Воздух как утеплитель между стен
Обновлено: 18.05.2024
Теплоизоляция воздушной прослойки
Зазоры, которые доступны потокам воздуха, представляют собой продухи. Они ухудшают теплоизоляционные свойства стен. Сами же зазоры замкнутые (как и закрытые поры вспененного материала) и представляют собой теплоизолирующие элементы. Ветронепродуваемые пустоты нашли широкое применение в строительстве для уменьшения теплопотерь, которые проникают через ограждающие конструкции (например, каналы в бетонных панелях, щели в блоках и кирпичах, зазоры в стеклопакетах и т. д.).
Пустоты, имеющие вид непродуваемых воздушных прослоек, применяются и в стенах бань, включая каркасного типа. Зачастую эти пустоты представляют собой основные элементами теплозащиты. К примеру, именно благодаря наличию пустот с горячей стороны стены становиться возможным использование легкоплавких пенопласт (таких, как пенополиэтилен и пенополистирол) в глубинных областях и частях стен бань высокотемпературного типа.
Однако, несмотря на свои явные плюсы пустоты в стенах одновременно представляют собой самые коварные элементы. Итак, следует нарушить в хоть малейшей степени ветроизоляцию, и вся структура пустот может превратиться единым продуваемым выхолаживающим продухом, который выключает все внешние теплоизоляционные слои из системы теплоизоляции стен. И в связи с этим пустоты стараются делать небольших размеров и друг от друга гарантированно изолируют.
Применение понятия теплопроводности воздуха (и тем более использование ультранизкого значения коэффициента теплопроводности 0,024 Вт/м град неподвижного воздуха) невозможно при оценке процессов теплопередачи через реальный воздух, так как в крупных пустотах воздух является весьма подвижной субстанцией. И в силу этого для теплотехнических расчётов процессов передачи тепла на практике даже через условно «неподвижный» воздух применяются эмпирические (или экспериментальные, опытные) соотношения. Скорее всего - в простейших случаях, в теории теплопередачи принято считать, что на поверхность тела тепловой поток из воздуха равняется в воздухе Q = аАТ, где а является эмпирическим коэффициентом теплопередачи так сказать «неподвижного» воздуха, а AT - разностью температур и поверхности тела, и воздуха.
Коэффициент же теплопередачи в обычных условиях жилых помещений равняется а = 10 Вт/м2 град ориентировочно. Именно данную цифру мы будем рассматривать при проведении оценочных как расчётах прогрева стен, так и тела человека в бане.
Тепловой поток с помощью потоков воздуха со скоростью (изменяется V (м/сек)), увеличивается на величину конвективной составляющей Q=pVАТ, где р равен примерно 6 Bт-сeк/м3-грaд. У всех величин «имеется зависимость» от пространственной ориентации, также и от шероховатости поверхности. Так, коэффициент теплопередачи от воздуха к внутренним поверхностям ограждающих конструкций равняется 8,7 Вт/м2 град, которое применяется для гладких потолков и стен, где слабо выступают рёбра (при отношении высоты рёбер «h» к расстоянию «а» между гранями по отношению к соседним рёбрам, где h/a < 0,3); 7,6 Вт/м2 град для потолков при сильно выступающих рёбрах (при отношении h/a > 0,3); 8,0 Вт/м2 град для окон и для зенитных фонарей9,9 Вт/м2 град. Это по действующим нормам CHиП 23-02-2003. У финских специалистов в почёте коэффициент теплопередачи в «неподвижном» воздухе сухих саун, который равняется 8 Вт/м2 град (что соответствует со значением принимаемым нами в пределах ошибок измерений) и 23 Вт/м2 град при наличии потоков воздуха со скоростью два метра в секунду в среднем.
Коэффициент теплопередачи со столь малым значением в условно «неподвижном» воздухе а = 10 Bт/м2 град аналогичен понятию воздуха как теплоизолятора и даёт объяснение необходимости использования высоких температур в саунах для быстрого согрева тела человека. Применительно же к стенам это означает, что при характерных теплопотерях через стены бани (пятьдесят - двести) Вт/м2 разница температур воздуха в бане и температур внутренних поверхностей стен бани может достигать (от пяти до двадцати)°С. Это довольно большая величина, и часто никем и никак не учитывающаяся. Благодаря наличию в бане сильной конвекции воздуха становиться возможным снижение перепадов температуры вдвое! Стоит отметить, что такие высокие перепады температур, которые характерны для бань, в жилых помещениях недопустимы. Например, нормируемый в CHиП 23-02-2003 между воздухом и стенами температурный перепад не должен быть более, чем четыре °С в жилых помещениях, 4,5°С в общественных и двенадцать в производственных. В помещениях жилого типа более высокие перепады температур неминуемо приводят к таким неприятным явлениям, как выпадения росы на стенах и ощущения холода от стен.
Утепляем воздухом
рованную поверхность фундамента уложили клееные плиты 300 80 мм
ционную мембрану Как только установят конек, приступают к монтажу стропил. Их конструкция аналогична балкам потолка: верхний конец опирается на коньковую балку, нижний - на стену (оба конца имеют соответствующие вырезы)
Каких только разновидностей клееного бруса не предлагают сегодня отечественные и зарубежные производители! Вроде бы никого уже ничем не удивишь. И тем не менее в этом изобилии мы нашли брус совершенно особый - полый. А стены, из него собранные, оказываются утепленными. (вы, как, впрочем, и мы, обязательно удивитесь) не чем иным, как воздухом.
Интерес отечественного застройщика к клееному брусу возрастает год от года, и это закономерно. Вроде бы то же самое, что и бревно или изготовленный из него брус, - сплошное дерево, а вот послестроительной усадки дома - практически никакой: заселяйся сразу и живи. Мы не раз рассказывали о строительстве жилья из этого замечательного материала, и казалось бы, добавить уже нечего. Однако российская инженерная мысль на месте не стоит: наши умельцы находят порой такие решения, которые их зарубежным коллегам и не снились.
Не перевелись еще на Руси.
Жил да был в небезызвестном городе Можайске тогда еще совсем не богатырь, а обычный с виду инженер по имени Василий Николаевич. Работал на заводе (совсем даже не деревообрабатывающем) начальником участка, выпускавшего деревянные изделия, в том числе и клееные. Все для него и для завода складывалось вроде бы неплохо, вот только начали могучую страну сотрясать всяческие перемены (совсем не к лучшему) да кризисы. И оказались никому не нужны и большой завод, и входящий в его состав совсем небольшой участок. Призадумался тогда Василий Николаевич: "Как же так? За рубежом, в той же Финляндии, деревообрабатывающие цеха и заводы нужды не знают, а выпускаемая ими продукция у россиян устойчивым спросом пользуется, несмотря ни на какие кризисы. А у меня такое же производство почему-то стоит. " И стало ему обидно - и за державу нашу великую в целом, и за свой производственный участок маленький в частности. Начал он посещать выставки строительные, присматриваться, призадумываться - ума-разума набираться. И вот на одной из выставок увидел новинку, по тем временам неслыханную - брус, склеенный из трех толстых цельных досок, и осенило его: "А на что средняя доска в сем изделии нужна? Ни красы от нее, поскольку ни снаружи, ни изнутри помещения она не видна. Ни радости - в смысле увеличения прочности. Один дополнительный расход древесины. Вполне можно ее короткими вставками заменить. Да и зачем использовать дорогущую цельную доску, если можно ее склеить из собранных на мини-шип брусочков-ламелей?»
Не стал он другие новаторские экспонаты даже и смотреть, а поспешил на родной участок - думать, считать, экспериментировать. Много ли, мало ли времени занял у него этот процесс, сколько ночей он глаз не смыкал - о том нам не ведомо, а только точно знаем по собственному опыту, что скоро разве что сказки сказываются. И изобрел Василий Николаевич новый элемент конструкции - деревянный полый блок (ДПБ), да еще и разработал технологию производства таких блоков и строительства домов из них. И получил он на свое изобретение бумагу очень серьезную, всеми необходимыми государственными печатями скрепленную. Патент! В общем, честь русской инженерной мысли не посрамил. Чем не богатырь? И на достигнутом Василий Николаевич останавливаться совсем не собирается - свою технологию он постоянно совершенствует.
Осторожно - мыши!
Что же такое ДПБ?
Из высушенных дощечек склеивают, если можно так сказать, панель сечением 236 109 мм. Она и служит основным элементом не только деревянного полого блока, но и сопутствующей продукции. Для изготовления ДПБ панель строгают с четырех сторон, придавая ей необходимый профиль, а затем каждые две панели склеивают в блок, используя в качестве вставок между ними короткие обрезки этих же панелей (по терминологии создателя технологии - закладные элементы). Склеенные заготовки нарезают в меру, после чего в них фрезеруют соединительные чаши. Готовые ДПБ покрывают бесцветным биозащитным составом и упаковывают в полиэтиленовую пленку, спасающую от дождя.
После возведения внешних стен первого этажа приступают к созданию стен внутренних. Их также укладывают на подкладные клееные плиты. Соединительный узел имеет форму ласточкиного хвоста, его фиксируют клиньями
Чем ДПБ лучше обычного клееного бруса? Во-первых, они на 25-30 % дешевле своего прототипа аналогичных размеров (для изготовления 1 м 3 ДПБ необходимо 0,97 м 3 древесины, а для производства 1 м 3 обычного клееного бруса - 1,3-1,5 м 3 ).
Во-вторых, ДПБ примерно на 25 % легче, а значит, на стройплощадке не нужны ни краны, ни тяжелая техника.
В-третьих, у стены, построенной из ДПБ, сопротивление теплопередаче примерно в 1,5 раза выше аналогичного показателя стены, возведенной из обычного бруса, благодаря заключенной внутри ее воздушной прослойке (воздух - лучший теплоизолятор после вакуума). Эти принципы «утепления» уже давно успешно используются в оконных стеклопакетах и термосах.
В-четвертых, в конструкции ДПБ отсутствуют вертикальные клеевые слои, мешающие процессу так называемого дыхания дерева (конечно, если не считать соединяющих панели закладных элементов, занимающих примерно 25 % площади ДПБ в вертикальном продольном сечении).
И в-пятых, намокшая по тем или иным причинам древесина в ДПБ благодаря оригинальной конструкции сохнет совсем не так, как обычная. В последнем случае, если дерево намокло, часть влаги обязательно поступает в центр бревна (бруса), а затем по капиллярам - к его торцам, через которые и выходит наружу. В ДПБ влага из древесины выходит внутрь стены и вдоль волокон не распространяется. Дело в том, что во внутренней полости стены воздух все-таки циркулирует, перемещаясь снизу вверх (подтверждено практикой). Этот поток, пусть даже очень слабый, и уносит влагу.
Теперь, когда мы разобрались с конструкцией и преимуществами ДПБ, настало время рассказать о технологии строительства. Рассмотрим ее на примере загородного дома, возведенного строительной бригадой фирмы «ПСК-Дэл». Для краткости подробно остановимся только на принципиальных или особо оригинальных и удачных, с нашей точки зрения, моментах технологии.
На том стоим
Для фундамента вырыли котлован глубиной 180 см, на дне которого по периметру устроили сначала песчаную (150 мм), а потом гравийную (также 150 мм) ленточные подушки. По ним залили так называемый подпятник - ленту из бетона шириной 600 и толщиной 200 мм. Поверх подпятника установили дощатую опалубку, в которую уложили арматурный каркас и, используя бетон марки М250, отлили ленты фундамента шириной 500 мм. Когда бетон застыл, эту опалубку сняли, а доски использовали для устройства горизонтального настила: с его помощью отлили монолитную железобетонную плиту толщиной 150 мм. Всю поверхность этой плиты затем покрыли слоем наплавляемой гидроизоляции. Обустраивать подвал под домом хозяева решили позднее.
Нет предела совершенству
Утепленные стены
Их возведение началось с того, что по периметру внешних стен уложили клееные подкладные плиты, обработанные биовлагозащитным составом. На них расположили первый венец, имеющий форму прямоугольного бруса. Затем в центральный продольный паз каждой из панелей, составляющих ДПБ, поместили ленту из вспененного полиэтилена - этот нехитрый прием позволяет значительно снизить продуваемость межвенцовых стыков. Далее уложили второй ряд блоков, скрепив его с первым довольно оригинальным способом. Сначала в пазы блоков с минимальным усилием вбили небольшие бруски-клинья, причем таким образом, чтобы брусок находился одновременно и в верхнем, и в нижнем блоке, удерживая их от горизонтального смещения. Потом блоки стянули друг с другом полиэстеровой лентой, которую обычно используют при упаковке грузов, - она охватывает сразу четыре близлежащих закладных элемента в двух рядах ДПБ. Такая лента прекрасно работает на разрыв и способна выдерживать усилие до 750 кгс (можно применять ленту и на 1100 кгс - она дороже всего на 25 %). При скреплении венцов ленту натягивают с помощью специальной машинки (ее также задействуют при упаковке грузов) с усилием 500-600 кгс. При повышении температуры лента в конструкции, естественно, может ослабевать, но остаточное усилие все равно составляет 300-400 кгс.
Далее уложили третий ряд блоков, теперь уже не с прямоугольной, а с полукруглой внешней кромкой, и скрепили с вторым рядом тем же способом - используя бруски и ленту. Все последующие ряды выкладывали из подобного бруса, в результате чего стены дома выглядят так, как будто собраны из бревна.
Между этажами
Еще одно оригинальное решение: конструкция междуэтажного перекрытия предусматривает два ряда балок - потолочные и балки пола, устанавливаемые на расстоянии друг от друга. И те и другие вложили в специальные пазы, вырезанные на заводе в соответствующих по высоте блоках стены. Вначале смонтировали балки потолка. Проемы между ними заполнили короткими досками, опирающимися обоими концами на полочки в балках, а сверху - минватой. Когда собрали потолок (он является и накатом чернового пола), установили балки пола, а на них набили напольную доску.
В проемах окон и дверей торцы ДПБ прикрывают пароизо-ляционной пленкой, а затем клееной доской, которую крепят к блокам саморезами
В чем же изюминка? В том, что несущие конструкции пола и потолка, как говорят специалисты, развязаны: усилия и нагрузки, испытываемые полом, не передаются конструкции потолка. Такое перекрытие почти не пропускает даже звук со второго этажа на первый (разве что стены проводят небольшие структурные шумы).
Конструкция пола первого этажа более проста: его смонтировали по лагам, опирающимся на клееные подкладные плиты. Между лагами уложили утеплитель слоем 150 мм, прикрытый сверху пароизоляционной мембраной.
Кровля - дело важное
Стропила кровельной конструкции по форме напоминают балки потолка междуэтажного перекрытия, только более мощные. Проемы между балками, как и в перекрытии, заполнили короткими потолочными досками. На них сверху настелили пароизоляцию, а затем - утеплитель толщиной 150 мм, который прикрыли диффузионной мембраной. Далее поверх стропил положили широкие клееные доски, образовав сплошной настил; между утеплителем и настилом оставили вентиляционный зазор.
На вершине кровли так называемым конструктивным способом из тех же клееных досок создали вентилируемый конек, в который выходят вентзазоры обоих скатов крыши. Затем по просьбе хозяев поверх дощатого уложили еще один сплошной настил из ОСП-плит, на который в соответствии с рекомендованной производителем технологией наклеили сплошной гидроизоляционный ковер, а на него - мягкую битумную черепицу.
Невидимые коммуникации
Прокладку электрокабелей начали еще во время возведения стен: в них заложили ПВХ-трубки, в которые заранее пропустили стальную проволоку. На стадии отделки выполнили разводку кабеля - прямо по плите основания и между балками перекрытия первого этажа, а затем продернули его в полостях стен с помощью стальной проволоки.
Все прочие коммуникации также прокладывали в междуэтажном перекрытии - довольно высокие лаги-балки позволяют легко скрыть не только трубы отопления и водоснабжения, но и канализационные трубы большого диаметра, даже уложенные с уклоном.
Что в итоге?
Можно смело и даже с гордостью (не только за державу, но и за ее граждан) констатировать: изобретена и воплощена в реальность новая технология строительства, не имеющая зарубежных аналогов. Основные очевидные недостатки - это, скажем так, некая непривычность конструкции (стена-то полая - а как же принцип "Мой дом - моя крепость"?) и непроверенность временем (тем более что технология постоянно совершенствуется). Достоинств же значительно больше: и высокая скорость сооружения дома благодаря тому, что все элементы доведены до готовности еще на заводе, и более низкая стоимость по сравнению с вариантом строительства из цельного клееного бруса. К этому стоит добавить удобство прокладки любых коммуникаций в процессе возведения дома (но не после него).
Подготовлена и оригинальная обслуживающая потребителя структура. Допустим, вы приходите заказывать себе дом, но ни один из предложенных проектов (а их уже насчитывается несколько десятков) вам не понравился. У вас есть свой эскиз? Замечательно! В архитектурном бюро его в кратчайшие сроки проработают применительно к существующему ассортименту унифицированных узлов и деталей и создадут для вас индивидуальный проект (стоимость - около 2 тыс. руб. за 1 м 2 ). Согласно прилагаемому к нему списку деталей на складе вам соберут все необходимое, упакуют и отправят автотранспортом, снабдив исчерпывающей технологической документацией. Хотите - наймите строителей фирмы, хотите - пригласите свою бригаду, а на фирме закажите шеф-монтаж (то есть услуги периодически приезжающего специалиста, который координирует действия рабочих) или собирайте из этих деталей дом сами (почему бы и нет?!).
Укрупненный расчет стоимости* строительства дома общей площадью 169,3 м 2 , аналогичного представленному
| Наименование работ | Кол-во | Цена, руб. | Стоимость, руб. |
|---|---|---|---|
| ФУНДАМЕНТНЫЕ РАБОТЫ | |||
| Выноска осей, планировка, разработка и выемка грунта | 18 м 3 | 1000 | 18 000 |
| Устройство оснований из песка, щебня | 20 м 3 | 220 | 4400 |
| Устройство фундаментов ленточных железобетонных | 30 м 3 | 6000 | 180 000 |
| Наплавляемая рулонная гидроизоляция горизонтальная и боковая | 20 м 2 | 750 | 15 000 |
| ИТОГО | 217 400 | ||
| Применяемые материалы по разделу | |||
| Бетон тяжелый | 30 м 3 | 3100 | 93 000 |
| Щебень гранитный, песок | 20 м 3 | 1100 | 22 000 |
| Гидростеклоизол, мастика битумная | 20 м 2 | - | 3000 |
| Арматура, щиты опалубки и прочие материалы | компл. | - | 80 500 |
| ИТОГО | 198 500 | ||
| СТЕНЫ, ПЕРЕГОРОДКИ, ПЕРЕКРЫТИЯ, КРОВЛЯ | |||
| Сборка стен, перегородок, перекрытий, элементов крыши с устройством обрешетки, изоляция утеплителем, устройство покрытия из битумной черепицы | компл. | - | 405 000 |
| ИТОГО | 405 000 | ||
| Применяемые материалы по разделу | |||
| Подвенечный оклад | компл. | - | 70 000 |
| Стены и угловые сборки из деревянных полых блоков | компл. | - | 1 005 000 |
| Балки перекрытий | компл. | - | 125 000 |
| Комплект «блок-крыша» | компл. | - | 256 000 |
| Комплект «блок-пол» | компл. | - | 132 000 |
| Оконные и дверные оклады | компл. | - | 12 600 |
| Паро-, ветро- и гидрозащитные пленки | компл. | - | 14 000 |
| Утеплитель | компл. | - | 35 000 |
| Мягкая черепица, комплектующие Tegola | компл. | - | 90 000 |
| ИТОГО | 1 739 600 | ||
| ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ | |||
| Электромонтажные и сантехнические работы | компл. | - | 290 000 |
| ИТОГО | 290 000 | ||
| Применяемые материалы по разделу | |||
| Котельное оборудование | компл. | - | 180 000 |
| Сантехническое и электромонтажное оборудование | компл. | - | 170 000 |
| ИТОГО | 350 000 | ||
| * - расчет выполнен без учета накладных, транспортных и других расходов, а также прибыли фирмы | |||
 План первого этажа |  План второго этажа |  Сечения деревянных полых блоков для устройства стен и перегородок, мм |
Редакция благодарит фирму «ПСК-Дэл» за помощь в подготовке материала.
Воздушная прослойка как теплоизоляция.
Вы правы и не правы одновременно. Действительно, воздух обладает малой теплопроводностью, но он подвижен. Холодный воздух как известно опускается вниз а теплый поднимается вверх. Таким образом, в Вашей воздушной прослойке всегда будет действовать два процесса. У внешней стены воздух будет охлаждаться и двигаться вниз, а у гипсокартона он будет нагреваться и двигаться в вверх. Этим круговым движением воздуха будет достигаться эффективный перенос тепла из помещения наружу. Многочисленные типы и виды теплоизоляционных материалов сконструированы именно для того, чтобы затруднить циркуляцию воздуха. Именно этим и достигаются характеристики того или иного материала. Кстати, в одном из материалов я уже затрагивал эту тему. Это один из моих самых лучших вопросов про теплоизоляцию и зимний сад. О моем отношении к утеплению стен изнутри я тоже много писал.
Воздух лучший изолятор?!
И да, и нет. Если просто взять стену каркасного дома, то она состоит из двух обшивок и в середине теплоизоляция. Убираем утеплитель, остается воздух. Как вы думаете, будет тепло в доме, даже если очень хорошо топить? Тепло не будет. Но воздух действительно хороший изолятор, если находится в состоянии покоя. Что же тогда происходит в пустой стене? А все очень просто. Одну обшивку каркаса мы нагреваем. Находящиеся в соприкосновении с теплой обшивкой молекулы воздуха нагреваются и начинают движение в сторону холодной обшивки и передают энергию холодной обшивке.
Поэтому задачей утеплителя является замедлить этот круговорот внутри стены дома. Утеплитель с малой плотностью плохо замедлит передачу энергии. Наилучший коэффициент теплопроводности будет у теплоизоляции с плотностью 70÷90кг/м3. Поэтому когда продавцы говорят, что легкий и дешевый утеплитель годится и для кровли и для стен, то их можно понять – им надо продать, а продать хорошо можно то, что дешевле. Кроме этого легкий утеплитель плотностью до 50кг/м3 с большой вероятностью просядет внутри стены со временем, и образуются пустые полости – мостики холода.
Теплоизолирующая способность воздушных прослоек
Сегодня мы рассмотрим теплопроводность воздушной прослойки. Обратите внимание! Темой для отдельного разговора является теплопроводность самого воздуха и его зависимость от температуры и давления. В рамках же текущей статьи мы поговорим именно о теплопроводности прослойки воздуха, и применении этих данных при расчете ограждающих конструкций.
p, blockquote 1,0,0,0,0 -->
Прежде всего отметим, что передача тепла через воздушную прослойку при разности температур на ее противоположных поверхностях, может происходить одним из трех возможных способов: путем излучения, путем конвекции, и путем теплопроводности. Подробнее это показано на рис. 1.12.
p, blockquote 2,0,0,0,0 -->
p, blockquote 3,0,0,0,0 -->
Понятно, что теплопроводность неподвижного воздуха очень мала. Поэтому, если бы в воздушных прослойках воздух находился в состоянии покоя, термическое сопротивление таких прослоек воздуха было бы очень высоким.
p, blockquote 4,0,0,0,0 -->
На самом же деле, в воздушных прослойках ограждающих конструкций воздух всегда движется. К примеру, у более теплой поверхности вертикальных прослоек он перемещается вверх, а у холодной — вниз. Понятно, что из-за такого движения термическое сопротивление воздушных прослоек снижается, и становится тем меньше, чем сильнее конвекция.
p, blockquote 5,0,0,0,0 -->
Поэтому в прослойках с движущимся воздухом количество тепла, передаваемого путем теплопроводности, очень мало по сравнению с теплопередачей путем конвекции.
p, blockquote 6,0,0,0,0 -->
Более того. По мере увеличения толщины воздушной прослойки, возрастает и количество тепла, которое передается путем конвекции. Поскольку меньше становится влияние трения воздушных струек о стенки. Следствием этого является тот факт, что для воздушных прослоек не существует прямой пропорциональности между увеличением толщины слоя и значением его термического сопротивления (если помните, такая прямая пропорция является характерной для твердых материалов).
p, blockquote 7,0,0,0,0 -->
Значение коэффициента, который можно было бы принять для свободной конвекции у какой-либо поверхности, уменьшается вдвое. Поскольку при передаче тепла конвекцией от более теплой поверхности воздушной прослойки к более холодной, преодолевается сопротивление двух пограничных слоев воздуха, прилегающих к этим поверхностям.
p, blockquote 8,0,0,0,0 -->
Теперь давайте разберемся с зависимостью количества тепла, передаваемого через воздушную прослойку путем излучения.
p, blockquote 9,0,0,0,0 -->
Количество лучистого тепла, передаваемого от более теплой поверхности к более холодной, не зависит от толщины воздушной прослойки. Как мы уже сказали, оно определяется коэффициентом излучения поверхностей и разностью, пропорциональной четвертым степеням их абсолютных температур (1.3).
p, blockquote 10,0,0,0,0 -->
Теперь давайте подведем итог. В общем виде поток тепла Q, передаваемый через воздушную прослойку, может быть выражен таким образом:
p, blockquote 11,0,0,0,0 -->
- где αк — коэффициент теплообмена при свободной конвекции;
- δ — толщина прослойки, м;
- λ — коэффициент теплопроводности воздуха в прослойке, ккал·м·ч/град;
- αл — коэффициент теплообмена за счет излучения.
На основании данных экспериментальных исследований обычно трактуют величину коэффициента теплопередачи воздушной прослойки как вызванную теплообменом, происходящим путем конвекции и теплопроводности:
p, blockquote 13,0,0,0,0 -->
p, blockquote 14,0,0,0,0 -->
но зависящую преимущественно от конвекции (здесь λэкв — условная эквивалентная теплопроводное™ воздуха в прослойке); тогда при постоянном значении Δt термическое сопротивление воздушной прослойки Rв.п будет:
p, blockquote 15,0,1,0,0 -->
p, blockquote 16,0,0,0,0 -->
p, blockquote 17,0,0,0,0 -->
Явления конвективного теплообмена в воздушных прослойках зависят от их геометрической формы, размеров и направления потока тепла; особенности этого теплообмена могут быть выражены величиной безразмерного коэффициента конвекции ε, представляющего отношение эквивалентной теплопроводности к теплопроводности неподвижного воздуха ε=λэкв/λ.
p, blockquote 18,0,0,0,0 -->
Путем обобщения с помощью теории подобия большого количества экспериментальных данных М. А. Михеевым установлена зависимость коэффициента конвекции от произведения критериев Грасгофа и Прандтля, т. е.:
p, blockquote 19,0,0,0,0 -->
p, blockquote 20,0,0,0,0 -->
p, blockquote 21,0,0,0,0 -->
установленного на основе этой зависимости при tср=+10°, приведены для температурного перепада на поверхностях прослойки, Δt=10° в табл. 1.6.
p, blockquote 22,0,0,0,0 -->
p, blockquote 23,0,0,0,0 -->
Относительно небольшие величины коэффициентов передачи тепла через горизонтальные прослойки при потоке тепла сверху вниз (например, в цокольных перекрытиях отапливаемых зданий) объясняются малой подвижностью воздуха в таких прослойках. Ведь наиболее теплый воздух сосредоточивается у более нагретой верхней поверхности прослойки, затрудняя конвективный теплообмен.
p, blockquote 24,0,0,0,0 -->
p, blockquote 25,0,0,0,0 -->
p, blockquote 26,0,0,0,0 -->
p, blockquote 27,0,0,0,0 -->
В летних условиях величина αл увеличивается, а термическое сопротивление прослоек уменьшается. Зимой, для прослоек, расположенных в наружной части конструкций, отмечается обратное явление.
p, blockquote 28,0,0,0,0 -->
Для применения в практических расчетах нормы строительной теплотехники ограждающих конструкций СНиП приводят значения термических сопротивлений замкнутых воздушных прослоек
p, blockquote 29,0,0,0,0 -->
p, blockquote 30,0,0,0,0 -->
указанные в табл. 1.8.
p, blockquote 31,1,0,0,0 -->
Величины Rв.пр, приведенные в таблице, соответствуют разности температур на поверхностях прослоек, равной 10°. При разности температур 8°, величина Rв.пр умножается на коэффициент 1,05, а при разности 6° — на 1,10.
p, blockquote 32,0,0,0,0 -->
p, blockquote 33,0,0,0,0 -->
Приведенные данные о термическом сопротивлении относятся к замкнутым плоским воздушным прослойкам. Под замкнутыми понимаются воздушные прослойки, ограниченные непроницаемыми материалами, изолированные от проницания воздуха извне.
p, blockquote 34,0,0,0,0 -->
Поскольку пористые строительные материалы воздухопроницаемы, к замкнутым могут быть отнесены, например, воздушные прослойки в конструктивных элементах из плотного бетона или других плотных материалов, практически не пропускающих воздуха при тех величинах разности давлений, которые типичны для эксплуатируемых зданий.
p, blockquote 35,0,0,0,0 -->
Экспериментальные исследования показывают, что термическое сопротивление воздушных прослоек в кирпичной кладке снижается примерно вдвое по сравнению с величинами, указанными в табл. 1.8.
p, blockquote 36,0,0,0,0 -->
Поэтому при недостаточном заполнении швов между кирпичами раствором (например, при выполнении работ в зимних условиях) воздухопроницаемость кладки может возрасти, а термическое сопротивление воздушных прослоек приблизиться к нулю.
p, blockquote 37,0,0,0,0 -->
p, blockquote 38,0,0,0,0 -->
Иногда в бетонных или керамических блоках предусматривают прямоугольные пустоты небольшой длины, часто приближающиеся к квадратной форме. В таких пустотах передача лучистого тепла возрастает за счет дополнительного излучения боковых стенок.
p, blockquote 39,0,0,0,0 -->
Прирост величины αл незначителен при отношении длины прослойки к ее толщине, равной 3:1 или более; в пустотах квадратной или круглой формы этот прирост достигает 20%.
p, blockquote 40,0,0,0,0 -->
Эквивалентный коэффициент теплопроводности, учитывающий передачу тепла конвекцией и излучением в квадратных и круглых пустотах значительных размеров (70—100 мм) существенно возрастает. Поэтому использование таких пустот в материалах с ограниченной теплопроводностью (0,50 ккал/м·ч·град и менее) не имеет смысла с точки зрения теплофизики.
p, blockquote 41,0,0,0,0 -->
Применение квадратных или круглых пустот указанного размера в изделиях из тяжелых бетонов имеет главным образом экономическое значение (уменьшение веса); это значение утрачивается для изделий из легких и ячеистых бетонов, поскольку использование таких пустот может привести к понижению термического сопротивления ограждающих конструкций.
p, blockquote 42,0,0,0,0 -->
p, blockquote 43,0,0,0,0 -->
Рис. 1.13. Целесообразное многорядное расположение воздушных прослоек
p, blockquote 44,0,0,0,0 -->
В противоположность этому, применение плоских тонких воздушных прослоек, особенно при многорядном их расположении в шахматном порядке (рис. 1.13), целесообразно. При однорядном размещении воздушных прослоек более эффективно их расположение в наружной части конструкции (если обеспечена ее воздухонепроницаемость), поскольку термическое сопротивление таких прослоек в холодный период года возрастает.
p, blockquote 45,0,0,0,0 -->
Применение воздушных прослоек в утепленных цокольных перекрытиях над холодными подпольями более рационально, чем в наружных стенах, поскольку передача тепла конвекцией в горизонтальных прослойках этих конструкций существенно уменьшается.
p, blockquote 46,0,0,0,0 -->
Теплофизическая эффективность воздушных прослоек в летних условиях (защита от перегрева помещений) снижается по сравнению с холодным периодом года; однако эта эффективность возрастает за счет использования прослоек, вентилируемых в ночное время наружным воздухом.
p, blockquote 47,0,0,1,0 -->
При проектировании полезно иметь в виду, что ограждающие конструкции с воздушными прослойками обладают меньшей влажностной инерцией по сравнению со сплошными. В сухих условиях конструкции с воздушными прослойками (вентилируемыми и замкнутыми) быстро подвергаются естественной сушке и приобретают дополнительные теплозащитные свойства за счет малой влажности материала.
p, blockquote 48,0,0,0,0 -->
Во влажных же помещениях все происходит наоборот — конструкции с замкнутыми прослойками могут сильно переувлажняться, что связано с потерей теплофизических качеств и вероятностью преждевременного их разрушения.
p, blockquote 49,0,0,0,0 -->
Из сказанного выше понятно, что передача тепла через воздушные прослойки в большой мере зависит от излучения. Однако применение отражательной изоляции с ограниченной долговечностью (алюминиевой фольги, окраски и т. д.) для повышения термического сопротивления воздушных прослоек может быть целесообразным только в конструкциях сухих зданий с ограниченным сроком службы.
p, blockquote 50,0,0,0,0 -->
В сухих капитальных зданиях дополнительный эффект отражательной изоляции также полезен, но следует учитывать, что даже при утрате ее отражательных качеств теплофизические свойства конструкций должны быть не менее требуемых с тем, чтобы обеспечить нормальную эксплуатацию конструкций.
p, blockquote 51,0,0,0,0 -->
В каменных и бетонных конструкциях с большой начальной влажностью (ровно, как и во влажных помещениях) использование алюминиевой фольги практически теряет всяческий смысл. Поскольку ее отражательные свойства могут быть быстро нарушены из-за коррозии алюминия во влажной щелочной среде.
p, blockquote 52,0,0,0,0 -->
Кроме того следует отметить, что применение отражательной изоляции наиболее эффективно в горизонтальных замкнутых воздушных прослойках при направлении потока тепла сверху вниз (цокольные перекрытия и т. д.). То есть именно тогда, когда конвекция почти отсутствует и передача тепла происходит в основном путем излучения.
p, blockquote 53,0,0,0,0 -->
p, blockquote 54,0,0,0,0 -->
p, blockquote 55,0,0,0,0 -->
Иногда возникают предложения о теплофизической целесообразности разделения воздушных прослоек по толщине экранами из тонкой алюминиевой фольги. Предлагается это в целях резкого уменьшения потока лучистого тепла.
p, blockquote 56,0,0,0,0 -->
Однако такие методы не имеет смысла использовать для ограждающих конструкций капитальных зданий, поскольку малая эксплуатационная надежность такой теплозащиты не соответствует необходимой долговечности конструкций указанных зданий.
p, blockquote 57,0,0,0,0 -->
Расчетное значение термического сопротивления воздушной прослойки с отражательной изоляцией на более теплой поверхности повышается примерно вдвое по сравнению с величинами, указанными в табл. 1.8.
p, blockquote 58,0,0,0,0 -->
В южных районах конструкции с воздушными прослойками обладают достаточной эффективностью в отношении защиты помещений от перегрева. Применение отражательной изоляции приобретает в этих условиях особенно большой смысл, поскольку превалирующая часть тепла передается в жаркое время года излучением.
p, blockquote 59,0,0,0,0 -->
Поэтому имеет смысл экранировать наружные стены многоэтажных зданий лучеотражающими долговечными отделками в целях повышения теплозащитных свойств ограждений и снижения их веса. Подобные экраны необходимо устраивать таким образом, чтобы под экранами была расположена воздушная прослойка, а другая поверхность была покрыта окрасочной или иной экономичной отражательной изоляцией.
p, blockquote 60,0,0,0,0 -->
Усиление конвекции в воздушных прослойках (например, за счет активного вентилирования их наружным воздухом, поступающим с затененных, озелененных и обводненных участков прилегающей территории) превращается для летнего периода в положительный теплофизический процесс.
p, blockquote 61,0,0,0,0 -->
В противоположность этому, в зимних условиях такой вид переноса тепла, в большинстве случаев, совершенно нежелателен.
p, blockquote 62,0,0,0,0 --> p, blockquote 63,0,0,0,1 -->
По материалам работы В.М. Ильинского «Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат зданий)»
Читайте также: