Коэффициент теплопроводности рубероида: Теплопроводность рубероида. Теплопроводность строительных материалов

Коэффициент теплопроводности материалов таблица, формулы

Термин «теплопроводность» применяется к свойствам материалов пропускать тепловую энергию от горячих участков к холодным. Теплопроводность основана на движении частиц внутри веществ и материалов. Способность передавать энергию тепла в количественном измерении – это коэффициент теплопроводности. Круговорот тепловой энергопередачи, или тепловой обмен, может проходить в любых веществах с неравнозначным размещением разных температурных участков, но коэффициент теплопроводности зависим от давления и температуры в самом материале, а также от его состояния – газообразного, жидкого или твердого. Эквивалентная теплопроводимость строительных материалов и утеплителей

 

Физически теплопроводность материалов равняется количеству тепла, которое перетекает через однородный предмет установленных габаритов и площади за определенный временной отрезок при установленной температурной разнице (1 К). В системе СИ единичный показатель, который имеет коэффициент теплопроводности, принято измерять в Вт/(м•К).

Как рассчитать теплопроводность по закону Фурье

В заданном тепловом режиме плотность потока при передаче тепла прямо пропорциональна вектору максимального увеличения температуры, параметры которой изменяются от одного участка к другим, и по модулю с одинаковой скоростью увеличения температуры по направлению вектора:

q = − ϰ х grad х (T), где:

  • q – направление плотности предмета, передающего тепло, или объем теплового потока, который протекает по участку за заданную временную единицу через определенную площадь, перпендикулярный всем осям;
  • ϰ – удельный коэффициент теплопроводности материала;
  • T – температура материала.
Перенос тепла в неравновесной термодинамической системе

 

Знак «-» в формуле перед «ϰ» указывает, что тепло движется в противоположном направлении от вектора grad х (T)/ – в направлении уменьшения температуры предмета. Эта формула отражает закон Фурье. В интегральном выражении коэффициент теплопередачи согласно закону Фурье будет выглядеть как формула:

  • P = − ϰ х S х ΔT / l, выражается в (Вт/(м•К) х (м2•К) / м = Вт/(м•К) х (м•К) = Вт), где:
  • P ­– общая мощность потерь теплоотдачи;
  • S – сечение предмета;
  • ΔT – разница температуры по стыкам сторон предмета;
  • l – расстояние между стыками сторон предмета – длина фигуры.
Связь коэффициента теплопроводимости с электропроводностью материалов

 

Электропроводность и коэффициент теплопередачи

Собственно, коэффициент теплопроводности металлов «ϰ» связан с их удельной электропроводимостью «σ» согласно закону Видемана-Франца, в соответствии с которым коэффициент теплопроводности металлов зависит от удельной электропроводимости прямо пропорционально температуре:

Κ / σ = π2 / 3 х (К / e)2 х T, где:

  • К – постоянный коэффициент Больцмана, устанавливающий закономерность между тепловой энергией тела и его температурой;
  • e – заряд электрона;
  • T – термодинамическая температура предмета.

Коэффициент теплопроводности газовой среды

В газовой среде коэффициент теплопроводности воздуха может рассчитываться по приблизительной формуле:

ϰ ~ 1/3 х p х cv х Λλ х v, где:

  • pv – плотность газовой среды;
  • cv – удельная емкость тепловой энергии при одном и том же объеме тела;
  • Λλ – расстояние свободного перемещения молекул в газовой среде;
  • v – скорость передачи тепла.
Что такое теплопроводимость

 

Или:

ϰ = I x К / 3 x π3/3 x d2 √ RT / μ, где:

  • i – результат суммирования уровней свободы прямого движения и вращения молекул в газовой среде (для 2-атомных газов i=5, для 1-атомных i=3;
  • К – коэффициент Больцмана;
  • μ – отношение массы газа к количеству молей газа;
  • T – термодинамическая температура;
  • d – ⌀ молекул газа;
  • R – универсальный коэффициент для газовой среды.

Согласно формуле минимальная теплопроводность материалов существует у тяжелых инертных газов, максимально эффективная теплопроводность строительных материалов – у легких.

Теплопроводимость в газовой разреженной среде

Газовая среда и теплопроводность

 

Результат по выкладкам выше, по которым делают расчет теплопроводности для газовой среды, от давления не зависит. Но в очень разреженной газовой среде расстояние свободного перемещения молекул зависит не от столкновений частиц, а от препятствий в виде стен резервуара. При этом ограничение перемещения молекул в соответствующих единицах измерения называют высоковакуумной средой, при которой степень теплообмена уменьшается в зависимости от плотности материала и прямо пропорциональна значению давления в резервуаре:

ϰ ~ 1/3 х p х cv х l х v, где:

i – объем резервуара;

Р – уровень давления в резервуаре.

Согласно этой формуле теплопроводность в вакуумной среде стремится к нулевой отметке при глубоком вакууме. Это объясняется тем, что в вакууме частицы, которые передают тепловую энергию, имеют низкую плотность на единицу площади. Но тепловая энергия в вакуумной среде перетекает посредством излучения. В качестве примера можно привести обычный термос, в котором для уменьшения потерь тепловой энергии стенки должны быть двойными и посеребренными, без воздуха между ними.

Что такое тепловое излучение

 

При применении закона Фурье не принимают во внимание инерционность перетекания тепловой энергии, а это значит, что имеется в виду мгновенная передача тепла из любой точки на любое расстояние. Поэтому формулу нельзя использовать для расчетов передачи тепла при протекании процессов, имеющих высокую частоту повторения. Это ультразвуковое излучение, передача тепловой энергии волнами ударного или импульсного типа и т.д. Существует решение по закону Фурье с релаксационным членом:

τ х ∂q / ∂t = − (q + ϰ х ∇T) .

Если ре­лак­са­ция τ мгновенная, то формула превращается в закон Фурье.

Ориентировочная таблица теплопроводности материалов:

ОсноваЗначение теплопроводности, Вт/(м•К)
Жесткий графен4840 +/ 440 – 5300 +/ 480
Алмаз1001-2600
Графит278,4-2435
Бора арсенид200-2000
SiC490
Ag430
Cu401
BeO370
Au320
Al202-236
AlN200
BN180
Si150
Cu3Zn297-111
Cr107
Fe92
Pt70
Sn67
ZnO54
 Черная сталь47-58
Pb35,3
НержавейкаТеплопроводность стали – 15
SiO28
Высококачественные термостойкие пасты5-12
Гранит

(состоит из SiO2 68-73 %; Al2O3 12,0-15,5 %; Na2O 3,0-6,0 %; CaO 1,5-4,0 %; FeO 0,5-3,0 %; Fe2O3 0,5-2,5 %; К2О 0,5-3,0 %; MgO 0,1-1,5 %; TiO2 0,1-0,6 %)

2,4
Бетонный раствор без заполнителей1,75
Бетонный раствор со щебнем или с гравием1,51
Базальт

(состоит из SiO2 – 47-52%, TiO2 – 1-2,5%, Al2O3 – 14-18%, Fe2O3 – 2-5%, FeO – 6-10%, MnO – 0,1-0,2%, MgO – 5-7%, CaO – 6-12%, Na2O – 1,5-3%, K2O – 0,1-1,5%, P2O5 – 0,2-0,5 %)

1,3
Стекло

(состоит из SiO2, B2O3, P

2O5, TeO2, GeO2, AlF3 и т. д.)

1-1,15
Термостойкая паста КПТ-80,7
Бетонный раствор с наполнителем из песка, без щебня или гравия0,7
Вода чистая0,6
Силикатный

или красный кирпич

0,2-0,7
Масла

на основе силикона

0,16
Пенобетон0,05-0,3
Газобетон0,1-0,3
ДеревоТеплопроводность дерева – 0,15
Масла

на основе нефти

0,125
Снег0,10-0,15
ПП с группой горючести Г10,039-0,051
ЭППУ с группой горючести Г3, Г40,03-0,033
Стеклянная вата0,032-0,041
Вата каменная0,035-0,04
Воздушная атмосфера (300 К, 100 кПа)0,022
Гель

на основе воздуха

0,017
Аргон (Ar)0,017
Вакуумная среда0

Приведенная таблица теплопроводности учитывает теплопередачу посредством теплового излучения и теплообмена частиц. Так как вакуум не передает тепло, то оно перетекает при помощи солнечного излучения или другого типа генерации тепла.  В газовой или жидкой среде слои с разной температурой смешиваются искусственно или естественным способом.

Таблица теплопроводимости стройматериалов

 

Проводя расчет теплопроводности стены, необходимо принимать во внимание, что теплопередача сквозь стеновые поверхности меняется от того, что температура в здании и на улице всегда разная, и зависит от площади всех поверхностей дома и от теплопроводности стройматериалов.

Чтобы количественно оценить теплопроводность, ввели такое значение, как коэффициент теплопроводности материалов. Он показывает, как тот или иной материал способен передавать тепло. Чем выше это значение, например, коэффициент теплопроводности стали, тем эффективнее сталь будет проводить тепло.

  • При утеплении дома из древесины рекомендуется выбирать стройматериалы с низким коэффициентом.
  • Если стена кирпичная, то при значении коэффициента 0,67 Вт/(м2•К) и толщине стены 1 м при ее площади 1 м2 при разнице наружной и внутридомовой температуры 10С кирпич будет пропускать 0,67 Вт энергии. При разнице температур 100С кирпич будет пропускать 6,7 Вт и т.д.

Стандартное значение коэффициента теплопроводимости теплоизоляции и других строительных материалов верно для толщины стены 1 м. Чтобы провести расчет теплопроводности поверхности другой толщины, следует коэффициент поделить на выбранное значение толщины стены (метры). Ориентировочные показатели коэффициентов теплопроводимости

 

В СНиП и при проведении расчетов фигурирует термин «тепловое сопротивление материала», он означает обратную теплопроводность. То есть при теплопроводности листа пенопласта 10 см и его теплопроводности 0,35 Вт/(м2•К) тепловое сопротивление листа – 1 / 0,35 Вт/(м2•К) = 2,85 (м2•К)/Вт.

Ниже – таблица теплопроводности для востребованных строительных материалов и теплоизоляторов:

СтройматериалыКоэффициент теплопроводимости, Вт/(м2•К)
Плиты из алебастра0,47
Al230
Шифер асбоцементный0,35
Асбест (волокно, ткань)0,15
Асбоцемент1,76
Асбоцементные изделия0,35
Асфальт0,73
Асфальт для напольного покрытия0,84
Бакелит0,24
Бетон с заполнителем щебнем1,3
Бетон с заполнителем песком0,7
Пористый бетон – пено- и газобетон1,4
Сплошной бетон1,75
Термоизоляционный бетон0,18
Битумная масса0,47
Бумажные материалы0,14
Рыхлая минвата0,046
Тяжелая минвата0,05
Вата – теплоизолятор на основе хлопка0,05
Вермикулит в плитах или листах0,1
Войлок0,046
Гипс0,35
Глиноземы2,33
Гравийный заполнитель0,93
Гранитный или базальтовый заполнитель3,5
Влажный грунт, 10%1,75
Влажный грунт, 20%2,1
Песчаники1,16
Сухая почва0,4
Уплотненный грунт1,05
Гудроновая масса0,3
Доска строительная0,15
Фанерные листы0,15
Твердые породы дерева0,2
ДСП0,2
Дюралюминиевые изделия160
Железобетонные изделия1,72
Зола0,15
Известняковые блоки1,71
Раствор на песке и извести0,87
Смола вспененная0,037
Природный камень1,4
Картонные листы из нескольких слоев0,14
Каучук пористый0,035
Каучук0,042
Каучук с фтором0,053
Керамзитобетонные блоки0,22
Красный кирпич0,13
Пустотелый кирпич0,44
Полнотелый кирпич0,81
Сплошной кирпич0,67
Шлакокирпич0,58
Плиты на основе кремнезема0,07
Латунные изделия110
Лед при температуре 00С2,21
Лед при температуре -200С2,44
Лиственное дерево при влажности 15%0,15
Медные изделия380
Мипора0,086
Опилки для засыпки0,096
Сухие опилки0,064
ПВХ0,19
Пенобетон0,3
Пенопласт марки ПС-10,036
Пенопласт марки ПС-40,04
Пенопласт марки ПХВ-10,05
Пенопласт марки ФРП0,044
ППУ марки ПС-Б0,04
ППУ марки ПС-БС0,04
Лист из пенополиуретана0,034
Панель из пенополиуретана0,024
Облегченное пеностекло0,06
Тяжелое вспененное стекло0,08
Пергаминовые изделия0,16
Перлитовые изделия0,051
Плиты на цементе и перлите0,085
Влажный песок 0%0,33
Влажный песок 0%0,97
Влажный песок 20%1,33
Обожженный камень1,52
Керамическая плитка1,03
Плитка марки ПМТБ-20,035
Полистирол0,081
Поролон0,04
Раствор на основе цемента без песка0,47
Плита из натуральной пробки0,042
Легкие листы из натуральной пробки0,034
Тяжелые листы из натуральной пробки0,05
Резиновые изделия0,15
Рубероид0,17
Сланец2,100
Снег1,5
Хвойная древесина влажностью 15%0,15
Хвойная смолистая древесина влажностью 15%0,23
Стальные изделия52
Стеклянные изделия1,15
Утеплитель стекловата0,05
Стекловолоконные утеплители0,034
Стеклотекстолитовые изделия0,31
Стружка0,13
Тефлоновое покрытие0,26
Толь0,24
Плита на основе цементного раствора1,93
Цементно-песчаный раствор1,24
Чугунные изделия57
Шлак в гранулах0,14
Шлак зольный0,3
Шлакобетонные блоки0,65
Сухие штукатурные смеси0,22
Штукатурный раствор на основе цемента0,95
Эбонитовые изделия0,15
Влажность и теплопроводимость – зависимость

 

Кроме того, необходимо учитывать теплопроводность утеплителей из-за их струйных тепловых потоков. В плотной среде возможно «переливание» квазичастиц из одного нагретого стройматериала в другой, более холодный или более теплый, через поры субмикронных размеров, что помогает распространять звук и тепло, даже если в этих порах  будет абсолютный вакуум.

Коэффициент теплопроводности — гидроизоляция

вернуться в на страницу «Коэффициент теплопроводности»

Коэффициент теплопроводности — материалы кровельные, гидроизоляционные

Согласно: СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Приложение Т (справочное). Расчетные теплотехнические показатели строительных материалов и изделий.

МатериалХарактеристики материалов в сухом состоянииРасчетные характеристики материалов при условиях эксплуатации конструкций А и Б
плот-
ность ρ0, кг/м3
удельная тепло-
емкость С0, кДж/
(кг·°С)
тепло-
провод-
ность λ0, Вт/
(м·°С)
влажность, w, %тепло-
проводность λ, Вт/(м·°С)
тепло-
усвоение  s (при периоде 24 ч) , Вт/(м2·°С)
паро-
прони-
цаемость μ, мг/(м·ч·Па)
АБАБАБА, Б
1234567891011
Материалы кровельные, гидроизоляционные, облицовочные и рулонные покрытия для полов
216 Листы асбестоцементные плоские18000,840,35230,470,527,558,120,03
217 То же16000,840,23230,350,416,146,80,03
218 Битумы нефтяные строительные и кровельные14001,680,27000,270,276,86,80,008
219 То же12001,680,22000,220,225,695,690,008
220 «10001,680,17000,170,174,564,560,008
221 Асфальтобетон21001,681,05001,051,0516,4316,430,008
222 Рубероид, пергамин, толь6001,680,17000,170,173,533,53
223 Пенополиэтилен262,00,048120,0490,0500,440,440,001
224 То же302,00,049120,0500,0500,470,480,001
225 Линолеум поливинилхлоридный на теплоизолирующей подоснове18001,470,38000,380,388,568,560,002
226 То же16001,470,33000,330,337,527,520,002
227 Линолеум поливинилхлоридный на тканевой основе18001,470,35000,350,358,228,220,002
228 То же16001,470,29000,290,297,057,050,002
229 «14001,470,2000,230,235,875,870,002

Примечания

Статьи на Строительном портале Украины

Алюминий 2600-2700 203,5-221 растет с ростом плотности
Асбест 600 0,151
Асфальтобетон 2100 1,05
АЦП асбесто-цементные плиты 1800 0,35
Бетон 2300-2400 1,28-1,51 растет с ростом плотности
Битум 1400 0,27
Бронза 8000 64
Винипласт 1380 0,163
Вода при температурах выше 0 градусов С 1000 0,6
Войлок шерстяной 300 0,047
Гипсокартон 800 0,15
Гранит 2800 3,49
Дерево, дуб — вдоль волокон 700 0,23
Дерево, дуб — поперек волокон 700 0,1
Дерево, сосна или ель — вдоль волокон 500 0,18
Дерево, сосна или ель — поперек волокон 500 0,10—0,15 растет с ростом плотности и влажности
ДСП, ОСП; древесно- или ориентированно-стружечная плита 1000 0,15
Железобетон 2500 1,69
Картон облицовочный 1000 0,18
Керамзит 200 0,1
Керамзит 800 0,18
Керамзитобетон 1800 0,66
Керамзитобетон 500 0,14
Кирпич керамический пустотелый (брутто1000) 1200 0,35
Кирпич керамический пустотелый (брутто1400) 1600 0,41
Кирпич красный глиняный 1800 0,56
Кирпич, силикатный 1800 0,7
Кладка из изоляционного кирпича 600 0,116—0,209 растет с ростом плотности
Кладка из обыкновенного кирпича 600-1700 0,384—0,698—0,814 растет с ростом плотности
Кладка из огнеупорного кирпича 1840 1,05 (при 800—1100°С)
Краска масляная 0,233
Латунь 8500 93
Лед при температурах ниже 0 градусов С 920 2,33
Линолеум 1600 0,33
Литье каменное 3000 0,698
Магнезия 85% в порошке 216 0,07
Медь 8500-8800 384-407 растет с ростом плотности
Минвата 100 0,056
Минвата 50 0,048
Минвата 200 0,07
Мрамор 2800 2,91
Опилки древесные 230 0,070—0,093 растет с ростом плотности и влажности
Пакля сухая 150 0,05
Пенобетон 1000 0,29
Пенобетон 300 0,08
Пенопласт 30 0,047
Пенопласт ПВХ 125 0,052
Пенополистирол 100 0,041
Пенополистирол 150 0,05
Пенополистирол 40 0,038
Пенополистирол экструдированый 33 0,031
Пенополиуретан 32 0,023
Пенополиуретан 40 0,029
Пенополиуретан 60 0,035
Пенополиуретан 80 0,041
Пеностекло 400 0,11
Пеностекло 2000 0,07
Песок сухой 1600 0,35
Песок влажный 1900 0,814
Полимочевина 1100 0,21
Полиуретановая мастика 1400 0,25
Полиэтилен 1500 0,3
Пробковая мелочь 160 0,047
Рубероид, пергамин 600 0,17
Свинец 11400 34,9
Совелит 450 0,098
Сталь 7850 58
Сталь нержавеющая 7900 17,5
Стекло оконное 2500 0,698—0,814
Стеклянная вата (стекловата) 200 0,035—0,070 растет с ростом плотности
Текстолит 1380 0,244
Торфоплиты 220 0,064
Фанера клееная 600 0,12
Фаолит 1730 0,419
Чугун 7500 46,5—93,0
Шлаковая вата 250 0,076
Эмаль 2350 0,872—1,163

Теплотехнические свойства кровельных материалов

Теплотехнические свойства кровельных материалов

Строительные материалы, используемые для ограждающих конструкций, каковыми являются крыши зданий с их верхней оболочкой, называемой кровлей, должны быть не только прочными и долговечными, но и обладать надлежащими теплотехническими свойствами, например, теплопроводностью, теплоемкостью, огнестойкостью, огнеупорностью, термической стойкостью.

Теплопроводность — способность материала передавать теплоту через свою толщу при наличии разности температур по обе стороны материала. Теплопроводность зависит от вида материала, пористости, характера пор, его влажности и плотности, а также от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Значение теплопроводности характеризуется коэффициентом теплопроводности.

Коэффициент теплопроводности также зависит от средней плотности и химико-минерального состава материала, его структуры, пористости и характера пор, средней температуры материала, влажности. С увеличением влажности материала коэффициент теплопроводности резко возрастает, так как снижаются показатели теплоизоляционных свойств материала (см. схему ниже).


Зависимость теплопроводности неорганических материалов от плотности

1 — материалы, насыщенные водой; 2, 3 — воздушно-сухие материалы с разной влажностью; 4 — сухие материалы.

При замерзании строительные материалы полностью теряют свойство теплоизолировать, поэтому необходимо их защищать от мороза.

Ввиду того что кровельные материалы имеют плотную структуру и не применяются на границе разных температур, теплопроводность у них значительная. При необходимости теплоизоляции в покрытиях крыш устраиваются теплоизоляционные слои.

Огнестойкость — способность материала выдерживать без разрушений одновременное действие высоких температур и воды. Пределом огнестойкости конструкции называется время в часах от начала огневого испытания до появления одного из следующих признаков: сквозных трещин, обрушения, повышения температуры на необогреваемой поверхности.

По огнестойкости строительные материалы, в том числе и кровельные, делятся на три группы: несгораемые, трудносгораемые, сгораемые. Несгораемые материалы под действием высокой температуры или огня не тлеют и не обугливаются, примером может служить черепица; трудносгораемые материалы с трудом воспламеняются, тлеют и обугливаются, но происходит это только при наличии огня, например, кровельная сталь; сгораемые материалы воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть после удаления источника огня, например дерево, толь, рубероид, стеклопластик.

Огнеупорность — способность материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. По степени огнеупорности материалы подразделяют на огнеупорные, которые выдерживают действие температур от 1580 °С и выше; тугоплавкие, которые выдерживают температуру 1360 … 1580 °С; легкоплавкие, выдерживающие температуру ниже 1350 °С.

Теплостойкость или температуроустойчивость — способность материала сохранять форму, не стекать и не сползать с поверхности конструкции под определенным уклоном и при определенной температуре. Она зависит в основном от физико-механических свойств и структуры материала, вида и количества заполнителя. Это свойство очень важно для органических вяжущих веществ, таких, как битумы, дегти, пластмассы, которые при температуре выше температуры теплостойкости теряют свои вязкие свойства и перестают выполнять роль вяжущего. Например, теплостойкость битумной изоляции толщиной 4 мм составляет 70 . .. 90 °С, битумно-найритовой толщиной 4 мм — 100 °С, битумно-латексной эмульсии толщиной 6 мм — 70 °С.

Температура размягчения характеризует только битумные и дегтевые вяжущие вещества. Это условный показатель, характеризующий изменение вязкости вяжущих веществ при повышении температуры. Например, температура размягчения нефтяных строительных битумов 50 … 70 °С; битумов нефтяных кровельных — 40 … 95 °С; битумов нефтяных дорожных улучшенных — 35 … 51 °С.

Температура размягчения дегтей высоких марок обычно ниже, чем тугоплавких битумов, а именно, 40 … 70 °С. Поэтому тугоплавкие битумы применяются для устройства покровного слоя кровельных гидроизоляционных материалов.

Температура вспышки свойственна маслам и нефтепродуктам. Температура, при которой пары нефтепродуктов, нагретых в открытом тигле, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ним пламени, считается температурой вспышки. Температура вспышки нефтяных битумов, применяемых для кровельных материалов, 240 … 300 °С в зависимости от битума. Минимальная температура самовоспламенения 300 °С.

Коэффициент линейного температурного расширения (ТКЛР) характеризует свойство материала изменять размеры при нагревании. Только некоторые строительные материалы при этом не расширяются. Коэффициент линейного температурного расширения равен относительному удлинению материала при нагревании на один градус.

У каждого материала эта величина постоянная. Например, у стали — (11 … 11,9) х 10-6, у бетона (10 …14) х 10-6 °C-1, гранита — 10 х 10-6 °C-1, дерева вдоль волокон (3 … 5) х 10-6, у полимерных материалов в 10 … 20 раз больше.

Во избежание растрескивания сооружения большой протяженности разрезают деформационными швами, назначаемыми с учетом термического расширения материалов. При устройстве мягкой рулонной или мастичной кровли, укладываемой по железобетонным настилам, учет ТКЛР имеет большое значение.

Принципы теплозащиты дома, тепловые потери

Сопротивление теплопередаче

Наружные стены, окна, крыша (ограждающие конструкции) защищают наш дом от низких температур, сильного ветра, осадков. При этом они препятствуют прониканию тепла из внутреннего помещения наружу вследствие своего сопротивления теплопередаче. В зависимости от толщины материала конструкция может иметь различное сопротивление теплопередаче: чем больше толщина материала, тем лучшими теплозащитными свойствами обладает ограждение.

Способы передачи тепла

Тепло может передаваться разными способами:

  • теплопроводностью;
  • конвекцией;
  • излучением.

В чистом виде теплопроводность наблюдается только в сплошных твердых телах. Тепло передается непосредственно через материал или от одного материала другому при их соприкосновении. Высокой теплопроводностью обладают плотные материалы. Воздух имеет низкую теплопроводность. Поэтому через материалы с большим количеством замкнутых пор, заполненных воздухом, тепло передается плохо, и они могут использоваться в качестве теплоизоляционных.

Конвекция характерна для жидких и газообразных сред, где перенос тепла происходит в результате движения молекул. Конвективный теплообмен наблюдается у поверхности стен при наличии температурного перепада между конструкцией и соприкасающимся с ней воздухом. В окнах жилых домов конвективный теплообмен происходит между поверхностями остекления, обращенными внутрь воздушной прослойки. Нагреваясь от внутреннего стекла, теплый воздух поднимается вверх. При соприкосновении с холодным наружным стеклом воздух отдает свое тепло и, охлаждаясь, опускается вниз. Такая циркуляция воздуха в воздушной прослойке обусловливает конвективный теплообмен. Чем больше разность температур поверхностей, тем интенсивнее теплообмен между ними.

Излучение происходит в газообразной среде путем передачи тепла с поверхности тела через пространство (в виде энергии электромагнитных волн). Благодаря лучистому теплообмену поверхность Земли обогревается Солнцем, находящимся от нее на значительном расстоянии. Аналогичным образом осуществляется передача тепла излучением между двумя поверхностями, расположенными в стене и разделенными воздушной прослойкой. Нагретая поверхность радиатора излучает тепло и обогревает помещение. Чем выше температура поверхности отопительного прибора, тем сильнее обогревается помещение.

Свойства материалов

Все тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля, излучают тепло, которое частично отражается, частично поглощается. Если вся падающая на тело лучистая энергия отражается, то такое тело называется абсолютно белым. Если вся падающая энергия поглощается, то тело называется абсолютно черным.

Строительные материалы также частично отражают и частично поглощают энергию, хотя и в меньшей степени, чем абсолютно белое и абсолютно черное тело. Они называются серыми телами.

Светлая и гладкая поверхность отражает большую часть падающей энергии. Чем темнее и шершавее поверхность тела, тем больше энергии она поглощает. Поглощенная телом лучистая энергия превращается в тепловую и вызывает повышение температуры. Поэтому для уменьшения перегрева помещений верхнего этажа в летнее время целесообразно покрытие крыши изготавливать из оцинкованной кровельной стали, а не из рубероида. Благодаря блестящей светлой поверхности сталь отражает значительную часть излучения и нагревается меньше, чем рубероид, имеющий темную поверхность и интенсивнее поглощающий лучистую энергию.

Передача тепла через стены осуществляется главным образом вследствие теплопроводности. Количество тепла, проходящего через стену, зависит от коэффициента теплопроводности материала. Чем он выше, тем больше теплоты проходит через материал и тем хуже его теплозащита. Различные строительные материалы имеют разные коэффициенты теплопроводности. На них влияют различные факторы, в частности, плотность и влажность материала.

Плотный материал имеет больший коэффициент теплопроводности по сравнению с пористым. Увеличение плотности способствует повышению коэффициента теплопроводности. Уменьшение плотности приводит к снижению коэффициента теплопроводности. Это объясняется тем, что поры строительного материала заполнены воздухом, имеющим низкий коэффициент теплопроводности. Чем больше пор в материале, тем меньше его плотность и теплопроводность.

Влажность

Влажность способствует повышению теплопроводности: сырой материал имеет больший коэффициент теплопроводности и обладает худшими теплозащитными характеристиками по сравнению с сухим. Это вызвано тем, что при увлажнении материала его поры заполняются водой, имеющей высокий коэффициент теплопроводности (примерно в 20 раз больший, чем воздух). Чем больше влаги впитывает материал, тем выше становится его теплопроводность. Например, при повышении влажности кирпичной стены толщиной 51 см из обыкновенного глиняного кирпича с нормальной, равной 2%, до 8%, ее теплозащита ухудшается более чем на 30%. И если при температуре внутреннего воздуха +20°С и наружного -20°С на поверхности сухой стены температура составляет 14,4°С, то на сырой стене на 2,7°С меньше, и равняется 11,7°С. Поэтому для теплозащиты домов очень важно, чтобы строительный материал, и в первую очередь утеплитель, был обязательно сухим, а конструкции наружных ограждений были сделаны с таким расчетом, чтобы в них не образовывался конденсат и не скапливалась влага, приводящая к ухудшению теплоизоляционной способности стен, окон, чердачных перекрытий, полов 1-го этажа.

Тепловые потери

На теплопотери через ограждения наибольшее влияние оказывает их способность передавать тепло, которое зависит от коэффициента теплопроводности и толщины материала. Чем меньше коэффициент теплопроводности и толще стена, тем больше ее термическое сопротивление (передача тепла) и лучше ее теплозащитные свойства.

Кроме того, количество теряемого тепла зависит от:

  • сопротивления теплообмену конвекцией;
  • сопротивления излучением у поверхности внутренней и наружной стен.

Чем интенсивнее происходит теплообмен, тем больше тепла теряется из помещения и передается внутренней поверхности конструкции или отдается поверхностью стены наружу, тем меньше сопротивление теплообмену и хуже теплозащита.

Таким образом, теплозащитная способность стены, ее сопротивление теплопередаче зависят от интенсивности передачи тепла на 3-х участках:

  • у внутренней поверхности;
  • в толще ограждения;
  • у наружной поверхности.

Каждый из этих участков имеет свое сопротивление. Общее сопротивление теплопередаче представляет собой их сумму.

Характеристики

  Общие характеристики

СТИЗОЛ — равномерно вспененный закрытоячеистый полиэтилен,
— упруг, эластичен, механически устойчив, не проводит электричество
— обладает хорошими звукоизолирующими свойствами
— эффективно теплоизолирует при малых толщинах
— стоек к воздействию влаги, абсорбции водяного пара, морозоустойчив
— не поддерживает горения (выпускается с огнегасящими добавками — антипиренами), не выделяет ядовитых веществ в условиях пожара
— экологически чистый (изготовлен из пищевого полиэтилена вспененного фреоном, полностью вторично перерабатывается, не выделяет вредных веществ, не обладает запахом).
— долговечен, не подвержен гниению, воздействию ржавчины, УФ излучению, стоек к воздействию цемента, извести, гипса; различных грибков, бактерий, масло-бензо стоек
— удобен в использовании, не требует защитной одежды и дорогостоящего оборудования, работа с ним не требует особых мер предосторожности
— отличная пароизоляция, не требующая дополнительного применения пергамина, рубероида, полиэтиленовой пленки;
— может дублироваться клеемонтажным слоем — благодаря чему быстро и легко монтируется на любые поверхности
— может дублироваться фольгой или металлизированной лавсановой плёнкой (отражающя изоляция), повышая теплоизоляционные свойства
— имеет малый вес, отличается простотой в транспортировки и хранения
— многофункционален, имеет широкий спектр применения

 

Теплофизические показатели

1

Температурный диапазон применения от – 70 до +80оС 

2

Сопротивление теплопередаче 1,07-1,26 м2 оС/Вт

3

Коэффициент теплового отражения, не менее 90 %

4

Коэффициент оптического отражения поверхности, не менее 97 %

5

Коэффициент теплопроводности 0,038 Вт/мК

6

Динамический модуль упругости, не менее 2,0 МПа

7

Прочность при сжатии при 10% деформации:

— при относительной влажности 65% — 0,012 МПа;

— при относительной влажности 100% — 0,01 МПа.

8

Паропроницаемость не более 0,002 мг/м ч Па

9

Сопротивление паропроницанию не менее 9,0 м2 ч Па/мг.

10

Звукопоглощение, не менее 32 дБ

11

Водопоглощение не более 2,4% объема

12

Прочность связи между слоями, не менее 2,5 Н/см

13

Кажущаяся плотность 40 кг/м3

14

Удельная теплоемкость 1,95 кДж/кг о С

15

Разрушающее напряжение, не менее

— в продольном направлении: 0,25 МПа

— в поперечном направлении: 0,15 МПа

16

Адгезия стали (для самоклеящегося материала) – выше прочности пенополиэтилена Более 3,5 Н/см

 

 Стизол толщиной 10 мм по своим теплоизоляционным свойствам заменяет:

 

 

 

Наим. материала  

Толщ.,мм

1

Кирпичсиликатный

174

2

Кирпичглиняный

162

3

Керамзитобитон

70

4

Газопенобетон

46

5

Гипсокартон

42

6

Сосна,ель

36

7

Фанераклееная

36

8

Арболит

28

9

Гравий керамзитовый

24

10

Вермикулит(100кг/м3)

16

11

ДВП(200кг/м3)

16

12

Шлаковата

13

13

ПенопластПВХ

13

14

Маты минераловатные

12

15

Пенополистирол

10

16

Стизол Ф

5

 Звукоизолирующая способность материала (толщина 5 мм, плотность 40,0 кг/м3)

Частота, Гц

500

1000

1250

2000

3150

5000

Способность к звукоизоляции, дБ

1,5

11

13

16

18

14,5

 

 

Отопление и вентиляция четырехэтажного жилого дома (район строительства – город Байдуков, высота этажа 2,9 м), страница 2

Δtн — нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемых по табл. 2* СНиП 2-3-79, Δtn= 4 оС для наружной стены, 3,0 — для потолка, 2,0 –пола.; αВ — коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаем αВ =8,7 Вт/(м2оС) для всех поверхностей ; tв=-31 оС — расчетная зимняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 ; tН=20 оC расчетная температура внутреннего воздуха, принимаемая согласно СНиП 31-01-2003.

Для  наружной стены

 оС м2/Вт,

подвального перекрытия

 оС·м2/Вт,

чердачного перекрытия

 оС м2/Вт,

и наружной входной двери

RТР=0,6·RТР н.с.=0,6·1,466 = 0,88 оС м2/Вт

Нормируемое приведенное сопротивление теплопередаче принимается по СНиП 23-02-2003 по величине градусо-суток отопительного периода. Находим градусо-сутки отопительного периода по формуле;

                          ГСОП=(- )Z от.пер,                          (2)

где Z=250 сут. — продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 0С /1/; tВ= -9,6 0С — температура отопительного периода со средней суточной температурой воздуха +8 0С и ниже ;

 оС сут.

Значения нормируемого приведенного сопротивления теплопередаче принимаем по формуле;

Rнорм. = a ГСОП +b,

где a и b– коэффициенты.

Для наружной стены оно равно

Rнорм=0,00035*7400 +1,4 = 3,99 оС м2/Вт.

для чердачного и подвального перекрытий

Rнорм= 0,00045*7400 + 1,9 =5,23  оС м2/Вт

0кон и балконных дверей

Rнорм= 0,00005*7400 + 0,3 = 0,67 оС м2/Вт

Условия работы ограждающих конструкций здания: по приложению 1 СНиП 2. 01.01-82 определили, что зона влажности – нормальная; по таблице 1 СНиП 2.01.01-82 определили, что влажностный режим помещения – сухой; по приложению 2 СНиП 2.01.01-82  определили, что условия эксплуатации ограждающих конструкций относятся к группе А (сухие).

На рисунке 1 приведены схемы сечений наружной стены (рис.1а), подвального (рис. 1б) и чердачного перекрытий (рис. 1в).

Для наружных стен конструктивно принимаем толщину внутреннего бетонного слоя 100 мм, наружного защитно-декоративного – 80 мм. Плиты перекрытий принимаем: подвального 200 и чердачного 150 мм соответственно; деревянного пола 32 мм; стяжки на чердаке 20 мм; паро и гидроизоляционного слоев из рубероида – 1 мм.

Толщину слоя утеплителей во всех конструкциях определяем расчетом, принимая предварительно Ro=Rreq.

Толщину утеплителя определяем по формуле

где δут и δi – толщины слоев ограждающей конструкции, м; λут. и λi — коэффициент теплопроводности материала соответствующего слоя, Вт/м 0С СНиП 2-3-79 αН=23 Вт/м2оС — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций таблица 6 СНиП 2-3-79.

Рисунок 1 – Схемы разрезов ограждающих конструкций : а) стеновой панели; б) подвального перекрытия; в) чердачного перекрытия.

Для наружной стены

,

где  δ1=0,08 м — наружный фактурный слой керамзитобетона; λ1=0,8 Вт/(м оС) — коэффициент теплопроводности керамзитобетона плотностью ρ=1800кг/м3; δ2 — слой утеплителя, м; λ2=0,041 Вт/м 0С — коэффициент теплопроводности пенополистирола плотностью ρ=100 кг/м3; δ3= 0,100 м – внутренний фактурный несущий слой из железобетона; λ3=2,04 Вт/м 0С — коэффициент теплопроводности железобетонной плиты плотностью ρ=2500 кг/м3.

Общая толщина панели:

 м

Принимаем толщину стеновой панели равную δн.с.=350 мм,

Тогда толщина утеплителя составляет:  

δ2=0,35-0,1-0,8=0,170 м  или 170 мм.

Расчетное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции вычисляется по формуле:

,

Для наружной стены

 (0С·м2)/Вт

Для подвального перекрытия

где λ1 =2,04 Вт/(м оС) — коэффициент теплопроводности железобетонной плиты, ρ =2500 кг/м3; λ2 =0,041 Вт/(м оС) — коэффициент теплопроводности пенополиуретана, ρ =100 кг/м3; λ3 =0,17 Вт/(м оС) — коэффициент теплопроводности рубероида, ρ =600 кг/м3; λ4 =0,18 Вт/(м оС) — коэффициент теплопроводности древесины, сосна и ель поперек волокон, ρ =500 кг/м3; αext =12 Вт/(м2оС) — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности подвального перекрытия;

 м

за утеплитель принимаем пенополиуретановую плиту из четырех слоев толщиной по 0,05 м.

(PDF) Исследование физических, механических и термических свойств обычных кровельных материалов в Шри-Ланке

Исследование физических, механических и термических

Свойства обычных кровельных материалов в Шри-Ланке

GLM Ariyadasa

Отдел исследований и испытаний строительных материалов , National Building Research

Организация

SSK Muthurathne

Отдел исследований и испытаний строительных материалов, National Building Research

Организация

SU Adikary

Департамент материаловедения и инженерии, Университет Моратувы

РЕЗЮМЕ: в Шри-Ланке, Наиболее распространенными кровельными материалами для жилых домов являются глиняная черепица, асбестовые листы

и цементная черепица.В этой работе были предприняты усилия для проверки физических и механических свойств

существующих плиток из каликутовой глины, асбестовых гофрированных листов и прессованных цементных плиток в соответствии с SLS 2: 1975,

SLS 9: 2001 и SLS 1267: 2005 и найти выяснить, соответствуют ли они требованиям, указанным в стандарте.

Теплопроводность измерена методом диска Ли. Согласно результатам испытаний, выбранный образец глиняной плитки Calicut

удовлетворял всем требованиям, за исключением ширины и массы, тогда как ширина и шаг гофры

не удовлетворялись для асбестовых гофрированных листов, а толщина не удовлетворялась для цементных плиток.Теплопроводность —

глины, асбеста и цементной плитки составила 0,7 · 106 Вт / м · К, 0,4733 Вт / м · К и 0,5619 Вт / · м · К. Невозможно предсказать, какой материал обеспечивает лучший тепловой комфорт в помещении, только принимая во внимание значение теплопроводности

самого кровельного материала.

1 ВВЕДЕНИЕ

Крыша — одна из важнейших частей конструкции дома

, которая укрывает жителей от различных климатических невзгод.Кроме того, крыша придает эстетическую ценность

всему дому. Примерно на крышу

приходится 10-15% от общей стоимости в зависимости от конструкции крыши

и других переменных.

В такой стране, как Шри-Ланка, кровельные материалы

должны иметь отличительные признаки, чтобы выдерживать определенные испытания. Одним из таких явлений является высокий уровень осадков до

в Шри-Ланке, который требует использования кровельных материалов

, чтобы противостоять движению влаги.Прорыв глиняной черепицы или асбестового рифленого листа

возраст

происходит в основном из-за бездельничанья мон-

ключей на крыше. Иногда температура наружного воздуха в солнечные дни превышает 30 ° C. Следовательно, если

кровельный материал наследует хорошие теплоизоляционные свойства

, то дополнительные усилия, такие как теплоизоляция,

пленка или кондиционер не требуются для

получает тепловой комфорт в помещении.

Использование глиняной черепицы на Шри-Ланке восходит к исторической эпохе. В настоящее время в Шри-Ланке функционирует около

млн. 200-300 заводов по производству глиняных кровель —

, имеющих долю рынка 10-15%. Раньше основным типом профиля для глиняной плитки

был calicut, но теперь файлы pro

бывают различных форм, размеров и текстур. Использование глиняной плитки

по-прежнему вызывает наибольший интерес

из-за эстетического характера и хорошего теплового комфорта

, который она обеспечивает.Технология изготовления глиняной плитки

является наиболее простой по сравнению с технологией изготовления асбестового листа

и цементной плитки. Правильный контроль качества, исследования и разработки

необходимы для подъема производства глиняной плитки

, так как производство плитки постоянно ухудшалось

с тех пор, как рынок занял асбест, рыночная доля которого

составляет 50 -60%. Несмотря на разногласия, связанные с риском для здоровья, связанным с асбестовыми волокнами,

человек по-прежнему склонны использовать листы асбеста из-за их хорошей прочности, высокого кровельного покрытия на

квадратных футов и низкой стоимости.Несмотря на то, что использование плиток из прессованного цемента

все еще не пользуется популярностью в Шри-Ланке, основной доход для ее производства приходится на экспортный рынок.

Основными причинами того, что прессованная цементная плитка

не пользуется популярностью в Шри-Ланке, являются высокая стоимость и связанный с ней большой вес

.

Целью данной работы является проверка соответствия кровельных материалов, а именно, глиняной черепицы, асбеста

гофрированного листа и прессованной цементной черепицы (двойной профиль ro-

человек) местным стандартам и требованиям IN-

исследование их теплопроводности.

Теплопроводность зеленой крыши

Представьте, что все дома и здания в вашем городе имеют зеленые крыши. Как бы выглядел город? Представьте себе, что повсюду зеленые насаждения со звуками щебетания птиц и жужжания пчел. В этом блоге будут обсуждаться преимущества зеленых крыш с упором на их изоляционные свойства для зданий.

На рис. 1. показано здание с зелеными крышами, расположенное в Ванкувере, Британская Колумбия.

Что такое зеленая крыша?

Зеленая крыша — это искусственная конструкция, состоящая из растений, ее субстрата и других необходимых слоев, уложенных поверх кровельной мембраны или интегрированных в нее.Его можно построить на крыше здания или дома. По эстетике он сравним с небольшим парком или садом, но его конструкция существенно отличается, поскольку он возвышается и, следовательно, не связан с земной корой.

Кроме того, потребности в обслуживании зеленой крыши отличаются от потребностей в обслуживании традиционной крыши. Типичные крыши делают из асфальта, черной смолы или гравия (Dowdey, 2007). Зеленые крыши состоят из растительности, растущего субстрата, фильтрующей мембраны, дренажного слоя, корневого барьера и гидроизоляционной мембраны (Служба национальных парков, n.д.). Эти шесть слоев могут выглядеть по-разному в зависимости от типа зеленой крыши. Зеленые крыши делятся на два основных типа: , , , обширная зеленая крыша, и , , , интенсивная зеленая крыша, .

На рис. 2. показаны здания с интенсивной зеленой кровлей.

На рисунке 3. показан дом с обширной зеленой крышей.

Изображение 4. показывает, что интенсивные зеленые крыши заметно толще, чем обширные зеленые крыши. Интенсивные зеленые крыши более глубокие с относительно тяжелым растущим субстратом, в то время как обширные зеленые крыши более мелкие с более легким растущим субстратом.Субстрат отличается от почвы в парках и садах. Он состоит в основном из минеральных агрегатов и лишь небольшого количества органической почвы (Служба национальных парков, нет данных). Некоторые зеленые крыши обладают сочетанием характеристик обоих типов и называются полуинтенсивными зелеными крышами . Снизу вверх зеленая крыша начинается с слоя гидроизоляции, потому что кровельная мембрана требует защиты от ливневой воды.

На рисунке 4. представлена ​​диаграмма слоев зеленой крыши для экстенсивного и интенсивного типов.

Чаще всего зеленые крыши строят непрерывно. Однако есть также модульных зеленых крыш с комбинированными пластиковыми / металлическими поддонами для растений. Подносы с растительностью можно выращивать в теплице, а затем переносить на зеленую крышу. Обратной стороной является ограниченный поток влаги между лотками; ухудшение состояния влажной почвы из-за сильных дождей и состояния сухой почвы из-за отсутствия дождя. Это происходит из-за того, что влага не имеет большой площади субстрата зеленой крыши, чтобы распространяться по отдельным лоткам (Служба национальных парков, n.д.).

На рисунке 7. показана модульная зеленая крыша.

Тепловые свойства зеленых крыш

Одно из предлагаемых преимуществ зеленых крыш состоит в том, что они могут повысить теплоизоляцию здания, и есть свидетельства, подтверждающие это свойство. Результаты исследования, проведенного в 2011 году в Соединенных Штатах, показали, что обширные зеленые крыши снижают тепловой поток через здание в среднем на 13% в зимние месяцы и в среднем на 167% в летние месяцы, что значительно увеличивает тепловыделение. теплоизоляция здания (К.Л. Геттер, 2011). Это результаты одного эксперимента, и есть много других экспериментов, подтверждающих изоляционные свойства зеленых крыш с различными процентными значениями.
Есть 3 фактора , которые делают зеленую крышу хорошим теплоизолятором (Mert Eksi, 2017).

    1. Дополнительный зеленый кровельный слой поверх кровельной мембраны увеличивает толщину здания, тем самым увеличивая сопротивление здания: где L = толщина (метры), k = значение теплопроводности и A = площадь поперечного сечения (м²) ).Глубина основания зеленой крыши может влиять на тепловое сопротивление здания. Интенсивные зеленые крыши глубже обширных зеленых крыш; увеличение толщины здания по сравнению с обширными зелеными крышами и, как следствие, обеспечение большей теплоизоляции. Здания, расположенные в климатических условиях, которые покрываются снегом в более прохладные месяцы, также получат дополнительный слой изоляции.
    2. Навес для растений затемняет поверхность крыши и снижает поглощение света. Выбор растений — важный фактор, влияющий на размер тени навеса.В исследовании, проведенном в 2010 году, сообщалось, что «зеленая крыша» определяет тепловой поток (теплопередачу) здания; 0 для кустарников, 15,6 для деревьев, 29,2 для дерна, 86,6 для почвы без плантаций и 366,3 для типичного кровельного материала (Diana E. Bowler, 2010). Растения с более крупными листьями могут обеспечить большую тень навеса, уменьшая тепловой поток через крышу.
    3. Растения и субстрат также способствуют охлаждению крыши посредством процесса, называемого эвапотранспирацией. : процесс выпуска водяного пара в атмосферу с суши.Растения и субстрат впитывают дождь, а затем выделяют молекулы воды в виде пара. Этот процесс приводит к охлаждению окружающего воздуха. Это причина того, почему зеленые насаждения, такие как леса, необходимы для охлаждения земли. Орошается ли зеленая крыша или нет, это может повлиять на количество эвапотранспирации. Увеличение эвапотранспирации стало возможным за счет увеличения орошения. Орошение — хорошая стратегия охлаждения, особенно для жаркого засушливого климата.

Рисунок 8.Иллюстрирует процесс эвапотранспирации растения.

Специалист по зеленым крышам может выбрать тип зеленой крыши для строительства, выбор растений, выбор материалов, из которых состоит растущий слой субстрата, и метод полива. Грамотный выбор этих компонентов, составляющих зеленую крышу, приведет к наиболее успешным результатам, обеспечивая максимальную изоляцию зданий и домов. Например, более плотный субстрат для зеленой крыши с воздушными карманами обеспечивает лучшую изоляцию по сравнению с более плотно уложенным субстратом (Andrea Pianella, 2016).Также следует учитывать значения теплопроводности материалов, из которых состоит растущая подложка.

В итоге, интенсивная зеленая крыша с набором растений, которые обеспечивают максимальное количество теневого навеса, и растущий субстрат, состоящий из материалов с низкой теплопроводностью, упакованных с низкой плотностью, должны обеспечить лучшую изоляцию для здания.

Ниже рассматриваются два тематических исследования для изучения того, какие другие варианты конструкции зеленой крыши могут привести к более высокой теплоизоляции.

Результаты двух тематических исследований

Резюме исследования 1:

Экси и др. провели эксперимент по изучению тепловых свойств интенсивных и обширных зеленых крыш. Вся зеленая крыша имела размер 232 м 2 и располагалась в здании Molecular Plant Sciences в Университете штата Мичиган. Он был разделен на 2 части: неглубокая обширная кровля с растениями очитка и глубокая интенсивная кровля с травянистыми растениями .Обе части крыши имели одинаковые слои зеленой крыши с разницей как в глубине субстрата, так и в выборе растений. Для каждой секции использовалось орошение и удобрения. В Мичигане умеренный климат с четко определенными сезонами; зима холодная со снегопадами, а лето относительно жаркое. Продолжительность эксперимента варьировалась с июня 2013 года по май 2014 года, и результаты показали, что обширная крыша демонстрирует больший диапазон колебаний температуры. Поскольку интенсивный тип кровли имеет более глубоко растущий субстрат, ожидалось, что он будет более изолирующим, что в большинстве случаев имело место.Однако в зимние месяцы обширная крыша была лучше, потому что травянистые растения держали больше снега, увеличивая толщину изоляции. Затем исследователи предсказали, что оттенок навеса и выбор растений могут быть более важными, чем глубина растущего субстрата для обеспечения теплоизоляции зданий (Mert Eksi, 2017).

Резюме исследования 2:

Hongming et al. протестировали тепловые свойства комбинаций наиболее часто используемых 5 почвенных субстратов и наиболее часто используемых 7 видов растений для зеленых крыш.Всего было стимулировано 35 случаев. Тепловой поток и количество поглощенного солнечного излучения были выбраны в качестве показателей тепловых характеристик кровли. Были протестированы 5 почвенных субстратов: Avondale, Perlite, Clay, Cellar и Norlite . Были протестированы 7 видов растений: Sedum Album, Sedum Sexangular, Sedum Hispanicum, Sedum Reflexum, Sedum Spurium D, Sedum Spurium O и смешанный осадок. Комбинация видов Sedum Album с субстратом Avondale обеспечила наилучшие изоляционные свойства (Hongming He, 210).

Хорошо известно, что зеленые крыши обеспечивают зданиям теплоизоляционные свойства. Важно отметить, что тепловые результаты эксперимента с зеленой крышей применимы к конкретному региону, в котором проводился эксперимент. Хотя есть некоторые известные общие положения о том, как построить зеленую крышу для разных климатических регионов, специалист по зеленой крыше настоятельно рекомендуется проконсультироваться по каждому отдельному проекту. Строительство высокоэффективной зеленой крыши требует опыта и знаний о климате и экологии того места, где будет располагаться крыша.

Преимущества зеленых крыш

Помимо повышенного теплового сопротивления зданий, зеленые крыши дают много других преимуществ. Экологические преимущества включают экономию энергии за счет экономии топлива, используемого для отопления и охлаждения зданий, и экономию энергии за счет естественной фильтрации воды. Другие экологические выгоды включают увеличение биоразнообразия, обеспечение коридоров обитания , сокращение стока ливневых вод и уменьшение эффекта городского теплового острова .

  1. Снижение энергопотребления — следствие увеличения теплоизоляции здания с зеленой крышей.
  2. Зеленая крыша может обеспечить систему фильтрации воды с нулевым потреблением энергии. Дождевая вода очищается при прохождении через растения и растущий субстрат. В некоторых зданиях этот процесс фильтрации используется для повторного использования ливневой воды для удовлетворения потребностей здания в воде.
  3. Зеленые крыши увеличивают биоразнообразие за счет разнообразия видов растений и животных, которых привлекает зеленая крыша.
  4. Зеленые крыши, расположенные в городских районах, могут служить коридорами для обитания диких животных, проходящих через городские районы. Например; Путешествующие животные, такие как перелетные птицы, могут использовать зеленые крыши в качестве остановки для отдыха.
  5. Ливневые воды, скапливающиеся на обычных крышах, могут привести к переполнению канализационных систем, что может привести к затоплению, поскольку обычные поверхности крыш непроницаемы. Зеленые крыши могут быть полезны для уменьшения количества ливневых стоков, поглощая часть воды и выпуская ее за счет эвапотранспирации.
  6. Эффект городского острова тепла определяется как значительно более высокие температуры, наблюдаемые в городских районах, чем в прилегающих сельских районах. Это результат сокращения зеленых насаждений и деятельности человека. Зеленые крыши могут помочь противодействовать этому эффекту за счет увеличения зеленых насаждений в городских районах, что, по сути, снизит температуру и повысит качество воздуха.

На рис. 9. показан график изменения температуры с пиком в центре города.

Добавление зеленой крыши может повысить рейтинг здания по системе LEED: глобальная рейтинговая система «Лидерство в области энергетики и экологического проектирования».

Зеленые крыши также приносят прямую пользу людям. Он обеспечивает психологическое ощущение благополучия в результате увеличения зеленых насаждений и биоразнообразия. Его можно использовать для сельского хозяйства и создания рабочих мест на местном уровне, так как он требует обслуживания. Его также можно использовать в образовательных целях для биологических наук и архитектурного дизайна. Зеленые крыши обеспечивают повышенную изоляцию зданий, противодействуют факторам стресса окружающей среды и приносят прямую пользу людям.

Библиография

Андреа Пианелла, Р.Е. (2016, 1 ноября). Устойчивые и переходные тепловые измерения оснований зеленых крыш. Энергетика и строительство, 131 , 123-132.

Дайана Э. Боулер, L. B.-A. (2010, 13 сентября). Городское озеленение для охлаждения больших и малых городов: систематический обзор эмпирических данных, ландшафтный городской план. Ландшафт и городское планирование, 97 (3), 147-155.

Дауди, С. (2007, 11 июля). Что такое зеленая крыша? . Из книги «Как работает материал»: https://science.howstuffworks.ru / environmental / green-science / green-rooftop.html.

Хунмин Хэ, К. Дж. (210, 29 сентября). Моделирование термодинамической передачи в экосистеме зеленой крыши. Экологическое моделирование, 221 , 2949–2958.

К.Л. Геттер, Д. Р. (2011, декабрь). Свойства сезонного теплового потока обширной зеленой крыши в климате Среднего Запада США, Energy Build. Энергетика и строительство, 43 , 3548–3557.

Мерт Экси, Д. Б. (10 апреля 2017 г.). Влияние глубины субстрата, типа растительности и времени года на тепловые свойства зеленой крыши. Энергетика и строительство , 174-187.

Служба национальных парков. (нет данных). Что такое зеленая крыша? из службы технической консервации: https://www.nps.gov/tps/sustainability/new-technology/green-roofs/define.html.

Источники изображений:

Изображение 1. https://www.flickr.com/photos/nnecapa/2830785109

Изображение 2. https://www.pxfuel.com/en/free-photo-qgqzm

Изображение 3. https: // www.wallpaperflare.com/iceland-hafnar-holmi-grass-roof-house-building-exterior-wallpaper-gayxb

Изображение 4. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Intensive_extensive_green_roofs.png

Изображение 5 . https://www.needpix.com/photo/643579/roof-terrace-roof-garden-architecture-paris-roofs-building-homes-house-roof-city

Изображение 6. https://www.needpix.com/photo/1039699/architecture-building-residences-rooftop-green-field-grass-aerial-court

Изображение 7. https://www.afspc.af.mil/News/Photos/igphoto/2000229325/

Изображение 8. https://climatekids.nasa.gov/heat-islands/

Изображение 9. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Urban_heat_island_(Celsius).png

Изображение 10. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Awesome_Green_Roof.jpg

R&A Contracting — Что такое K-Value в кровельной изоляции?

Что такое K-Value в кровельной изоляции?

Этот пост является частью серии из четырех статей, посвященных значениям энергоэффективности в изоляции, таким как K-Value , C-Value, R-Value и U-Value.

Значение К. C-значение. R-значение. U-Value: что все они означают? При чем здесь изоляция и тепловая энергия, особенно когда речь идет об утеплении кровли?

Начнем с более простого вопроса: как работает изоляция? Цель изоляции — создать контролируемую энергетическую среду за счет ограничения теплового воздействия. Перевод: изоляция изолирует от перепадов температуры.

Различные типы изоляции оцениваются по ряду значений энергии, которые они несут.Эти значения измеряют, насколько эффективно (их «ценность») конкретный тип изоляции действует против внешних источников энергии, таких как теплопроводность, воздушный поток, проникновение влаги и, что более очевидно, погодные элементы.

Существует четыре типа значений, по которым обычно измеряются типы изоляции: значение K, значение C, значение U и значение R. В течение следующих четырех недель мы будем объяснять, как измеряется каждое из этих значений и как они влияют на разные типы изоляции. Начнем с K-Value…

Что такое K-Value?

K-Value измеряет теплопроводность, которая определяется ASTM International как:

.

«Теплопроводность, n: скорость установившегося теплового потока через единицу площади однородного материала, вызванного единичным градиентом температуры в направлении, перпендикулярном этой единице площади.”( ASTM International C168 )

Подумайте о давлении воды в вашем доме. Он измеряется при расходе галлонов в минуту (галлонов в минуту). Значение K для типа изоляции аналогично измерению скорости потока энергии через поверхность в течение определенного периода времени. С точки зрения энергии, эта скорость обычно измеряется в британских тепловых единицах в час.

Как площадь поверхности изоляции влияет на коэффициент K

Конечно, влияющим фактором энергетического воздействия является то, какая часть площади поверхности подвергается воздействию потока энергии.Например, кухонный кран с расходом 3,5 галлона в минуту не будет проводить столько воды, сколько пожарный гидрант с расходом 3,5 галлона в минуту. Именно здесь вступает в игру часть определения ASTM International «единичная площадь». Размер трубопровода намного больше, и поэтому из-за разницы в отверстиях передается больше энергии (например, воды). Аналогичным образом, чем больше площадь поверхности покрыта одним типом материала («однородный материал), например изоляцией, тем больше влияние энергии».

Блок температуры Расход и значение К

Энергия находится в постоянном движении, например, когда в январе на улице 10 ° F, и вы пытаетесь удержать в своем доме середину 60-х годов.Горячая зона пытается сбежать наружу, а Старик Винтер пытается пробиться внутрь. Это подводит нас к последней фразе определения теплопроводности в ASTM International: «… единичный температурный градиент в направлении, перпендикулярном этой единице площади».

В заключение, значение K для типа изоляции лучше всего можно описать следующим образом:

K-Value = продолжительность непрерывного потока энергии x размер поверхности, покрытой одним типом изоляции x разница температур между изолированной и неизолированной контактной площадкой

Ясно как грязь? Мы знаем, мы знаем, что как только мы превратили его в математическое уравнение, у вас были кошмарные воспоминания об алгебре 8-го класса.Не волнуйтесь — вам не нужно быть экспертом в знании всех характеристик и значений изоляции; это наша работа.

Наша задача — предоставить вам правильную информацию, чтобы принять наилучшее решение по теплоизоляции вашего здания. Мы работаем, чтобы объяснить технические детали изоляции, чтобы помочь ответить на повседневные практические вопросы, такие как: «Какая изоляция поможет сделать мое здание наиболее комфортным, независимо от температуры?» Наша команда по контрактам R&A готова помочь вам получить нужные ответы.

Полевая оценка отражающей изоляции в Юго-Восточной Азии

Целью этого исследования было получение данных о тепловых характеристиках отражающей изоляции в условиях Юго-Восточной Азии. Данные по тепловому сопротивлению (RSI, m 2 K / W) для отражающей изоляции хорошо установлены на основе одномерных испытаний в установившемся режиме, но тепловые данные для отражающей изоляции в конструкциях, подобных тем, что находятся в Юго-Восточной Азии, скудны. Данные по отражающей изоляции в Юго-Восточной Азии будут добавлены во всемирную базу данных по этому типу энергосберегающих материалов.RSI были получены из данных о тепловом потоке и температуре трех идентичных структур в одном и том же месте. Один блок не имел изоляции над потолком, в то время как второй и третий блоки были изолированы отражающей изоляцией с коэффициентом излучения менее 0,05. RSI для неизолированной испытательной установки варьировалось от 0,37 до 0,40 м 2 ⋅ K / Вт. RSI для однослойной световозвращающей изоляции (тканая фольга) варьируется от 2,15 до 2,26 м 2 K / Вт, в то время как изоляция из пузырчатой ​​фольги варьируется от 2,69 до 3.09 м 2 ⋅ К / З. Диапазон значений RSI обусловлен различиями в расстоянии между отражающей изоляцией и крышей. Кроме того, отражающая изоляция под крышей снизила температуру чердака на целых 9,7 ° C. Наблюдалось снижение теплового потока потолка на 80-90% по сравнению с неизолированной конструкцией из-за отражающей изоляции.

1 Введение

Отражающая технология в этой статье относится к материалам и узлам, предназначенным для уменьшения теплопередачи за счет теплового излучения.Уменьшение достигается в оболочке здания за счет использования поверхностей с низким тепловым излучением (высокой отражательной способностью), ограничивающих воздушные пространства. Если, кроме того, воздушные пространства закрыты таким образом, что воздух не движется внутрь или из пространств, применение обозначается как световозвращающая изоляционная сборка (RI), а тепловое сопротивление (RSI, м 2 K / Вт) может быть измеренным или рассчитанным [1, 2]. Когда воздушное пространство вентилируется, сборка именуется радиационным барьером (РБ) [3, 4]. Излучающие барьеры обычно не оцениваются с точки зрения RSI отчасти потому, что в сборке может встречаться широкий диапазон значений.Скорее, лучистые барьеры обычно оцениваются с точки зрения уменьшенного теплового потока (Вт / м 2 ) [5, 6]. Светоотражающая технология также используется на внешних поверхностях для уменьшения солнечного излучения, то есть солнечного излучения солнца, которое поглощается внешней поверхностью [7]. Внешние применения обычно характеризуются высоким коэффициентом отражения солнечного света. Внутренние покрытия с низким тепловым излучением также используются на внутренних поверхностях, чтобы уменьшить теплопередачу между внутренним пространством и стеной с покрытием; эти материалы называются внутренними радиационными покрытиями [8].В этой статье мы сосредоточимся только на узлах светоотражающей изоляции.

1.1 Отражающая изоляция

RI — это теплоизоляция на воздушной основе. Следовательно, термическое сопротивление РУ является результатом низкой теплопроводности воздуха. Теплопроводность воздуха при 23 ° C составляет примерно 0,0259 Вт / (м⋅К) и увеличивается с повышением температуры [9, 10]. Назначение поверхности с низким коэффициентом излучения, обеспечиваемой зазором, заключается в уменьшении теплопередачи за счет излучения. Конструкция замкнутого пространства также может препятствовать движению воздуха в полости, уменьшая перенос тепла за счет конвекции.В отсутствие теплопередачи за счет излучения и конвекции RSI для воздушного пространства 25 мм составляет примерно 1,0 м 2 ⋅ K / Вт при 23 ° C [9]. Этот RSI является максимальным значением для теплоизоляции на основе воздуха как компонента с низкой теплопроводностью. Как показано в примерах на Рисунке 1, большое количество теплоизоляционных материалов, используемых в зданиях, представляют собой утеплители на воздушной основе.

Рисунок 1

Примеры трех категорий теплоизоляционных материалов

РИ изготавливаются путем прикрепления металлической фольги с низким коэффициентом излучения или металлизированной пленки к материалу подложки для поддержки.Подложка может быть, например, пластиком, бумагой, тканью, металлом или деревом. Общий полусферический коэффициент излучения открытой поверхности пленки или фольги обычно находится в диапазоне от 0,03 до 0,06. Измеренный коэффициент излучения [11, 12] поверхности RI — это свойство, которое указано на этикетках продуктов и технических бюллетенях. Во многих случаях RSI субстрата RI невелик или пренебрежимо мал. Тепловые характеристики RI основаны на уменьшении теплового потока за счет излучения через замкнутое пространство.

Отражающая технология, представленная RI (и RB), особенно полезна в жарком климате, поскольку направление теплового потока в основном направлено вниз. Свободная конвекция, как правило, является незначительным фактором, когда тепловой поток направлен вниз и в переносе тепла через воздушные пространства преобладает излучение. Погодные условия, благоприятные для использования светоотражающей технологии, будут рассмотрены в следующем разделе.

1.2 Климат в Юго-Восточной Азии

Климат в Юго-Восточной Азии таков, что в кондиционировании внутреннего пространства преобладает охлаждение.Обзор Mourshed [13] ясно показывает, что требования к охлаждению, выраженные в градусах охлаждения в днях (CDD), являются значительными в Юго-Восточной Азии, в то время как требования к нагреву, выраженные в градусах тепла в днях (HDD), в значительной степени незначительны. Мьянма и Лаос — единственные страны, в которых HDD больше 50. Это важно в настоящем обсуждении отражающей технологии, поскольку естественная конвекция сводится к минимуму, когда направление теплового потока направлено вниз, следовательно, лучистые барьеры и отражающая изоляция работают лучше всего, когда направление теплового потока вниз.

В настоящее время общая численность населения десяти стран Юго-Восточной Азии составляет более 600 миллионов человек, и эта цифра ежегодно увеличивается примерно на 1,1% в пересчете на численность населения. Валовой внутренний продукт в этих странах также увеличивается со средневзвешенной скоростью около 5% в год (данные за 2015 год). Сочетание роста населения и роста экономики приводит к увеличению спроса на жилье и увеличению спроса на кондиционируемое пространство. Как обсуждалось выше и задокументировано в таблице 1, учитывая HDD 25 (градусо-дней тепла, базовая температура 25 ° C) и CDD 25 (градусо-дни охлаждения, базовая температура 25 ° C) для столиц в Юго-Восточной Азии, спрос коммунальных предприятий будет на охлаждение.Таким образом, светоотражающая технология может снизить этот спрос.

Таблица 1

Градусные данные для типичных городов Юго-Восточной Азии

Малайзия
Страна Метеостанция HDD 25 CDD 25
KLIA 1148
Сингапур Чанги 1 1302
Филиппины NAINA 11 1388 Индонезия SoC
Таиланд Дон Муанг 48 1677
Мьянма Мае Хонг Сон 470 1082 470 1082
Брун 9048
Вьетнам Хошимин 23 90 483 1381
Камбоджа Пномпень 17 1622
Лаос Вьентьян 279 1157 9048 В среднем 9048

1.3 Создание и применение светоотражающей технологии

Страны Юго-Восточной Азии имеют жаркий и влажный климат в течение всего года, за исключением стран (, например, ., Мьянма и северный Вьетнам), которые расположены дальше к северу от экватора, в конце года наблюдается более прохладный период. Здания обычно строятся таким образом, чтобы уменьшить поступление солнечного тепла, особенно через крышу. В Юго-Восточной Азии обычно используются два типа кровли — черепичная крыша (бетон / глина) и металлическая крыша.

1.3.1 Черепичная крыша (бетонная и глина)

Большинство крыш жилых домов построено с использованием бетонной и глиняной черепицы, вероятно, из-за ее доступности, эстетических и естественных звукоизоляционных свойств. Наклон крыши обычно больше 30 °, чтобы предотвратить утечку воды во время сильного дождя с сильным ветром. Между жилым помещением и крышей сооружается потолок, чтобы создать невентилируемое чердачное пространство. Часто под плиткой нет изоляционного материала. Однако более новые дома можно изолировать с помощью RI, как показано на Рисунке 2.

Рисунок 2

Черепичная крыша с отражающей изоляцией

1.3.2 Металлическая крыша

Металлическая кровля используется в жилых, промышленных и коммерческих зданиях. В жилых домах металлическая кровля приобретает все большую популярность благодаря своей универсальной конструкции и способна предотвратить утечку воды даже во время сильных штормов. Типичный уклон крыши обычно менее 10 °. Это приводит к уменьшению невентилируемого чердачного пространства по сравнению с крышами из бетона и глиняной черепицы. Металлические крыши обычно изолированы от звука и тепла с помощью изоляционных материалов, таких как минеральная вата и стекловолокно, поддерживаемых отражающим изоляционным материалом, как показано на рисунках 3 и 4.Из рисунка 5 видно, что световозвращающая изоляция также может служить пароизоляцией. Ячеистая пластиковая изоляция, пена или пузырчатая пленка также используются, когда шумоподавление не требуется.

Рисунок 3

Металлический настил с массовой изоляцией и RI (Источник: Swissma Roofing Malaysia)

Рисунок 4

Двухслойный металлический настил с массовой изоляцией и RI (Источник: Swissma Roofing Malaysia)

Рисунок 5

RI used в качестве пароизоляции (Источник: Swissma Roofing Malaysia)

2 Оценка эффективности

Характеристики световозвращающей изоляции количественно оцениваются как тепловое сопротивление (RSI с единицей измерения m 2 K / W), как и другие теплоизоляционные материалы.RSI для световозвращающих изоляционных сборок измеряется в установившихся условиях с помощью устройства горячего ящика [14, 15]. RSI может быть рассчитан для замкнутых прямоугольных областей для конкретных значений эмиттанса, температуры поверхности и направлений теплового потока [1, 16]. Методы расчета действительны для отдельных воздушных пространств с известными условиями. Отклонения от параллельных плоских поверхностей в некоторых случаях можно компенсировать, используя среднее значение расстояния в воздушном пространстве [14, 17]. Метод расчета RSI для замкнутого отражающего воздушного пространства обычно начинается с двух уравнений.Уравнение (1) обеспечивает эффективный коэффициент излучения E для воздушного пространства, ограниченного полусферическими тепловыми излучениями ε 1 и ε 2 . Уравнение (2) представляет собой общее выражение для теплового сопротивления.

E = 1 (1ϵ1 + ​​1ϵ2−1) (1)

RSI = 1hrad + hcc (2)

Где: RSI — тепловое сопротивление в м 2 K / W; h рад — коэффициент излучения; h cc — коэффициент теплопроводности / конвекции.

Когда излучение происходит между большими параллельными плоскостями, перенос излучения рассчитывается с использованием уравнения (3). Коэффициент излучения для конечных параллельных плоскостей, разделенных повторно излучающими поверхностями, меньше, чем прогнозируется уравнением (3). В этом случае E заменяется «коэффициентом конфигурации, F 12 », который включает влияние эмиттансных коэффициентов поверхностей 1 и 2 и повторное излучение от ограничивающих поверхностей [18]. Перенос излучения вычитается из измерения общей скорости теплопередачи в горячем ящике, чтобы определить перенос конвективной проводимости через замкнутую область [14].

чрад = 5,67 × 10−8⋅E⋅ (T24 − T14) ≈0,227 × 10−6⋅E⋅Tm3 (3)

Где; E — эффективный эмиттанс; T — температура поверхности.

Это разделение тепловых потоков по типу механизма может быть неточным, если в настоящем анализе используется h rad из уравнения (3). Кондуктивно-конвективный член h cc можно оценить с помощью уравнений в ISO 6946 [16]. Кроме того, безразмерные группы Грасгофа (Gr) и Нуссельта (Nu) часто используются для описания hcc [1, 13] следующим образом:

Nu = hcc⋅d / λ = f (Gr) (4)

Gr = ΔT⋅d3⋅g⋅β / γ2 (5)

Где; d — расстояние в воздушном пространстве; g — ускорение свободного падения; λ — теплопроводность; β — коэффициент расширения газа; γ — кинематическая вязкость воздуха.

ISO 6946 содержит уравнения для прямого расчета h cc для невентилируемых воздушных пространств, которые кратко изложены ниже. Коэффициент h cc является большим из hcc0, определяемого уравнением (6), и h cc для рассчитанного направления теплового потока, когда d меньше 10% от длины и ширины воздушное пространство. Числитель в уравнении (6) — это теплопроводность воздуха [8].

hcc0 = 0,02414 + 0.000074⋅Td (6)

Если AT <5 K, то h cc = 1,25 для горизонтального теплового потока, 1,95 для теплового потока вверх и 0,12 / d 0,44 для теплового потока вниз. В противном случае ч куб.см = 0,73 ⋅ ΔT 0,333 для горизонтального теплового потока, 1,14 ⋅ ΔT 0,333 для увеличения теплового потока и 0,09 ⋅ ΔT 0,187 / d 90 для отвода тепла вниз. ISO 6946 рекомендует уменьшить расчетное значение RSI на 50% для слабовентилируемого воздушного пространства и присвоить нулевое значение RSI для хорошо вентилируемого воздушного пространства [8].Также доступны передовые методы оценки характеристик замкнутых воздушных пространств на основе компьютерного моделирования [19]. Компьютерное моделирование позволяет получить профили скорости воздуха и тепловой поток, рассчитанные по уравнениям переноса.

Эффективность систем излучающих барьеров обычно не оценивается с помощью RSI. Системы RB часто вентилируются, и их экономия достигается за счет уменьшения теплового потока в занимаемое (кондиционируемое) пространство и из-за изменений температуры пространства под излучающим барьером.Снижение температуры в чердачном помещении, содержащем вентиляционные каналы, может снизить нагрузку на систему кондиционирования воздуха. Снижение нагрузки за счет систем RB было предметом многочисленных научных работ [6, 20], которые касаются в основном установок в Северной Америке. Также имеется множество опубликованной информации о системах светоотражающей изоляции [21].

Отсутствие полевых данных для систем RI и RB для местоположений в Юго-Восточной Азии послужило мотивацией для настоящего исследования, которое сосредоточено на производительности в Малайзии.

2.1 Экспериментальные испытательные хижины

Испытательные хижины были построены для изучения характеристик лучистых барьеров и отражающей изоляции в реальных условиях окружающей среды. Хижины для испытаний, показанные на Рисунке 6, были построены на открытой местности с естественной погодой в Малакке, Малайзия. Размеры каждой хижины — 2,2 × 2,5 × 3,3 м (высота). Расстояние между испытательными хижинами — 1,9 м. Хижины для испытаний обращены на запад, чтобы предотвратить самозатенение.

Стены, включая чердак, построены из полых металлических каркасов и покрыты снаружи цементной плитой толщиной 6 мм, а изнутри — гипсокартоном толщиной 12 мм.Полость пола сверху и снизу облицована фанерой толщиной 12 мм. Полости стен и пола содержат минеральную вату толщиной 100 мм и плотностью 80 кг / м 3 , чтобы уменьшить приток тепла или теплопотери через стены и пол. Следовательно, на перепады температуры на чердаке и в помещении для испытаний в основном влияет изоляция крыши.

Чердак испытательной хижины имеет двускатную крышу. На стропила укладывается светоотражающий утеплитель с низкоэмиссионными поверхностями с двух сторон.Рейки определенных размеров используются для создания замкнутого отражающего воздушного пространства между отражающей изоляцией и черепицей. Ограждение завершается облицовкой, установленной вокруг карниза. На рис.7 показан чердак изнутри со снятым потолком. Для металлоконструкций используется односкатная конструкция. Светоотражающая изоляция и / или изоляция из минеральной ваты помещается или драпируется над обрешеткой, а кровельные панели устанавливаются над изоляцией. Нижняя сторона световозвращающего изоляционного материала создает замкнутое светоотражающее воздушное пространство.

Проект реализовывался в семь этапов в течение 12 месяцев (май 2015 г. — апрель 2016 г.). Каждая фаза состояла из различных конфигураций изоляции в трех испытательных хижинах. В этом исследовании использовались кровельные материалы, обычно встречающиеся в Малайзии, то есть бетонная черепица, глиняная черепица и металлический настил. Для изоляции использовались тканая фольга (двусторонний алюминий), пузырчатая пленка (толщиной 8 мм с двусторонним алюминием), вспененная фольга (толщиной 8 мм с двусторонним алюминием) и минеральная вата (толщиной 50 мм при плотности 40 кг / м 3 ). .

2.2 Контрольно-измерительные приборы

Испытательные хижины были оснащены пиранометром, термопарами, преобразователями теплового потока и портативными регистраторами данных. Пиранометр был размещен снаружи на вершине конька крыши испытательной хижины для регистрации освещенности в течение дня. Термопары типа K с точностью ± 1 ° C были установлены и расположены, как показано на рисунке 8, и использовались для контроля температуры поверхности материала. Каждая из испытательных хижин содержала 12 термопар — шесть под черепицей или металлическим настилом, три под изоляционным материалом и три термопары на потолке.Каждая испытательная кабина содержала датчик, прикрепленный к потолку с помощью силиконового термоклея (как показано на рисунке 9) для определения теплового потока через потолок. Портативные логгеры записывали температуру воздуха на чердаке.

Рисунок 8

Схема расположения термопар

Рисунок 9

Датчик теплового потока на потолке

2.3 Расчет RSI по переходным данным

Температуру, тепловой поток и энергетическую освещенность регистрировали с двухминутными интервалами в течение 10 дней.На рисунке 10 показана средняя температура черепицы (красная линия), тканой пленки (синяя линия) и потолка (серая линия) за тот же 10-дневный период (29 мая — 7 июня 2015 г.). Средняя наружная температура колебалась от 25 до 38 ° C. На рис. 11 показано сравнение температур трех испытательных хижин за один и тот же однодневный промежуток времени, при этом испытательная хижина 2 была без какого-либо изоляционного материала под крышей.

Рисунок 10

Средние температуры черепицы, плетеной пленки и потолка

Рисунок 11

Сравнение температур

Следует отметить, что температуры потолка для Test Hut 1 и Test Hut 3 значительно ниже, чем для Test Hut 2 во время дневное время.RSI t — это полное тепловое сопротивление двух замкнутых областей чердака, как показано уравнением (7). Тепловые потоки для верхней части чердака были получены от преобразователя, установленного на потолке, с использованием уравнения (8). Блок RSI затем вычисляется путем усреднения данных температуры и теплового потока для десяти двухминутных интервалов, как выражено в уравнении (9). Например, если есть 1000 двухминутных интервалов, то будет 100 значений RSI block .

RSIt = RSIA + RSIB (7)

QA = QB⋅ (потолочная область крыши) (8)

RSIblock = ∑i {(T1 − T2) QA + (T2 − T3) QB} i⋅Δti / ∑iΔti (9 )

Где: RSI A — для воздушного пространства между крышей и изоляционным материалом; RSI B — для воздушного пространства между изоляционным материалом и потолком; T 1 — средняя температура кровли; T 2 — средняя температура изоляционного материала; T 3 — температура верхней части потолка; Q A — тепловой поток через крышу; Q B — тепловой поток через потолок;

Δ t — двухминутный интервал; Блок RSI — это среднее значение десяти значений RSI i .

Значение блока RSI сохраняется, если удовлетворяются следующие критерии:

  1. Данные указывают на уменьшение теплового потока;

  2. Энергия излучения не менее 600 Вт / м 2 ;

  3. Тепловой поток не менее 1,0 Вт / м 2 ;

  4. Разница температур в воздушном пространстве составляет не менее 0,1 ° C;

  5. {RSI block } (n + 1) находится в пределах 25% от скользящего среднего для RSI (уравнение 10).

RSIrunning-average = ∑n {RSIblock} nn (10)

RSI block значений, которые не удовлетворяют ни одному из вышеуказанных критериев, отбрасываются. Рисунок 12 — это пример рассчитанного RSI.

Рис. 12

Значения RSI для трех испытательных хижин за 24-часовой период

2.4 Температура воздуха на чердаке

Портативные регистраторы данных были настроены на регистрацию температуры воздуха на чердаке с двухминутными интервалами. На рисунке 13 показаны результаты сравнения для фазы 1.По результатам показано, что кровля с утеплителем способна снизить температуру воздуха на чердаке.

Рисунок 13

Температура воздуха на чердаке за 10 дней

3 Результаты

RSI (м 2 ⋅ K / W) для каждой конфигурации крыши для каждой фазы приведены в таблице 2.

Таблица 2

RSI для тестовые хижины

Результаты для тестовой хижины 2 без изоляции показывают RSI 0,40 для области между крышей и потолком.Соответствующее значение, указанное в таблице K2 в AS / NZS 4859, составляет 0,28 м 2 ⋅ K / Вт. Согласие кажется разумным, учитывая большое разнообразие конструкций мансард. Усредненные по времени значения RSI в таблице 2 для изолированных чердачных помещений значительно превышают неизолированные значения. Уменьшение теплового потока через потолок приводит к более низким максимальным температурам воздуха в области под потолком, когда пространство не кондиционировано, или к снижению полезности, используемой для кондиционирования воздуха в жилых помещениях.Снижение температуры воздуха в помещении за счет утепления чердачного помещения обсуждалось в разделе 2.3. % Снижения потока тепла через потолок (HFR) оценивается с помощью уравнения (11), где RSI — для утепленного чердака.

HFR (%) = (1−0,4RSI) ⋅100 (11)

В таблице 2 показано снижение тепловых потоков через потолок в диапазоне от 80 до 90%, что означает сокращение потребления электроэнергии при кондиционировании помещения. поддерживается. Используя среднее значение CDD25, равное 1311 из таблицы 1, и коэффициент производительности кондиционирования (COP) 3, расчетная годовая экономия при изменении с 0.От 4 до 2,4 на чердаке RSI составляет 109 кВт⋅ч / (м2 2 ).

Таблица 3 показывает максимальную температуру воздуха на чердаке для всех фаз. Он показывает, что разница между кровлей с изоляцией и без нее составляет около 9 ° C (фазы 1 и 2). Температура воздуха на чердаке будет снижаться примерно на 1–1,5 ° C с каждым шагом 25 мм замкнутого отражающего воздушного пространства (см. Фазы 3 и 4). Как правило, температура воздуха на чердаке для глиняной плитки (без утеплителя) ниже, чем для бетонной плитки. Однако при утеплении глиняной и бетонной черепицы существенной разницы в температуре воздуха на чердаке нет (см. Фазу 5).На этапе 6 в хижине 3, изолированной пузырчатой ​​фольгой, была самая высокая температура воздуха на чердаке. Для фазы 7 существует разница температур воздуха на чердаке 1,5 ° C для массовой изоляции с отражающей изоляцией и без нее.

Таблица 3

Максимальные температуры воздуха на чердаке

4 Выводы

Светоотражающие технологии, RI и RB, эффективны в качестве изоляции чердаков в зданиях Юго-Восточной Азии, особенно в местах с преобладающим направлением теплового потока. вниз.Измеренное RSI для типичных чердачных применений светоотражающих материалов показало результаты в диапазоне от 2 до 3 м 2 K / Вт. Измеренные тепловые сопротивления чердаков со светоотражающей изоляцией выше, чем у массовых утеплителей той же конструкции. Было определено, что снижение теплового потока на чердаках с отражающей изоляцией превышает 80% по сравнению с неизолированным чердаком. Мелкомасштабные полевые измерения с использованием специально построенных испытательных кабин могут обеспечить значения теплового сопротивления на основе данных о переходном тепловом потоке и температуре.

Авторы выражают признательность и благодарность Исследовательскому институту солнечной энергии (SERI), Universiti Kebangsaan Malaysia и San Miguel Yamamura Sdn Bhd за данные, полученные в результате совместного исследовательского сотрудничества, без которых это исследование было бы невозможным.

Таблица номенклатуры
CDD

Градус охлаждения Дни, [дни]

CDD 25

Градус охлаждения Дни, базовая температура 25 ° C, [дни]

002

г
г ускорение, [м / с 2 ]

HDD

Тепловые градусы дней, [дни]

HDD 25

Тепловые градусы дней, базовая температура 25 ° C, [дни]

ч куб.см

Коэффициент теплопроводности / конвекции, уравнение 6, [Вт / м 2 ⋅ K]

ч рад

Коэффициент излучения, уравнение 3, [Вт / м 2 ⋅ K]

Греческими буквами
β

Коэффициент расширения, [k ​​ -1 ]

ε

Эмиттанс λ, [безразмерный]

53

Теплопроводность, [Вт / м⋅K]

γ

Кинематическая вязкость, [м 2 / с]

Безразмерные группы 2

Каталожные номера Дежарле А.О. и Ярбро Д.В., Прогнозирование тепловых характеристик светоотражающих изоляционных материалов для одного и нескольких воздушных пространств, ASTM STP 1116, Graves R.S. and Wysocki D.C., Eds. Американское общество испытаний и материалов, 1991, 24-43 Поиск в Google Scholar

[2] ASTM C1224, Стандартные спецификации для отражающей изоляции для строительных приложений, Ежегодная книга стандартов ASTM, 2014, 04.06, 710-714 Поиск в Google Scholar

[3] ASTM C1313, Стандартная спецификация для листовых излучающих барьеров для применения в строительстве, Ежегодная книга стандартов ASTM, 2014, 04.06, 758-761 Искать в Google Scholar

[4] MS 2095, Строительные материалы с излучающими барьерами и светоотражающей изоляцией — Спецификация, Стандарт Малайзии, 2014, 1-13. Поиск в Google Scholar

[5] ASTM C1340, Стандартная практика оценки притока или потерь тепла через потолки под чердаками, содержащими лучистые барьеры, с использованием компьютерной программы, Ежегодная книга стандартов ASTM, 2014, 04.06, 776-797 Поиск в Google Scholar

[6] Медина М.А., Всесторонний обзор исследований радиационного барьера, включая лабораторные и полевые эксперименты.Транзакции ASHRAE, 2012, 118 (1) (2012). Поиск в Google Scholar

[7] Андерсон Р.В., Ярбро Д.В., Грейвс Р.С. и Вендт Р.Л., Предварительная оценка радиационного контроля, покрытия для зданий, ASTM STP 1116, Грейвс Р.С. and Wysocki D.C., Eds. Американское общество испытаний и материалов, 1991, 7-23. Поиск в Google Scholar

[8] ASTM C1321, Стандартная практика установки и использования систем внутреннего контроля радиации (IRCCS) в строительных конструкциях, Ежегодная книга стандартов ASTM, 2014 г. , 04.06, 766-768 Искать в Google Scholar

[9] Стефан К. и Ласеке А., Теплопроводность жидкого воздуха, J Physical and Chemical Reference Data, 1985, 14 (1), 227-234 Искать в Google Scholar

[10] Варгафик, Н.Б., Таблицы теплофизических свойств жидкостей и газов, Джон Уайли и сыновья, Нью-Йорк, 1975, 629 Поиск в Google Scholar

[11] ASTM C1371, Стандартный метод испытаний для определения эмиттанса материалы, температура которых близка к комнатной, с использованием портативных эмиссометров, Annual Book of ASTM Standards, 2014, 04.06, 842-849 Поиск в Google Scholar

[12] Колли Т.Г., Уивер Ф.Дж. и МакЭлрой Д.Л., Оценка коммерческого портативного эмиссометра для измерения температуры окружающей среды, Reviews of Scientific Instruments, 1990, 61 (5), 1509- 1517 Искать в Google Scholar

[13] Муршед М., Климатические параметры для энергетических приложений в зданиях: временно-геопространственная оценка показателей температуры, Возобновляемая энергия, 2016, 94, 55-71 Поиск в Google Scholar

[14] Робинсон ОН и Пауэлл Ф.J., Теплоизоляционная ценность воздушного пространства, Жилищный исследовательский документ 32, Национальное бюро стандартов США, Агентство жилищного строительства и жилищного финансирования, 1954 г. Поиск в Google Scholar

[15] Desjarlais A.O. и Тай Р.П., Данные исследований и разработок для определения тепловых характеристик отражающих материалов, используемых для энергосбережения в строительстве, Отчет Национальной лаборатории Ок-Ридж ORNL / Sub / 88-SA835 / 1, 1990 г. Поиск в Google Scholar

[16] ISO 6946, Строительные компоненты и строительные элементы — Тепловое сопротивление и коэффициент теплопередачи — Метод расчета, Международная организация по стандартизации, Приложение A и Приложение B, 2005 г. Поиск в Google Scholar

[17] Там же 17, Приложение C Поиск в Google Scholar

[ 18] Макс Дж.and Hawkins GA, Elements of Heat Transfer and Insulation, 2 nd Ed., John Wiley & Sons, Inc, New York, 1950, 179-185 Search in Google Scholar

[19] Sabre HH, Maref W., Sherrer Г. и Суинтон М.К., Численное моделирование и экспериментальные исследования тепловых характеристик отражающей изоляции, J. Building Physics, 2012, 36 (2), 163-172. Поиск в Google Scholar

[20] Ли С.В., Лим Ч. и Салле Э. Б., Светоотражающие системы теплоизоляции в зданиях: обзор лучистого барьера и отражающей изоляции, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 65, 643-661 Search in Google Scholar

[21] Goss W.П. и Миллер Р.Г., Обзор литературы по измерениям и прогнозам эффективности отражающей системы изоляции зданий: 1900-1989, ASHRAE Transactions, 1989, 95 (2), 651-664 Поиск в Google Scholar

Поступила: 2017-8- 29

Принято: 2017-11-5

Опубликовано в Интернете: 2017-12-29

© 2017 K. San Teh et al .

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Лицензия.

Урок физики

На предыдущих страницах этого урока мы узнали, что тепло — это форма передачи энергии от места с высокой температурой к месту с низкой температурой. Три основных метода теплопередачи — теплопроводность, конвекция и излучение — подробно обсуждались на предыдущей странице. Теперь исследуем тему скорости теплопередачи. Эта тема имеет большое значение из-за частой необходимости увеличивать или уменьшать скорость теплового потока между двумя точками.Например, те из нас, кто живет в более холодном зимнем климате, постоянно ищут способы сохранить тепло в своих домах, не тратя слишком много денег. Тепло уходит из домов с более высокой температурой на улицу с более низкой температурой через стены, потолки, окна и двери. Мы прилагаем все усилия, чтобы уменьшить потери тепла, улучшая изоляцию стен и чердаков, конопатая окна и двери и покупая высокоэффективные окна и двери. В качестве другого примера рассмотрим производство электроэнергии. Электроэнергия в домашних условиях чаще всего производится с использованием ископаемого топлива или ядерного топлива .Метод включает в себя выработку тепла в реакторе. Тепло передается воде, и вода переносит тепло к паровой турбине (или другому типу электрического генератора), где вырабатывается электроэнергия . Задача состоит в том, чтобы эффективно передавать тепло воде и паровой турбине с минимально возможными потерями. Следует уделять внимание увеличению скоростей теплопередачи в реакторе и турбине и уменьшению скоростей теплопередачи в трубопроводах между реактором и турбиной.

Итак, какие переменные могут повлиять на скорость теплопередачи? Как можно контролировать скорость теплопередачи? Эти вопросы будут обсуждаться на этой странице Урока 1. Наше обсуждение будет ограничено переменными, влияющими на скорость теплопередачи за счет проводимости . После обсуждения переменных, влияющих на скорость теплопередачи, мы рассмотрим математическое уравнение, которое выражает зависимость скорости от этих переменных.

Разница температур

При теплопроводности тепло передается от места с высокой температурой к месту с низкой температурой.Передача тепла будет продолжаться до тех пор, пока существует разница в температуре между двумя точками. Как только в двух местах достигается одинаковая температура, устанавливается тепловое равновесие и передача тепла прекращается. Ранее в этом уроке мы обсуждали передачу тепла для ситуации, когда металлическая банка с водой высокой температуры была помещена в чашку из пенополистирола, содержащую воду с низкой температурой. Если две пробы воды оснащены датчиками температуры, которые регистрируют изменения температуры во времени, то строятся следующие графики.

На графиках выше наклон линии представляет скорость, с которой изменяется температура каждой отдельной пробы воды. Температура меняется из-за передачи тепла от горячей воды к холодной. Горячая вода теряет энергию, поэтому ее наклон отрицательный. Холодная вода набирает энергию, поэтому ее наклон положительный. Скорость изменения температуры пропорциональна скорости передачи тепла. Температура образца изменяется быстрее, если тепло передается с высокой скоростью, и менее быстро, если тепло передается с низкой скоростью.Когда два образца достигают теплового равновесия, теплопередача прекращается и наклон равен нулю. Таким образом, мы можем рассматривать наклоны как меру скорости теплопередачи. Со временем скорость теплопередачи снижается. Первоначально тепло передается с высокой скоростью, что отражается на более крутых склонах. Со временем уклон линий становится менее крутым и более пологим.

Какая переменная способствует снижению скорости теплопередачи с течением времени? Ответ: разница температур между двумя емкостями с водой.Первоначально, когда скорость теплопередачи высока, горячая вода имеет температуру 70 ° C, а холодная вода имеет температуру 5 ° C. Разница температур в двух контейнерах составляет 65 ° C. По мере того, как горячая вода начинает охлаждаться, а холодная вода начинает нагреваться, разница в их температурах уменьшается, и скорость теплопередачи уменьшается. По мере приближения к тепловому равновесию их температуры приближаются к одному и тому же значению. Когда разница температур приближается к нулю, скорость теплопередачи приближается к нулю.В заключение отметим, что на скорость кондуктивной теплопередачи между двумя местоположениями влияет разница температур между двумя местоположениями.

Материал

Первая переменная, которая, как мы определили, влияет на скорость кондуктивной теплопередачи, — это разница температур между двумя местами. Вторая важная переменная — это материалы, участвующие в передаче. В предыдущем описанном сценарии металлическая банка с водой с высокой температурой была помещена в чашку из пенополистирола, содержащую воду с низкой температурой.Тепло передавалось от воды через металл к воде. Важными материалами были вода, металл и вода. Что было бы, если бы тепло передавалось от горячей воды через стекло к холодной воде? Что бы произошло, если бы тепло было передано от горячей воды через пенополистирол к холодной воде? Ответ: скорость теплопередачи была бы другой. Замена внутренней металлической банки стеклянной банкой или чашкой из пенополистирола изменит скорость теплопередачи. Скорость теплопередачи зависит от материала, через который передается тепло.

Влияние материала на скорость теплопередачи часто выражается числом, известным как теплопроводность. Значения теплопроводности — это числовые значения, которые определяются экспериментально. Чем выше значение для конкретного материала, тем быстрее будет передаваться тепло через этот материал. Материалы с относительно высокой теплопроводностью называют теплопроводниками. Материалы с относительно низкими значениями теплопроводности называют теплоизоляторами.В таблице ниже приведены значения теплопроводности (k) для различных материалов в единицах Вт / м / ° C.

Материал

к

Материал

к

Алюминий

237

Песок (и)

0.06

Латунь (и)

110

Целлюлоза (и)

0,039

Медь (и)

398

Стекловата (и)

0.040

Золото

315

Вата (и)

0,029

Чугун (чугуны)

55

Овечья шерсть

0.038

Выводы

35,2

Целлюлоза (и)

0,039

Серебро

427

Пенополистирол (-ы)

0.03

Цинк (ов)

113

Дерево (-и)

0,13

Полиэтилен (HDPE)

0.5

Ацетон (л)

0,16

Поливинилхлорид (ПВХ)

0,19

Вода (л)

0.58

Плотный кирпич (и)

1,6

Воздух (г)

0,024

Бетон (низкая плотность)

0.2

Аргон (г)

0,016

Бетон (высокая плотность)

1,5

Гелий (г)

0.142

Лед

2,18

Кислород (г)

0,024

Фарфор

1.05

Азот (г)

0,024

Источник: http://www.roymech.co.uk/Related/Thermos/Thermos_HeatTransfer.html

Как видно из таблицы, тепло обычно передается за счет теплопроводности со значительно большей скоростью через твердые вещества (а) по сравнению с жидкостями (l) и газами (g).Передача тепла происходит с максимальной скоростью для металлов (первые восемь пунктов в левом столбце), потому что механизм проводимости включает в себя подвижные электроны (как обсуждалось на предыдущей странице). Некоторые твердые вещества в правом столбце имеют очень низкие значения теплопроводности и считаются изоляторами. Структура этих твердых тел характеризуется карманами захваченного воздуха, которые разбросаны между волокнами твердого тела. Поскольку воздух является отличным изолятором, воздушные карманы, расположенные между этими твердыми волокнами, придают этим твердым телам низкие значения теплопроводности.Одним из таких твердых изоляторов является пенополистирол, материал, используемый в изделиях из пенополистирола. Такие изделия из пенополистирола производятся путем вдувания инертного газа под высоким давлением в полистирол перед впрыском в форму. Газ заставляет полистирол расширяться, оставляя заполненные воздухом карманы, которые способствуют изоляционным свойствам готового продукта. Пенополистирол используется в холодильниках, изоляторах для пластиковых банок, термосах и даже пенопластах для утепления дома. Еще один твердый изолятор — целлюлоза.Целлюлозный утеплитель используется для утепления чердаков и стен в домах. Он изолирует дома от потери тепла, а также от проникновения звука. Его часто выдувают на чердаки как неплотно заполненный целлюлозный утеплитель . Он также применяется в качестве войлока из стекловолокна (длинные листы изоляции на бумажной основе) для заполнения промежутков между стойками 2х4 внешних (а иногда и внутренних) стен домов.

Площадь

Другой переменной, влияющей на скорость теплопередачи, является площадь, через которую передается тепло.Например, передача тепла через окна домов зависит от размера окна. Через окно большего размера дом теряет больше тепла, чем через окно меньшего размера того же состава и толщины. Больше тепла будет потеряно из дома через большую крышу, чем через меньшую крышу с такими же изоляционными характеристиками. Каждая отдельная частица на поверхности объекта участвует в процессе теплопроводности. У объекта с большей площадью больше поверхностных частиц, которые проводят тепло.Таким образом, скорость теплопередачи прямо пропорциональна площади поверхности, через которую проходит тепло.

Толщина или расстояние

Последней переменной, которая влияет на скорость теплопередачи, является расстояние, на которое тепло должно проходить. Тепло, выходящее через чашку из пенополистирола, будет уходить через чашку с тонкими стенками быстрее, чем через чашку с толстыми стенками. Скорость теплопередачи обратно пропорциональна толщине чашки.То же самое можно сказать и о тепле, проводимом через слой целлюлозной изоляции в стене дома. Чем толще изоляция, тем ниже коэффициент теплопередачи. Те из нас, кто живет в более холодном зимнем климате, хорошо знают этот принцип. Нам говорят, что перед выходом на улицу нужно одеваться слоями. Это увеличивает толщину материалов, через которые передается тепло, а также задерживает воздушные карманы (с высокой изоляционной способностью) между отдельными слоями.

Математическое уравнение

На данный момент мы узнали о четырех переменных, которые влияют на скорость теплопередачи между двумя точками. Переменными являются разность температур между двумя местоположениями, материал, присутствующий между двумя местоположениями, площадь, через которую будет передаваться тепло, и расстояние, на которое оно должно быть передано. Как это часто бывает в физике, математическая связь между этими переменными и скоростью теплопередачи может быть выражена в форме уравнения.Рассмотрим передачу тепла через стеклянное окно изнутри дома с температурой T 1 наружу с температурой T 2 . Окно имеет площадь А и толщину d. Значение теплопроводности оконного стекла составляет k. Уравнение, связывающее скорость теплопередачи с этими переменными, равно

.

Ставка = k • A • (T 1 — T 2 ) / d

Единицы измерения скорости теплопередачи — Джоуль в секунду, также известная как ватт.Это уравнение применимо к любой ситуации, в которой тепло передается в том же направлении через плоскую прямоугольную стенку . Это применимо к проводимости через окна, плоские стены, наклонные крыши (без какой-либо кривизны) и т. Д. Несколько иное уравнение применяется к проводимости через изогнутые стены, такие как стенки банок, стаканов, стаканов и труб. Мы не будем здесь обсуждать это уравнение.

Пример задачи

Чтобы проиллюстрировать использование приведенного выше уравнения, давайте рассчитаем скорость теплопередачи в холодный день через прямоугольное окно, равное 1.2 м шириной и 1,8 м высотой, имеет толщину 6,2 мм, значение теплопроводности 0,27 Вт / м / ° C. Температура внутри дома 21 ° C, а температура снаружи -4 ° C.

Чтобы решить эту проблему, нам нужно знать площадь окна. Будучи прямоугольником, мы можем вычислить площадь как ширину • высоту.

Площадь = (1,2 м) • (1,8 м) = 2,16 м 2 .

Также нужно будет обратить внимание на единицу по толщине (d).Он указывается в сантиметрах; нам нужно будет преобразовать в единицы метры, чтобы единицы были совместимы с единицами k и A.

d = 6,2 мм = 0,0062 м

Теперь мы готовы рассчитать коэффициент теплопередачи, подставив известные значения в приведенное выше уравнение.

Скорость = (0,27 Вт / м / ° C) • (2,16 м 2 ) • (21 ° C — -4 ° C) / (0,0062 м)
Скорость = 2400 Вт (округлено от 2352 Вт)

Полезно отметить, что значение теплопроводности окна дома намного ниже, чем значение теплопроводности самого стекла.Теплопроводность стекла составляет около 0,96 Вт / м / ° C. Стеклянные окна выполнены в виде двух- и трехкамерных окон со слоем инертного газа низкого давления между стеклами. Кроме того, на окна наносятся покрытия для повышения эффективности. В результате возникает ряд веществ, через которые должно последовательно проходить тепло, чтобы выйти из дома (или в него). Как и электрические резисторы, включенные последовательно, ряд термоизоляторов оказывает аддитивное влияние на общее сопротивление, оказываемое потоку тепла.Накопительный эффект различных слоев материалов в окне приводит к общей проводимости, которая намного меньше, чем у одиночного стекла без покрытия.

Урок 1 этой главы по теплофизике посвящен значениям температуры и тепла. Особое внимание было уделено развитию модели частиц материалов, которая способна объяснить макроскопические наблюдения. Были предприняты попытки развить твердое концептуальное понимание темы в отсутствие математических формул.Это прочное концептуальное понимание сослужит вам хорошую службу по мере того, как вы подойдете к Уроку 2. Глава станет немного более математической, поскольку мы исследуем вопрос: как можно измерить количество тепла, выделяемого системой или получаемого ею? Урок 2 будет относиться к калориметрии.

Проверьте свое понимание

1. Предскажите влияние следующих изменений на скорость передачи тепла через прямоугольный объект, заполнив пробелы.

а. Если площадь, через которую передается тепло, увеличивается в 2 раза, то скорость передачи тепла ________________ (увеличивается, уменьшается) в _________ раз (число).

г. Если толщина материала, через который передается тепло, увеличивается в 2 раза, то скорость теплопередачи составляет ________________ в _________ раз.

г. Если толщина материала, через который передается тепло, уменьшается в 3 раза, то скорость теплопередачи составляет ________________ в _________ раз.

г. Если теплопроводность материала, через который передается тепло, увеличивается в 5 раз, то скорость теплопередачи составляет ________________ в _________ раз.

e. Если теплопроводность материала, через который передается тепло, уменьшается в 10 раз, то скорость передачи тепла составляет ________________ в _________ раз.

ф. Если разница температур на противоположных сторонах материала, через который передается тепло, увеличивается в 2 раза, то скорость теплопередачи составляет ________________ в _________ раз.

2. Используйте информацию на этой странице, чтобы объяснить, почему слой жира толщиной 2–4 дюйма на белом медведе помогает согреть белых медведей в холодную арктическую погоду.

3. Рассмотрим приведенный выше пример проблемы. Предположим, что место, где расположено окно, заменено стеной с толстым утеплителем. Теплопроводность той же площади будет уменьшена до 0,0039 Вт / м / ° C, а толщина увеличится до 16 см.Определите коэффициент теплопередачи через эту площадь 2,16 м 2 .

Теплоизоляция пластмасс: технические свойства

Почему пластик — хороший изолятор?


Пластмассы являются плохими проводниками тепла, потому что в них практически нет свободных электронов, доступных для механизмов проводимости, таких как металлы.

Теплоизоляционная способность пластика оценивается путем измерения теплопроводности.Теплопроводность — это передача тепла от одной части тела к другой, с которой она контактирует.

  • Для аморфных пластиков при 0-200 ° C теплопроводность находится в пределах 0,125-0,2
    Вт · м -1 K -1
  • Частично кристаллические термопласты имеют упорядоченные кристаллические области и, следовательно, лучшую проводимость

Теплоизоляция из полимера ( термопластов, пенопласта или термореактивного материала ) необходима для:
  1. понимания переработки материала в конечный продукт
  2. Установите соответствующие приложения материала e.грамм. пенополимерные для изоляции

Например, PUR и PIR можно формовать в виде плит и использовать в качестве изоляционных пен для крыш, оштукатуренных стен, многослойных стен и полов.

Узнайте больше о теплоизоляции:

»Как измерить теплопроводность пластмасс?
»Как материалы проводят — Механизм
» Факторы, влияющие на теплоизоляцию
»Значения теплоизоляции некоторых пластмасс

Как измерить теплопроводность полимеров


Есть несколько способов измерить теплопроводность. Теплопроводность пластмасс обычно измеряется в соответствии с ASTM C177 и ISO 8302 с использованием устройства с защищенной горячей плитой.

Устройство с защищенной горячей плитой, как правило, признано основным абсолютным методом измерения свойств теплопередачи гомогенных изоляционных материалов в виде плоских плит.

Охраняемая плита — Твердый образец материала помещается между двумя плитами. Одна пластина нагревается, а другая охлаждается или нагревается в меньшей степени.Температура пластин контролируется до тех пор, пока она не станет постоянной. Установившиеся температуры, толщина образца и подвод тепла к горячей пластине используются для расчета теплопроводности.

Следовательно, теплопроводность k рассчитывается по формуле:


где
  • Q — количество тепла, проходящего через основание образца [Вт]
  • Площадь основания образца [м 2 ]
  • d расстояние между двумя сторонами образца [м]
  • T 2 Температура более теплой стороны образца [K]
  • T 1 температура на более холодной стороне образца [K]

Механизм теплопроводности


Теплопроводность в полимерах основана на движении молекул по внутри- и межмолекулярным связям.Структурные изменения, например сшивание в термореактивных реактивах , эластомерах и увеличивает теплопроводность, поскольку ван-дерваальсовые связи постепенно заменяются валентными связями с большей теплопроводностью.

В качестве альтернативы уменьшение длины пути между связями или факторы, вызывающие увеличение беспорядка или свободного объема в полимерах, приводят к снижению теплопроводности, следовательно, к повышению теплоизоляции.

Также упоминалось выше, наличие кристалличности в полимерах приводит к улучшенной упаковке молекулы и, следовательно, к повышенной теплопроводности.

  • Аморфные полимеры показывают увеличение теплопроводности с повышением температуры до температуры стеклования , Tg . Выше Tg теплопроводность уменьшается с повышением температуры

  • Из-за увеличения плотности при затвердевании полукристаллических термопластов теплопроводность в твердом состоянии выше, чем в расплаве. Однако в расплавленном состоянии теплопроводность полукристаллических полимеров снижается до теплопроводности аморфных полимеров

Теплопроводность различных полимеров
(Источник: Обработка полимеров Тима А.Оссвальд, Хуан Пабло Эрнандес-Ортис)

Факторы, влияющие на теплоизоляцию


  1. Органические пластмассы — очень хорошие изоляторы. Теплопроводность полимеров увеличивается с увеличением объемного содержания наполнителя (или содержания волокон до 20% по объему).
    1. Более высокая теплопроводность неорганических наполнителей увеличивает теплопроводность наполненных полимеров .
    2. Полимерные пены демонстрируют заметное снижение теплопроводности из-за включения в структуру газообразных наполнителей.Увеличение количества закрытых ячеек в пене сводит к минимуму теплопроводность за счет конвекции, дополнительно улучшая изоляционные свойства

  2. Теплопроводность расплавов увеличивается с увеличением гидростатического давления.

  3. Сжатие пластмасс оказывает противоположное влияние на теплоизоляцию, поскольку увеличивает плотность упаковки молекул

  4. Другими факторами, влияющими на теплопроводность, являются плотность материала , влажность материала и температура окружающей среды.С увеличением плотности, влажности и температуры увеличивается и теплопроводность.

Значения теплоизоляции некоторых пластмасс


Нажмите, чтобы найти полимер, который вы ищете:
A-C | E-M | PA-PC | PE-PL | ПМ-ПП | PS-X
Название полимера Мин. Значение (Вт / м · К) Макс.значение (Вт / м · К)
ABS — Акрилонитрилбутадиенстирол
0.130 0,190
ABS огнестойкий
0,173 0,175
АБС для высоких температур 0.200 0,400
АБС ударопрочный 0.200 0,400
Смесь АБС / ПК, 20% стекловолокна 0,140 0,150
ASA — Акрилонитрилстиролакрилат
0,170 0.170
Смесь ASA / PC — Смесь акрилонитрил-стиролакрилата / поликарбоната
0,170 0,170
ASA / PC огнестойкий 0,170 0,700
CA — Ацетат целлюлозы
0,250 0,250
CAB — бутират ацетата целлюлозы
0,250 0,250
CP — пропионат целлюлозы 0.190 0,190
ХПВХ — хлорированный поливинилхлорид
0,160 0,160
ECTFE 0,150 0,150
EVOH — Этиленвиниловый спирт
0,340 0,360
FEP — фторированный этиленпропилен
0,250 0,250
HDPE — полиэтилен высокой плотности
0.450 0,500
HIPS — ударопрочный полистирол
0,110 0,140
HIPS огнестойкий V0 0,120 0,120
Иономер (сополимер этилен-метилакрилат)
0,230 0,250
LCP — Жидкокристаллический полимер, армированный стекловолокном 0,270 0,320
LDPE — полиэтилен низкой плотности
0.320 0,350
LLDPE — линейный полиэтилен низкой плотности
0,350 0,450
MABS (прозрачный акрилонитрилбутадиенстирол) 0,170 0,180
PA 11 — (Полиамид 11) 30% армированный стекловолокном
0,330 0,330
PA 11, проводящий 0,330 0,330
PA 11, гибкий 0.330 0,330
PA 11, жесткий 0,330 0,330
PA 12, гибкий 0,330 0,330
PA 12, жесткий 0,330 0,330
PA 46 — Полиамид 46
0,300 0,300
PA 6 — Полиамид 6
0,240 0,240
PA 6-10 — Полиамид 6-10
0.210 0,210
PA 66 — Полиамид 6-6
0,250 0,250
PA 66, 30% стекловолокно 0,280 0,280
PA 66, 30% Минеральное наполнение 0,380 0,380
PA 66, ударно-модифицированная, 15-30% стекловолокна 0,300 0,300
PA 66, модифицированный удар
0.240 0,450
PAI — полиамид-имид
0,240 0,540
PAI, 30% стекловолокно 0,360 0,360
PAI, низкое трение 0,520 0,520
PAR — Полиарилат
0,180 0,210
PARA (Полиариламид), 30-60% стекловолокна
0,300 0.400
PBT — полибутилентерефталат
0,210 0,210
PBT, 30% стекловолокно 0,240 0,240
ПК (поликарбонат) 20-40% стекловолокно 0,220 0,220
ПК (поликарбонат) 20-40% стекловолокно огнестойкое 0,210 0,390
PC — Поликарбонат, жаростойкий
0.210 0,210
PE — Полиэтилен 30% стекловолокно
0,300 0,390
PEEK — Полиэфирэфиркетон
0,250 0,250
PEEK, армированный 30% углеродным волокном 0,900 0,950
PEEK, армированный стекловолокном, 30% 0,430 0,430
PEI — Полиэфиримид
0.220 0,250
PEI, 30% армированный стекловолокном 0,230 0,260
PEKK (Полиэфиркетонекетон), с низкой степенью кристалличности
1,750 1,750
PESU — Полиэфирсульфон
0,170 0,190
ПЭТ — полиэтилентерефталат
0,290 0,290
ПЭТ, 30% армированный стекловолокном 0.330 0,330
PETG — полиэтилентерефталат гликоль
0,190 0,190
PFA — перфторалкокси
0,190 0,260
PI — полиимид
0,100 0,350
PLA — полилактид
0,110 0,195
PMMA — Полиметилметакрилат / акрил
0.150 0,250
ПММА (акрил), высокотемпературный 0,120 0,210
ПММА (акрил) с модифицированным ударным воздействием
0.200 0,220
ПОМ — Полиоксиметилен (Ацеталь)
0,310 0,370
ПОМ (Ацеталь) Низкое трение 0,310 0,310
PP — полипропилен 10-20% стекловолокно
0.200 0,300
ПП, 10-40% минерального наполнителя 0,300 0,400
ПП, с наполнителем 10-40% талька 0,300 0,400
PP, 30-40% армированный стекловолокном 0,300 0,300
Сополимер PP (полипропилен)
0,150 0,210
PP (полипропилен) гомополимер
0.150 0,210
ПП, модифицированный при ударе
0,150 0,210
PPE — Полифениленовый эфир
0,160 0,220
СИЗ, 30% армированные стекловолокном 0,280 0,280
СИЗ, огнестойкий 0,160 0,220
PPS — полифениленсульфид
0,290 0.320
PPS, армированный стекловолокном на 20-30% 0,300 0,300
PPS, армированный 40% стекловолокном 0,300 0,300
PPS, проводящий 0,300 0,400
PPS, стекловолокно и минеральное наполнение 0,600 0,600
ПС (полистирол) 30% стекловолокно 0,190 0.190
ПС (полистирол) Кристалл 0,160 0,160
PS, высокая температура 0,160 0,160
PSU — полисульфон
0,120 0,260
Блок питания, 30% армированный стекловолокном 0,300 0,300
PTFE — политетрафторэтилен
0,240 0,240
ПТФЭ, армированный стекловолокном на 25% 0.170 0,450
ПВХ, пластифицированный
0,160 0,160
ПВХ, пластифицированный наполнитель 0,160 0,160
Жесткий ПВХ
0,160 0,160
ПВДХ — поливинилиденхлорид
0,160 0.200
PVDF — поливинилиденфторид
0,180 0.180
SAN — Стиролакрилонитрил
0,150 0,150
SAN, армированный стекловолокном на 20% 0.200 0,320
SMA — малеиновый ангидрид стирола
0,170 0,170

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ОТДЕЛЬНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ КРОВЕЛЬНЫХ ЛИСТОВ В НИГЕРИИ

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ОТДЕЛЬНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ ЛИСТОВ КРОВЛИ В НИГЕРИИ

Реквизиты счета

РЕФЕРАТ

Определена теплопроводность шести образцов.Образцы представляют собой длиннопролетные кровельные листы из чистого алюминия красного, синего, черного, зеленого и белого цветов. Также был исследован кровельный лист Giralle. Был использован метод установившегося режима с диском с осадком, и результаты показывают следующую теплопроводность образцов; 254.609 + 0,0065 Wm -1 k -1 для красного, 207,253 + 0,0063 Wm -1 k -1 для синего, 111,659 + 0,0058 Wm -1 k -1 для черного, 301,123 + 0.0055 Wm -1 k -1 зеленый, 229.925 + 0.0053 Wm -1 k -1 для белого и 152.738 + 0.0055 Wm -1 k -1 для giralle соответственно. Исходя из этих результатов, листы с зеленым покрытием имели наивысшее значение теплопроводности 301,123 + 0,0055 Вт · м -1 k -1 , а черные имели наименьшее значение теплопроводности 111,659 + 0,0058 Вт · м -1 k -1 . Далее было замечено, что цвет покрытия влияет на теплопроводность образцов, и поэтому был сделан вывод, что зеленый цвет является наиболее подходящим образцом для кровли, а черный — наименее подходящим.

СОДЕРЖАНИЕ

Титульный лист i

Сертификация ii

Декларация iii

Посвящение iv

Подтверждение v

Аннотация vii

Содержание viii

Список таблиц xi

Список рисунков x

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ВВЕДЕНИЕ

1.0 Введение 1

1.1 Цель исследования 4

1.2 Цель и задачи исследования 5

1.3 Значение исследования 6

1.4 Объем исследования 6

ГЛАВА ВТОРАЯ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО СООТВЕТСТВУЮЩЕЙ ЛИТЕРАТУРЕ

2.0 Обзор литературы по теме 7

2.1 Температурный градиент 7

2.2 Тепло и внутренняя энергия 9

2.3 Механизмы теплопередачи 10

2,4 Тепловой поток 10

2,5 Теплопроводность (K) 12

2.7 Определение теплопроводности проводника 17

2,8 Прочие термические свойства материалов 20

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

3.0 Материалы и методология исследования 23

3.1 Материалы 23

3.2 Подготовка проб 23

3.3 Анализ проб 24

3.4 Определение теплопроводности (К) образцов 25

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

РЕЗУЛЬТАТЫ, АНАЛИЗ И ОБСУЖДЕНИЕ

4.0 Представление экспериментальных результатов 30

4.1 Расчеты и выводы из графиков или температурного градиента образцов 33

4.2 Расчет теплопроводности образцов 34

4.3 Обсуждение результатов 36

ГЛАВА ПЯТАЯ

РЕЗЮМЕ, ЗАКЛЮЧЕНИЕ И РЕКОМЕНДАЦИЯ

5.0 Итоги 38

5.1 Заключение 39

5.2 Рекомендация 40

Список литературы

Приложение

ГЛАВА ПЕРВАЯ

1.0 ВВЕДЕНИЕ

Тема теплового потока и, конечно же, теплопереноса внутри системы является предметом озабоченности всего общества. Как ученые, так и не ученые, особенно когда дело касается основных жизненных потребностей; еда, кров и одежда.

Теплопроводность и теплопередача в основном регулируются теплопроводностью материалов, из которых состоит система.Процесс отопления включает в себя в основном передачу тепловой энергии из одного региона в другой (Etuk, Akpabio & Akpabio 2005). Эта передача может происходить тремя способами, а именно: проводимость, излучение и конвекция. Поэтому для полноты и освежения памяти стоит краткое обсуждение трех основных методов передачи тепла, упомянутых ранее

При конвекции тепло переносится из одного места в другое с помощью физического агента, такого как флюд (жидкость или газ).Проводимость включает тепловое перемешивание молекул, проходящих через вещество. При теплопроводности среднее положение молекул остается таким же, но не так с конвекцией, хотя для передачи тепла им требуется материальная среда, такая как твердое тело, жидкость или газ, тогда как в случае излучения материальное вещество не требуется, поскольку оно волнообразно. режим теплопередачи, при котором тепло рассматривается как электромагнитные волны.

Таким образом, теплопроводность — это перенос тепловой энергии от более теплой части к более холодной части того же тела или от более теплого к более холодному телу при физическом контакте друг с другом без смещения частиц тела.

Теплопроводность, удельная теплоемкость и термодиффузность рассматриваются как основные важные свойства материалов, но теплопроводность является особенно важным параметром для изготовления устройств, выражающим таким образом взаимосвязь между параметрами;

(1,1)

Где

— теплопроводность материала,

— плотность материала,

d — термодиффузия,

c — удельная теплоемкость

Согласно Ababio (2003), алюминий является третьим по содержанию элементом в земной коре, он в большом количестве обнаруживается в виде триоксосиликатов (IV) в горных породах и глинах.Основным источником алюминия является минеральный боксит. Боксит можно превратить в оксид алюминия (оксид алюминия) с помощью процесса Байера. Затем оксид алюминия превращается в металлический алюминий с использованием электролитических ячеек и процесса Холла-Эру. Его универсальность делает его наиболее широко используемым металлом после стали.

Алюминий — отличный отражатель лучистой энергии, от ультрафиолета до инфракрасного. Он имеет коэффициент отражения видимого света около 80%, что делает его широко используемым в осветительных приборах.Благодаря своей высокой отражательной способности для видимого света алюминиевые кровельные листы могут иметь различные эстетические узоры и цвета.

Благодаря сочетанию его физических свойств, таких как прочность, легкость, коррозионная стойкость, пригодность для вторичного использования и грозность, алюминий находит все более широкое применение. Ассортимент продукции варьируется от конструкционных материалов, кровельных листов до тонкой упаковочной пленки. Он также широко используется в производстве посуды из-за его нетоксичных свойств и высокой проводимости.

Эта работа предназначена для исследования теплопроводности (k) кровельных листов, изготовленных из алюминия и покрытых красным, синим, зеленым, черным, белым и параллельным покрытием.

Целью данной работы является определение теплопроводности алюминиевых кровельных листов с красным, синим, черным и белым покрытием, а также пигментов Giralle и использование этих значений для определения того, влияет ли цвет покрытия на теплопроводность.

Кроме того, по результатам будут сделаны соответствующие рекомендации относительно того, какой цвет подходит для кровли.

  • ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Целью данной работы является определение теплопроводности алюминиевых кровельных листов с покрытием красного, синего, черного и белого цветов. Также будет исследован кровельный лист Giralle.

Конкретные цели:

  1. Для определения теплопроводности образцов.

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *