­лопроводность слоя конструкции ; бП/ — толщина зазора между слоями; Я, П/ — эффективная теплопроводность воздушного зазора, учитывающая перенос тепла через него теплопроводностью, излу­чением и конвекцией.

Формулы (1.7), (1.8) справедливы только для термически одно­родных конструкций, передача тепла через которые происходит только в одном измерении. Примером таких конструкций могут служить глухие стены одноэтажных зданий, выполненные из мо­нолитного однородного материала без примыкания по всей пло­щади стен перегородок.

Расчет теплопотерь через ограждения сложной конструкции осуществляют по приведенному сопротивлению теплопередаче Rnp0 (приведенным называют сопротивление теплопередаче такого ус­ловного ограждения с одномерным температурным полем, потери тепла через которое при одинаковой площади равны теплопотерям сложного ограждения с двумерным температурным полем).

Отношение амплитуды колебания теплового потока Aq к амп­литуде колебания температуры на внутренней поверхности ограж­дения Ат называют коэффициентом теплоусвоения

Aq

Внутренней поверхности ограждения YB= — .

Т

Коэффициент теплоусвоения однослойной конструкции опреде­ляется теплофизическими свойствами его материала и периодом колебания тепловых воздействий:

Y = S= (1.9)

Где S — коэффициент теплоусвоения материала, Вт/(м2-К); 2я/г — частота колебаний температуры, 1/ч (здесь z — период ко­лебаний, ч).

При z—24 ч

S = 0,5lKЈC^ (1-Ю).

Отношение амплитуды Ах на поверхности, воспринимающей колебания температуры внешней среды, к затухающей амплитуде А'х на противоположной поверхности называется затуханием амп­литуд v внутри конструкции.

Интенсивность затухания колебаний температуры внутри одно­родной ограждающей конструкции характеризуется безразмерной величиной

D = RS (1.11)

И называется тепловой инерцией конструкции. Для многослойной (п слоев) конструкции

D= J ОД. (1.12)

T=i

Тепловая инерция ограждающей конструкции определяет про­должительность времени, необходимого для предельного ее охлаж­дения. Чем больше тепловая инерция, тем длительнее это время.

По тепловой инерции все ограждающие конструкции делят на четыре класса: безынерционные Д^1,5; малой инерционности 1,5</)^4; средней инерционности 4</)^7 и большой инерцион­ности Д>7.

В теплотехнических расчетах применяют следующие характе­ристики воздухопроницаемости: коэффициент воздухо­проницаемости t, кг/(м-с-Па); сопротивление воздухопроницанию Я„, (м2-с-Па)/кг. Для однородных однослойных конструкций

/?■ = «/*; (113)

Для многослойных

Я. =2 я-,. (1Л4>

Где RV{ — сопротивление воздухопроницанию і-го слоя, рассчиты­ваемого по формуле (1.13).

Сопротивление паропроницанию ограждающих конструкций Rn рассчитывают по зависимости

П п

Я„ = ЯЇ + У Яп, + Яп = -4г + У — . (I-15) *=1 1 где Явш R"л — сопротивление влагообмену соответственно между внутренней и наружной поверхностями конструкции и воздухом; авт, аит — коэффициенты влагоотдачи, кг/(м2-с-Па).

Оставить комментарий