Resistencia térmica del entrehierro ventilado. Espacios de aire. Campos de aplicación de cámaras de aire cerradas y ventiladas. Fundamentos de la transferencia de calor en un edificio.

18.10.2019

.
1.3 El edificio como sistema energético único.
2. Transferencia de calor y humedad a través de vallas exteriores.
2.1 Fundamentos de la transferencia de calor en un edificio.
2.1.1 Conductividad térmica.
2.1.2 Convección.
2.1.3 Radiación.
2.1.4 Resistencia térmica del entrehierro.
2.1.5 Coeficientes de transferencia de calor en las superficies interior y exterior.
2.1.6 Transferencia de calor a través de una pared multicapa.
2.1.7 Resistencia reducida a la transferencia de calor.
2.1.8 Distribución de temperatura en la sección de la valla.
2.2 Régimen de humedad de las estructuras de cerramiento.
2.2.1 Causas de la humedad en los cercos.
2.2.2 Efectos negativos de la amortiguación de vallas exteriores.
2.2.3 Comunicación de la humedad con los materiales de construcción.
2.2.4 Aire húmedo.
2.2.5 Contenido de humedad del material.
2.2.6 Sorción y desorción.
2.2.7 Permeabilidad al vapor de las cercas.
2.3 Permeabilidad al aire de barreras externas.
2.3.1 Fundamentos.
2.3.2 Diferencia de presión en las superficies exterior e interior de las vallas.
2.3.3 Permeabilidad al aire de los materiales de construcción.

2.1.4 Resistencia térmica del entrehierro.

Para uniformidad, resistencia a la transferencia de calor. espacios de aire cerrados situada entre las capas de la envolvente del edificio, denominadas resistencia termica R vp, m². ºС/W.
El esquema de transferencia de calor a través del espacio de aire se muestra en la Fig.5.

Figura 5. Transferencia de calor en el entrehierro.

Flujo de calor que pasa a través del entrehierro q v.p , W/m² , está formado por caudales transmitidos por conductividad térmica (2) q t , W/m² , convección (1) q c , W/m² , y radiación (3) q l , W/m² .

(2.12)

En este caso, la parte del flujo transmitido por radiación es la más grande. Consideremos un espacio de aire vertical cerrado, en cuyas superficies la diferencia de temperatura es de 5ºС. Con un aumento en el espesor de la capa intermedia de 10 mm a 200 mm, la proporción del flujo de calor debido a la radiación aumenta del 60 % al 80 %. En este caso, la parte del calor transferido por conductividad térmica cae del 38 % al 2 %, y la parte del flujo de calor por convección aumenta del 2 % al 20 %.
El cálculo directo de estos componentes es bastante engorroso. Por lo tanto, en documentos normativos se dan datos sobre la resistencia térmica de los espacios de aire cerrados, que en los años 50 del siglo XX fue compilado por K.F. Fokin basado en los resultados de los experimentos de M.A. Mijeev. Si hay una lámina de aluminio que refleja el calor en una o ambas superficies del entrehierro, lo que dificulta la transferencia de calor radiante entre las superficies que enmarcan el entrehierro, la resistencia térmica debe duplicarse. Para aumentar la resistencia térmica de los entrehierros cerrados, se recomienda tener en cuenta las siguientes conclusiones de los estudios:
1) térmicamente eficientes son capas intermedias de pequeño espesor;
2) es más racional hacer varias capas de pequeño espesor en la cerca que una grande;
3) es deseable colocar espacios de aire más cerca de Superficie exterior esgrima, ya que al mismo tiempo en horario de invierno el flujo de calor por radiación disminuye;
4) las capas verticales en las paredes exteriores deben estar bloqueadas por diafragmas horizontales al nivel de los techos entre pisos;
5) para reducir el flujo de calor transmitido por radiación, es posible cubrir una de las superficies de la capa intermedia papel de aluminio, que tiene una emisividad de alrededor de ε=0.05. Cubrir ambas superficies del espacio de aire con papel aluminio no reduce significativamente la transferencia de calor en comparación con cubrir una sola superficie.
Preguntas para el autocontrol.
1. ¿Cuál es el potencial de transferencia de calor?
2. Enumere los tipos elementales de transferencia de calor.
3. ¿Qué es la transferencia de calor?
4. ¿Qué es la conductividad térmica?
5. ¿Cuál es la conductividad térmica del material?
6. Escriba la fórmula para el flujo de calor transmitido por conductividad térmica en una pared multicapa a temperaturas conocidas de las superficies interior tw y exterior tn.
7. ¿Qué es la resistencia térmica?
8. ¿Qué es la convección?
9. Escribe la fórmula del flujo de calor transferido por convección desde el aire a la superficie.
10. Significado físico del coeficiente de transferencia de calor por convección.
11. ¿Qué es la radiación?
12. Escribe la fórmula del flujo de calor transmitido por radiación de una superficie a otra.
13. Significado físico del coeficiente de transferencia de calor radiante.
14. ¿Cuál es el nombre de la resistencia a la transferencia de calor de un espacio de aire cerrado en la envolvente del edificio?
15. ¿De qué naturaleza el flujo de calor total a través del entrehierro consiste en flujos de calor?
16. ¿Qué naturaleza del flujo de calor prevalece en el flujo de calor a través del entrehierro?
17. ¿Cómo afecta el espesor del entrehierro a la distribución de flujos en él?
18. ¿Cómo reducir el flujo de calor a través del entrehierro?

Para uniformidad, resistencia a la transferencia de calor. espacios de aire cerrados situada entre las capas de la envolvente del edificio, denominadas resistencia termica Rv.p, m². ºС/W.
El esquema de transferencia de calor a través del espacio de aire se muestra en la Fig.5.

Figura 5. Transferencia de calor en el entrehierro.

El flujo de calor que pasa a través del entrehierro qv.p, W/m², consiste en flujos transmitidos por conductividad térmica (2) qt, W/m², convección (1) qc, W/m² y radiación (3) ql, W/m².

24. Resistencia condicional y reducida a la transferencia de calor. Coeficiente de homogeneidad termotécnica de estructuras de cerramiento.

25. Racionamiento de la resistencia a la transferencia de calor en función de las condiciones sanitarias e higiénicas

, R0 = *

Normalizamos Δ t n, entonces R 0 tr = * , esos. para que Δ t≤ Δ t n Necesario

R 0 ≥ R 0 tr

SNiP extiende este requisito a la resistencia reducida. transferencia de calor.

R 0 pr ≥ R 0 tr

t in - temperatura de diseño del aire interior, °С;

aceptar. según normas de diseño. edificio

t n - - temperatura de invierno calculada del aire exterior, ° С, igual a la temperatura promedio de los cinco días más fríos con una seguridad de 0.92

A en (alfa) - coeficiente de transferencia de calor de la superficie interna de las estructuras de cerramiento, tomado de acuerdo con SNiP

Δt n - diferencia de temperatura estándar entre la temperatura del aire interno y la temperatura de la superficie interna de la estructura envolvente, tomada de acuerdo con SNiP

Resistencia requerida a la transferencia de calor. R sobre las puertas y portones deben tener al menos 0,6 R sobre paredes de edificios y estructuras, determinado por la fórmula (1) en el calculado temperatura de invierno aire exterior, igual a la temperatura media de los cinco días más fríos con una seguridad de 0,92.

Al determinar la resistencia requerida a la transferencia de calor de las estructuras de cerramiento internas en la fórmula (1), debe tomarse en lugar de tn- la temperatura calculada del aire de la habitación más fría.

26. Cálculo de ingeniería térmica espesor requerido material de cercado basado en las condiciones para lograr la resistencia requerida a la transferencia de calor.

27. Humedad del material. Razones para mojar la estructura.

Humedad -cantidad física igual a la cantidad de agua contenida en los poros del material.

Sucede por peso y volumen.

1) Humedad del edificio.(durante la construcción del edificio). Depende del método de diseño y construcción. sólido Enladrillado peor que los bloques de cerámica. La madera más favorable (paredes prefabricadas). p/p no siempre. Debe desaparecer en 2 = -3 años de funcionamiento Medidas: secado de las paredes

humedad del suelo. (succión capilar). Alcanza la cota de 2-2,5 m de capas impermeabilizantes, con dispositivo correcto no afecta.

2) Humedad del suelo, penetra en la cerca desde el suelo debido a la succión capilar

3) Humedad atmosférica. (lluvia inclinada, nieve). Especialmente importante para cubiertas y cornisas .. macizas paredes de ladrillo no requieren protección si el empalme se hace correctamente hormigón armado, paneles de hormigón liviano, atención a las juntas y bloques de ventanas, una capa texturizada de materiales impermeables. Protección = muro protector en la pendiente

4) Humedad de funcionamiento. (en talleres edificios industriales, principalmente en los pisos y partes bajas de las paredes) solución: pisos impermeables, sistema de drenaje, revestimiento cerámico de la parte inferior, yeso impermeable. Protection=revestimiento protector con ext. lados

5)Humedad higroscópica. Debido a la mayor higroscopicidad de los materiales (propiedad de absorber el vapor de agua del aire húmedo)

6) Condensación de humedad del aire: a) en la superficie de la valla b) en el espesor de la valla

28. Influencia de la humedad en las propiedades de las estructuras

1) Con un aumento de la humedad, aumenta la conductividad térmica de la estructura.

2) Deformaciones por humedad. La humedad es mucho peor que la expansión térmica. Descamación del yeso debido a la humedad acumulada debajo de él, luego la humedad se congela, se expande en volumen y arranca el yeso. Los materiales no resistentes a la humedad se deforman cuando se mojan. Por ejemplo, el yeso se vuelve rastrero con el aumento de la humedad, la hinchazón de la madera contrachapada, la delaminación.

3) Disminución de la durabilidad - número de años de operación sin fallas de la estructura

4) Daños biológicos (hongos, moho) por rocío

5) Pérdida de apariencia estética

Por lo tanto, al elegir los materiales, se tiene en cuenta su régimen de humedad y se seleccionan los materiales con el contenido de humedad más bajo. Además, el exceso de humedad en la habitación puede provocar la propagación de enfermedades e infecciones.

Desde un punto de vista técnico, conduce a una pérdida de durabilidad y estructura y de sus propiedades resistentes a las heladas. Algunos materiales a alta humedad pierden resistencia mecánica, cambian de forma. Por ejemplo, el yeso se vuelve rastrero con el aumento de la humedad, la hinchazón de la madera contrachapada, la delaminación. Corrosión de metales. deterioro de la apariencia.

29. Se acumula la sorción de vapor de agua. mater Mecanismos de sorción. Histéresis de sorción.

Sorción- el proceso de absorción de vapor de agua, que conduce a un estado de equilibrio de humedad del material con el aire. 2 fenómenos. 1. Absorción como resultado de la colisión de una molécula de vapor con la superficie de los poros y adherirse a esta superficie (adsorción)2. Disolución directa de la humedad en el volumen del cuerpo (absorción). La humedad aumenta con el aumento de la elasticidad relativa y la disminución de la temperatura. "desorción" si una muestra húmeda se coloca en desecadores (solución de ácido sulfúrico), entonces desprende humedad.

Mecanismos de sorción:

1. adsorción

2. Condensación capilar

3. Relleno volumétrico de microporos.

4. Llenar el espacio entre capas

1 etapa La adsorción es un fenómeno en el que la superficie de los poros se cubre con una o más capas de moléculas de agua (en mesoporos y macroporos).

2 etapa. Adsorción polimolecular: se forma una capa adsorbida multicapa.

3 etapa. condensación capilar.

PORQUE. Presión vapor saturado sobre una superficie cóncava es menor que sobre una superficie líquida plana. En los capilares de radio pequeño, la humedad forma minisci cóncavos, por lo que es posible la condensación capilar. Si D>2*10 -5 cm, entonces no habrá condensación capilar.

Desorción - proceso de secado natural.

Histéresis ("diferencia") de sorción consiste en la diferencia entre la isoterma de sorción obtenida cuando el material se humedece y la isoterma de desorción obtenida del material seco. muestra el % de diferencia entre el peso de sorción de humedad y el peso de desorción de humedad (desorción 4,3 %, sorción 2,1 %, histéresis 2,2 %) cuando la isoterma de sorción está humidificada. Cuando se seca, desorción.

30. Mecanismos de transferencia de humedad en materiales de estructuras de edificación. Permeabilidad al vapor, absorción capilar de agua.

1. En invierno, debido a la diferencia de temperatura y a diferentes presiones parciales, una corriente de vapor de agua atraviesa la valla (desde la superficie interior hacia la exterior) - difusión del vapor de agua. En verano es al revés.

2. Transporte convectivo de vapor de agua(con flujo de aire)

3. Transferencia de agua capilar(fuga) a través de materiales porosos.

4. Fuga de agua gravitacional a través de grietas, agujeros, macroporos.

Permeabilidad al vapor - la propiedad de un material o estructura hecha de ellos para pasar vapor de agua a través de sí mismo.

coeficiente de permeabilidad- Físico. el valor es numéricamente igual al número de vapor que ha pasado a través de la placa en una unidad de área, en una unidad de caída de presión, en una unidad de espesor de la placa, en una unidad de tiempo en una caída de presión parcial en los lados de la placa e 1 Pa. Temperaturas, mu disminuye, con el aumento de la humedad, mu aumenta.

Resistencia al vapor: R=espesor/mu

Mu - coeficiente de permeabilidad al vapor (determinado según ingeniería térmica SNIP 2379)

Absorción capilar de agua por materiales de construcción - proporciona una transferencia constante de humedad líquida a través de materiales porosos desde una región de alta concentración a una región de baja concentración.

Cuanto más delgados son los capilares, mayor es la fuerza de succión capilar, pero en general la tasa de transferencia disminuye.

El transporte capilar se puede reducir o eliminar proporcionando una barrera adecuada (pequeño espacio de aire o capa capilar inactiva (no porosa)).

31. Ley de Fick. Coeficiente de permeabilidad al vapor

P(cantidad de vapor, g) \u003d (ev-en) F * z * (mu / espesor),

Mu- coeficiente. permeabilidad al vapor (determinada según ingeniería térmica SNIP 2379)

Físico el valor es numéricamente igual a la cantidad de vapor que ha pasado a través de la placa en una unidad de área, en una unidad de caída de presión, en una unidad de espesor de placa, en una unidad de tiempo en una caída de presión parcial en los lados de la placa e 1 Pa. [mg / (m 2 * Pa)], el mu más pequeño tiene material para techos 0.00018, el algodón mínimo más grande = 0.065g / m * h * mm Hg, ventana de vidrio y los metales son herméticos al vapor, el aire es la mayor permeabilidad al vapor. al disminuir Temperaturas, mu disminuye, con el aumento de la humedad, mu aumenta. Depende de las propiedades físicas del material y refleja su capacidad para conducir el vapor de agua que se difunde a través de él. Los materiales anisotrópicos tienen diferentes mu (para la madera, a lo largo de las fibras = 0,32, a lo ancho = 0,6).

Resistencia equivalente a la permeabilidad al vapor de la valla con una disposición secuencial de capas. Ley de Fick.

Q \u003d (e 1 -e 2) / R n qR n1n =(e n1n-1 -e 2)

32 Cálculo de la distribución de presión parcial de vapor de agua sobre el espesor de la estructura.

Prueba

sobre física térmica No. 11

Resistencia térmica del entrehierro

1. Demuestre que la línea de disminución de temperatura en el espesor de la cerca multicapa en las coordenadas "temperatura - resistencia térmica" es una línea recta

2. Qué determina la resistencia térmica del entrehierro y por qué

3. Causas que provocan la aparición de una diferencia de presión en uno y otro lado de la valla

protector de capa intermedia de aire de resistencia a la temperatura

1. Demuestre que la línea de disminución de temperatura en el espesor de la cerca multicapa en las coordenadas "temperatura - resistencia térmica" es una línea recta

Usando la ecuación de resistencia a la transferencia de calor de la cerca, puede determinar el grosor de una de sus capas (la mayoría de las veces, aislamiento, el material con la conductividad térmica más baja), en la que la cerca tendrá un valor dado (requerido) de transferencia de calor resistencia. Luego, la resistencia de aislamiento requerida se puede calcular como, donde es la suma de las resistencias térmicas de las capas con espesores conocidos, y grosor mínimo calentador - entonces:. Para cálculos posteriores, el espesor del aislamiento debe redondearse a un múltiplo de los valores unificados (de fábrica) del espesor de un material en particular. Por ejemplo, el espesor de un ladrillo es un múltiplo de la mitad de su longitud (60 mm), el espesor de las capas de hormigón es un múltiplo de 50 mm y el espesor de las capas de otros materiales es un múltiplo de 20 o 50 mm, según en el paso con el que se fabrican en las fábricas. A la hora de realizar los cálculos, es conveniente utilizar resistencias debido a que la distribución de temperatura sobre las resistencias será lineal, por lo que es conveniente realizar los cálculos de forma gráfica. En este caso, el ángulo de inclinación de la isoterma al horizonte en cada capa es el mismo y depende solo de la relación de la diferencia entre las temperaturas calculadas y la resistencia a la transferencia de calor de la estructura. Y la tangente del ángulo de inclinación no es más que la densidad del flujo de calor que atraviesa esta valla: .

En condiciones estacionarias, la densidad de flujo de calor es constante en el tiempo y, por lo tanto, donde R X- la resistencia de una parte de la estructura, incluida la resistencia a la transferencia de calor de la superficie interior y la resistencia térmica de las capas de la estructura desde la capa interior hasta el plano en el que se busca la temperatura.

Luego. Por ejemplo, la temperatura entre la segunda y la tercera capa de la estructura se puede encontrar de la siguiente manera: .

Las resistencias reducidas a la transferencia de calor de estructuras de cerramiento no homogéneas o sus secciones (fragmentos) deben determinarse a partir del libro de referencia, las resistencias reducidas de estructuras de cerramiento planas con inclusiones conductoras de calor también deben determinarse a partir del libro de referencia.

2. Qué determina la resistencia térmica del entrehierro y por qué

Además de la transferencia de calor por conducción térmica y convección en el entrehierro, también existe radiación directa entre las superficies que limitan el entrehierro.

Ecuación de transferencia de calor por radiación: , donde B yo - coeficiente de transferencia de calor por radiación, que depende en mayor medida de los materiales de las superficies interlaminares (cuanto menores sean los coeficientes de radiación de los materiales, menor y B k) y la temperatura promedio del aire en la capa intermedia (al aumentar la temperatura, aumenta el coeficiente de transferencia de calor por radiación).

Entonces, dónde yo eq - coeficiente equivalente de conductividad térmica de la capa de aire. Conocimiento yo eq, es posible determinar la resistencia térmica del entrehierro. Sin embargo, la resistencia R vp también se puede determinar a partir del libro de referencia. Dependen del espesor de la capa de aire, la temperatura del aire en ella (positiva o negativa) y el tipo de capa (vertical u horizontal). La cantidad de calor transferido por conducción térmica, convección y radiación a través de espacios de aire verticales se puede juzgar a partir de la siguiente tabla.

Espesor de capa, mm	Densidad de flujo de calor, W / m 2	Cantidad de calor transferido en %	Coeficiente equivalente de conductividad térmica, m o C / W	Resistencia térmica de la capa intermedia, W / m 2o C
		conductividad térmica	convección	radiación




Nota: los valores dados en la tabla corresponden a la temperatura del aire en la capa intermedia igual a 0 o C, la diferencia de temperatura en sus superficies 5 o C y la emisividad de las superficies C = 4,4.

Así, a la hora de diseñar barreras exteriores con entrehierros se debe tener en cuenta lo siguiente:

1) un aumento en el grosor del espacio de aire tiene poco efecto en la reducción de la cantidad de calor que pasa a través de él, y las capas delgadas (3-5 cm) son térmicamente eficientes;

2) es más racional hacer varias capas de pequeño espesor en la cerca que una sola capa de gran espesor;

3) es conveniente rellenar capas gruesas con materiales de baja conductividad térmica para aumentar la resistencia térmica de la cerca;

4) la capa de aire debe estar cerrada y no comunicarse con el aire exterior, es decir, las capas verticales deben estar bloqueadas por diafragmas horizontales al nivel de los techos entre pisos (el bloqueo más frecuente de las capas en altura no tiene importancia práctica). Si es necesario instalar capas ventiladas con aire exterior, están sujetas a un cálculo especial;

5) debido al hecho de que la mayor parte del calor que pasa a través del entrehierro se transmite por radiación, es deseable colocar las capas más cerca de fuera de vallas, que aumentan su resistencia térmica;

6) además, se recomienda cubrir la superficie más cálida de la capa intermedia con un material de baja emisividad (por ejemplo, papel de aluminio), que reduce significativamente el flujo radiante. Cubrir ambas superficies con dicho material prácticamente no reduce la transferencia de calor.

3. Causas que provocan la aparición de una diferencia de presión en uno y otro lado de la valla

En invierno, el aire de las habitaciones climatizadas tiene una temperatura más alta que el aire exterior y, por tanto, el aire exterior tiene un peso volumétrico (densidad) superior al del aire interior. esta diferencia escalas volumétricas aire y crea una diferencia en su presión en ambos lados de la valla (presión térmica). El aire entra en la habitación por la parte inferior de sus paredes exteriores y sale por la parte superior. En el caso de estanqueidad al aire de las vallas superior e inferior y con aberturas cerradas, la diferencia de presión de aire alcanza valores máximos cerca del piso y debajo del techo, y en el medio de la altura de la habitación es cero (zona neutral).

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ENTREHIERRO, uno de los tipos de capas aislantes que reducen la conductividad térmica del medio. Recientemente, la importancia de la capa de aire ha aumentado especialmente en relación con el uso en el negocio de la construcción. materiales huecos. En un medio separado por un espacio de aire, el calor se transfiere: 1) por radiación de superficies adyacentes al espacio de aire y por transferencia de calor entre la superficie y el aire, y 2) por transferencia de calor por aire, si está en movimiento, o por transferencia de calor de una partícula de aire a otra debido a la conducción de calor, si está inmóvil, y los experimentos de Nusselt prueban que las capas más delgadas, en las que el aire puede considerarse casi inmóvil, tienen un coeficiente de conductividad térmica k más bajo que las capas más gruesas, pero con corrientes de convección surgiendo en ellos. Nusselt da la siguiente expresión para determinar la cantidad de calor transferido por hora por el entrehierro:

donde F es una de las superficies que limitan el entrehierro; λ 0 - coeficiente condicional, cuyos valores numéricos, según el ancho del entrehierro (e), expresado en m, se dan en la placa adjunta:

s 1 y s 2 - coeficientes de radiación de ambas superficies del entrehierro; s es el coeficiente de radiación de un cuerpo completamente negro, igual a 4,61; θ 1 y θ 2 son las temperaturas de las superficies que limitan el entrehierro. Al sustituir los valores apropiados en la fórmula, es posible obtener los valores para los cálculos de k (coeficiente de conductividad térmica) y 1 / k (capacidad de aislamiento) de capas de aire de varios espesores. SL Prokhorov compiló, de acuerdo con los datos de Nusselt, diagramas (ver Fig.) que muestran el cambio en los valores de k y 1/k de las capas de aire según su espesor, y el área más ventajosa es el área de 15 a 45 mm .

Los espacios de aire más pequeños son prácticamente difíciles de implementar, y los grandes ya dan un coeficiente de conductividad térmica significativo (alrededor de 0,07). La siguiente tabla da los valores k y 1/k para varios materiales, y se dan varios valores de estas cantidades para el aire dependiendo del espesor de la capa.

Que. se puede ver que a menudo es más ventajoso hacer varias capas de aire más delgadas que usar una u otra capa aislante. Un entrehierro de hasta 15 mm de espesor puede considerarse un aislante con una capa de aire fija, con un espesor de 15-45 mm - con una casi fija, y, por último, los entrehierros de más de 45-50 mm de espesor deben reconocerse como capas con corrientes de convección que surgen en ellas y, por lo tanto, sujetas a cálculo de forma general.

Transferencia de calor y humedad a través de vallas exteriores

Fundamentos de la transferencia de calor en un edificio.

El movimiento de calor siempre ocurre de un ambiente más cálido a uno más frío. El proceso de transferencia de calor de un punto del espacio a otro debido a la diferencia de temperatura se llama transferencia de calor y es colectiva, ya que incluye tres tipos elementales de transferencia de calor: conducción térmica (conducción), convección y radiación. De este modo, potencial la transferencia de calor es diferencia de temperatura.

Conductividad térmica

Conductividad térmica- un tipo de transferencia de calor entre partículas fijas de una sustancia sólida, líquida o gaseosa. Así, la conductividad térmica es el intercambio de calor entre partículas o elementos de la estructura del entorno material que están en contacto directo entre sí. Al estudiar la conductividad térmica, una sustancia se considera como una masa continua, se ignora su estructura molecular. En su forma pura, la conductividad térmica ocurre solo en sólidos, ya que en medios líquidos y gaseosos es prácticamente imposible garantizar la inmovilidad de una sustancia.

La mayoría de los materiales de construcción son cuerpos porosos. Los poros contienen aire que tiene la capacidad de moverse, es decir, de transferir calor por convección. Se cree que el componente convectivo de la conductividad térmica de los materiales de construcción puede despreciarse debido a su pequeñez. El intercambio de calor radiante ocurre dentro del poro entre las superficies de sus paredes. La transferencia de calor por radiación en los poros de los materiales está determinada principalmente por el tamaño de los poros, ya que cuanto más grande es el poro, mayor es la diferencia de temperatura en sus paredes. Al considerar la conductividad térmica, las características de este proceso están relacionadas con la masa total de la sustancia: el esqueleto y los poros juntos.

La envolvente del edificio suele ser paredes plano-paralelas, transferencia de calor en la que se lleva a cabo en una dirección. Además, normalmente cuando cálculos termotécnicos estructuras de cerramiento externo, se supone que la transferencia de calor ocurre cuando condiciones térmicas estacionarias, es decir, con la constancia en el tiempo de todas las características del proceso: flujo de calor, temperatura en cada punto, características termofísicas de los materiales de construcción. Por lo tanto, es importante considerar el proceso de conducción de calor estacionario unidimensional en un material homogéneo, que se describe mediante la ecuación de Fourier:

donde q T - densidad de flujo de calor superficial que pasa por un plano perpendicular a flujo de calor, W/m2;

λ - conductividad térmica del material, W/m. sobre C;

t- cambio de temperatura a lo largo del eje x, °C;

Actitud, se llama gradiente de temperatura, sobre S/m, y se denota graduado t. El gradiente de temperatura está dirigido hacia un aumento de la temperatura, que está asociado con la absorción de calor y una disminución en el flujo de calor. El signo menos en el lado derecho de la ecuación (2.1) muestra que el aumento del flujo de calor no coincide con el aumento de la temperatura.

La conductividad térmica λ es una de las principales características térmicas de un material. Como se desprende de la ecuación (2.1), la conductividad térmica de un material es una medida de la conducción de calor por un material, numéricamente igual al flujo de calor que pasa a través de 1 m 2 de un área perpendicular a la dirección del flujo, con un gradiente de temperatura a lo largo del caudal igual a 1 o C/m (Fig. 1). Cómo mas valorλ, cuanto más intenso es el proceso de conductividad térmica en dicho material, mayor es el flujo de calor. Por tanto, se consideran materiales termoaislantes aquellos materiales con una conductividad térmica inferior a 0,3 W/m. sobre s

isotermas; - ------ - líneas de corriente de calor.

Cambio en la conductividad térmica de los materiales de construcción con un cambio en su densidad se debe al hecho de que casi cualquier Material de construcción consiste en esqueleto- el material de construcción principal y el aire. K. F. Por ejemplo, Fokin cita los siguientes datos: la conductividad térmica de una sustancia absolutamente densa (sin poros), dependiendo de la naturaleza, tiene una conductividad térmica de 0,1 W/mo C (para plástico) a 14 W/mo C (para cristalino). sustancias con un flujo de calor a lo largo de la superficie cristalina), mientras que el aire tiene una conductividad térmica de aproximadamente 0,026 W/m o C. Cuanto mayor sea la densidad del material (menos porosidad), mayor será el valor de su conductividad térmica. Está claro que los materiales ligeros de aislamiento térmico tienen una densidad relativamente baja.

Las diferencias en la porosidad y la conductividad térmica del esqueleto conducen a diferencias en la conductividad térmica de los materiales, incluso a la misma densidad. Por ejemplo, los siguientes materiales (Tabla 1) a la misma densidad, ρ 0 \u003d 1800 kg / m 3, tienen diferentes valores de conductividad térmica:

Tabla 1.

La conductividad térmica de los materiales con la misma densidad es de 1800 kg/m 3 .

Con una disminución en la densidad del material, su conductividad térmica l disminuye, ya que la influencia del componente conductivo de la conductividad térmica del esqueleto del material disminuye, pero, sin embargo, aumenta la influencia del componente de radiación. Por lo tanto, una disminución de la densidad por debajo de cierto valor conduce a un aumento de la conductividad térmica. Es decir, existe un cierto valor de densidad en el que la conductividad térmica tiene un valor mínimo. Se estima que a 20°C en poros de 1 mm de diámetro, la conductividad térmica por radiación es de 0,0007 W/(m°C), con diámetro de 2 mm - 0,0014 W/(m°C), etc. Por lo tanto, la conductividad térmica por radiación se vuelve significativa en materiales de aislamiento térmico con baja densidad y gran tamaño de poro.

La conductividad térmica de un material aumenta con el aumento de la temperatura a la que se produce la transferencia de calor. Un aumento en la conductividad térmica de los materiales se explica por un aumento en la energía cinética de las moléculas del esqueleto de una sustancia. La conductividad térmica del aire en los poros del material también aumenta y la intensidad de la transferencia de calor en ellos por radiación. En la práctica de la construcción, la dependencia de la conductividad térmica de la temperatura. de gran importancia no tiene que volver a calcular los valores de conductividad térmica de los materiales obtenidos a temperaturas de hasta 100 ° C, a sus valores a 0 ° C, la fórmula empírica O.E. Vlasov:

λ o = λ t / (1+β . t), (2.2)

donde λ o es la conductividad térmica del material a 0 o C;

λ t - conductividad térmica del material en t sobre C;

β - coeficiente de temperatura de cambio en la conductividad térmica, 1/ o C, para varios materiales, igual a aproximadamente 0,0025 1/ o C;

t es la temperatura del material a la que su conductividad térmica es igual a λ t .

Para una pared homogénea plana de espesor δ (Fig. 2), el flujo de calor transferido por conductividad térmica a través de una pared homogénea se puede expresar mediante la ecuación:

donde τ 1 , τ 2- valores de temperatura en las superficies de las paredes, o C.

De la expresión (2.3) se deduce que la distribución de temperatura sobre el espesor de la pared es lineal. El valor δ/λ se denomina resistencia térmica de la capa de material y marcado RT, m 2. sobre C / W:

Figura 2. Distribución de temperatura en una pared homogénea plana

Por lo tanto, el flujo de calor q T, W / m 2, a través de una pared homogénea plano-paralela con un espesor δ , m, de un material con conductividad térmica λ, W/m. sobre C, se puede escribir en la forma

La resistencia térmica de la capa es la resistencia de conductividad térmica, igual a la diferencia de temperatura en las superficies opuestas de la capa cuando un flujo de calor la atraviesa con una densidad superficial de 1 W/m 2 .

La transferencia de calor por conductividad térmica tiene lugar en las capas de material de la envolvente del edificio.

Convección

Convección- transferencia de calor por partículas de materia en movimiento. La convección tiene lugar solo en sustancias líquidas y gaseosas, así como entre un medio líquido o gaseoso y la superficie de un cuerpo sólido. En este caso, hay una transferencia de calor y conductividad térmica. El efecto combinado de la convección y la conducción de calor en la región límite cerca de la superficie se denomina transferencia de calor por convección.

La convección tiene lugar en las superficies exterior e interior de las vallas del edificio. La convección juega un papel importante en el intercambio de calor de las superficies internas de la habitación. A diferentes temperaturas de la superficie y del aire adyacente a ella, el calor se transfiere a una temperatura más baja. El flujo de calor transmitido por convección depende del modo de movimiento del líquido o gas que lava la superficie, de la temperatura, densidad y viscosidad del medio en movimiento, de la rugosidad de la superficie, de la diferencia entre las temperaturas de la superficie y del entorno. medio.

El proceso de intercambio de calor entre la superficie y el gas (o líquido) procede de manera diferente dependiendo de la naturaleza del movimiento del gas. Distinguir Convección natural y forzada. En el primer caso, el movimiento del gas se produce debido a la diferencia de temperatura entre la superficie y el gas, en el segundo, debido a fuerzas externas a este proceso (funcionamiento del ventilador, viento).

La convección forzada en el caso general puede ir acompañada del proceso de convección natural, pero dado que la intensidad de la convección forzada excede notablemente la intensidad de la convección natural, cuando se considera la convección forzada, la convección natural a menudo se desprecia.

En el futuro, solo se considerarán los procesos estacionarios de transferencia de calor por convección, asumiendo que la velocidad y la temperatura son constantes en el tiempo en cualquier punto del aire. Pero como la temperatura de los elementos de la habitación cambia con bastante lentitud, las dependencias obtenidas para las condiciones estacionarias se pueden extender al proceso condiciones térmicas no estacionarias de la habitación, en el que en cada momento considerado el proceso de transferencia de calor por convección en las superficies internas de las cercas se considera estacionario. Las dependencias obtenidas para condiciones estacionarias también se pueden extender al caso de un cambio repentino en la naturaleza de la convección de natural a forzada, por ejemplo, cuando se utiliza un dispositivo de recirculación para calentar una habitación (fancoil o sistema split en modo bomba de calor). encendido en una habitación. En primer lugar, el nuevo régimen de movimiento de aire se establece rápidamente y, en segundo lugar, la precisión requerida de la evaluación de ingeniería del proceso de transferencia de calor es menor que las posibles imprecisiones de la falta de corrección del flujo de calor durante el estado de transición.

Para la práctica de ingeniería de los cálculos de calefacción y ventilación, es importante la transferencia de calor por convección entre la superficie de la envolvente o tubería del edificio y el aire (o líquido). En cálculos prácticos, para estimar el flujo de calor convectivo (Fig. 3), se utilizan las ecuaciones de Newton:

, (2.6)

donde q a- flujo de calor, W, transferido por convección desde el medio en movimiento a la superficie o viceversa;

ejército de reserva- temperatura del aire que lava la superficie de la pared, o C;

τ - temperatura de la superficie de la pared, o C;

α a- coeficiente de transferencia de calor por convección en la superficie de la pared, W / m 2. o C.

Fig.3 Intercambio de calor por convección de la pared con el aire

coeficiente de transferencia de calor por convección, un a- una cantidad física numéricamente igual a la cantidad de calor transferido del aire a la superficie de un cuerpo sólido por transferencia de calor por convección a una diferencia entre la temperatura del aire y la temperatura de la superficie del cuerpo igual a 1 o C.

Con este enfoque, toda la complejidad del proceso físico de transferencia de calor por convección radica en el coeficiente de transferencia de calor, un a. Naturalmente, el valor de este coeficiente es una función de muchos argumentos. Para uso práctico se aceptan valores muy aproximados un a.

La ecuación (2.5) se puede reescribir convenientemente como:

donde R a - resistencia a la transferencia de calor por convección en la superficie de la estructura de cerramiento, m 2. o C / W, igual a la diferencia de temperatura en la superficie de la cerca y la temperatura del aire durante el paso de un flujo de calor con una densidad superficial de 1 W / m 2 desde el superficie al aire o viceversa. Resistencia R a es el recíproco del coeficiente de transferencia de calor por convección un a:

Radiación

La radiación (transferencia de calor radiante) es la transferencia de calor de la superficie a la superficie a través de un medio radiante mediante ondas electromagnéticas que se transforman en calor (Fig. 4).

Figura 4. Transferencia de calor radiante entre dos superficies.

Cualquier cuerpo físico que tenga una temperatura diferente de cero absoluto irradia energía al espacio circundante en forma de ondas electromagnéticas. Propiedades radiación electromagnética caracterizado por la longitud de onda. La radiación que se percibe como térmica y tiene longitudes de onda en el rango de 0,76 a 50 micrones se llama infrarrojo.

Por ejemplo, el intercambio de calor radiante ocurre entre las superficies que dan a la habitación, entre las superficies exteriores de varios edificios, las superficies de la tierra y el cielo. Transferencia de calor radiante entre superficies internas vallado de la habitación y la superficie calentador. En todos estos casos, el medio radiante que transmite las ondas térmicas es el aire.

En la práctica de calcular el flujo de calor en la transferencia de calor radiante, se utiliza una fórmula simplificada. La intensidad de la transferencia de calor por radiación q l, W / m 2, está determinada por la diferencia de temperatura de las superficies involucradas en la transferencia de calor radiante:

, (2.9)

donde τ 1 y τ 2 son los valores de temperatura de las superficies que intercambian calor radiante, o C;

α l - coeficiente de transferencia de calor radiante en la superficie de la pared, W / m 2. o C.

Coeficiente de transferencia de calor por radiación, un l- una cantidad física numéricamente igual a la cantidad de calor transferido de una superficie a otra por radiación a una diferencia entre las temperaturas de la superficie igual a 1 o C.

Introducimos el concepto resistencia a la transferencia de calor radiante R l en la superficie de la envolvente del edificio, m 2. o C / W, igual a la diferencia de temperatura en las superficies de las cercas que intercambian calor radiante, al pasar de la superficie a la superficie de un flujo de calor con una densidad superficial de 1 W / m 2

Entonces la ecuación (2.8) se puede reescribir como:

Resistencia Rl es el recíproco del coeficiente de transferencia de calor radiante un l:

Resistencia térmica del entrehierro

El esquema de transferencia de calor a través del espacio de aire se muestra en la Fig.5.

Figura 5. Transferencia de calor en el entrehierro

Flujo de calor que pasa a través del entrehierro q c. PAGS, W/m 2 , consta de caudales transmitidos por conductividad térmica (2) qt, W/m 2 , convección (1) q a, W/m 2 , y radiación (3) q l, W/m 2 .

q c. p \u003d q t + q k + q l . (2.12)

En este caso, la parte del flujo transmitido por radiación es la más grande. Consideremos una capa de aire vertical cerrada, en cuyas superficies la diferencia de temperatura es de 5 ° C. Con un aumento en el espesor de la capa de 10 mm a 200 mm, la proporción de flujo de calor debido a la radiación aumenta del 60%. al 80%. En este caso, la parte del calor transferido por conductividad térmica cae del 38 % al 2 %, y la parte del flujo de calor por convección aumenta del 2 % al 20 %.

El cálculo directo de estos componentes es bastante engorroso. Por lo tanto, los documentos reglamentarios proporcionan datos sobre la resistencia térmica de los espacios de aire cerrados, que fueron compilados por K.F. Fokin basado en los resultados de los experimentos de M.A. Mijeev. Si hay una lámina de aluminio que refleja el calor en una o ambas superficies del entrehierro, lo que dificulta la transferencia de calor radiante entre las superficies que enmarcan el entrehierro, la resistencia térmica debe duplicarse. Para aumentar la resistencia térmica por espacios de aire cerrados, se recomienda tener en cuenta las siguientes conclusiones de los estudios:

1) térmicamente eficientes son capas intermedias de pequeño espesor;

2) es más racional hacer varias capas de pequeño espesor en la cerca que una grande;

3) es deseable colocar espacios de aire más cerca de la superficie exterior de la cerca, ya que en este caso el flujo de calor por radiación disminuye en invierno;

4) las capas verticales en las paredes exteriores deben estar bloqueadas por diafragmas horizontales al nivel de los techos entre pisos;

5) para reducir el flujo de calor transmitido por radiación, una de las superficies de la capa intermedia se puede cubrir con papel de aluminio que tiene una emisividad de aproximadamente ε=0,05. Cubrir ambas superficies del espacio de aire con papel aluminio no reduce significativamente la transferencia de calor en comparación con cubrir una sola superficie.

Preguntas para el autocontrol.

1. ¿Cuál es el potencial de transferencia de calor?

2. Enumere los tipos elementales de transferencia de calor.

3. ¿Qué es la transferencia de calor?

4. ¿Qué es la conductividad térmica?

5. ¿Cuál es la conductividad térmica del material?

6. Escriba la fórmula para el flujo de calor transferido por conductividad térmica en una pared multicapa a temperaturas conocidas de las superficies interior t in y exterior t n.

7. ¿Qué es la resistencia térmica?

8. ¿Qué es la convección?

9. Escribe la fórmula del flujo de calor transferido por convección desde el aire a la superficie.

10. Significado físico del coeficiente de transferencia de calor por convección.

11. ¿Qué es la radiación?

12. Escribe la fórmula del flujo de calor transmitido por radiación de una superficie a otra.

13. Significado físico del coeficiente de transferencia de calor radiante.

14. ¿Cuál es el nombre de la resistencia a la transferencia de calor de un espacio de aire cerrado en la envolvente del edificio?

15. ¿De qué naturaleza el flujo de calor total a través del entrehierro consiste en flujos de calor?

16. ¿Qué naturaleza del flujo de calor prevalece en el flujo de calor a través del entrehierro?

17. ¿Cómo afecta el espesor del entrehierro a la distribución de flujos en él?

18. ¿Cómo reducir el flujo de calor a través del entrehierro?