ВКР ДРАНИЧКИНА ЕЛЕНА. Экранной изоляции

• Название: Экранной изоляции
• Анкор: ВКР ДРАНИЧКИНА ЕЛЕНА
• Дата: 09.11.2022
• Размер: 0.79 Mb.
• Имя файла: VKR_Dranichkina_11324095.docx
• Тип: Обзор; #778873
• страница: 1 из 16

Содержание

Введение

Глава 1 Современное состояние вопросов в области исследования процессов теплопередачи в ограждающих конструкциях с экранной тепловой изоляцией

1. 
   Обзор материалов теплового расчёта экранной изоляции
   

Выводы по главе

Глава 2 Математическое моделирование процессов теплообмена в ограждающих конструкциях с применением экранной изоляции

1. 
   Математическое моделирование процесса теплопередачи
   

Выводы по главе

Глава 3 Исследование теплозащитных характеристик материалов экранной изоляции и ограждающих конструкций с ее применением

Выводы по главе

Заключение

Список использованной литературы

Приложения

ВВЕДЕНИЕ
В последние годы особое внимание в нашей стране уделяется вопросам энергосбережения. Необходимость в снижении потребления минерального сырья и ископаемого органического топлива прежде всего связано с сокращением их запасов и, как следствие, постоянным удорожанием. Поэтому осуществление мер по энерго- и ресурсосбережению является приоритетным направлением по снижению энергоёмкости российской экономики. В связи с этим был принят ряд нормативных документов, ужесточающих требования к теплозащитным характеристикам ограждающих конструкций зданий и сооружений, что позволяет снизить потребление тепловой энергии, необходимой для поддержания требуемых параметров микроклимата в помещениях.

Применение теплоизоляционных материалов напрямую и косвенно позволяет обеспечить надёжность эксплуатации строительных ограждений зданий, а также условия жизнедеятельности и выполнение требований энергосбережения.

Достичь необходимого значения приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен возможно при использовании многослойных строительных конструкций с использованием эффективных теплоизоляционных материалов, которые должны обладать высокими теплозащитными свойствами, экономичностью, применимостью для высоких и низких температур.

К таким теплоизоляционным материалам можно отнести материалы с высокой отражательной способностью. Преимущество экранной изоляции заключается в возможности эффективного использования такого природного теплоизолятора, как воздух. В строительных конструкциях, как правило, этот вид тепловой изоляции целесообразно использовать в виде пакета, представляемого собой совокупность материалов с малой поглощательной и большой отражательной способностями поверхностей экранов совместно с воздушными невентилируемыми воздушными прослойками между ними.

В настоящее время на отечественном рынке имеется большое количество подобных теплоизоляционных материалов. В первую очередь к ним можно отнести материалы из вспененного полиэтилена с экранной изоляции из алюминиевой фольги. В виду того, что такие материалы в области строительства начали использоваться сравнительно недавно, то вполне закономерным является отсутствие объективной информации по их теплозащитным свойствам, а уже имеющаяся информация, которую, как правило, предоставляют производители данной продукции, носит весьма противоречивый характер. Учитывая возможность использования подобной теплоизоляции в совокупности с невентилируемой воздушной прослойкой, в настоящее время возникает необходимость в разработке инженерной методики теплотехнического расчёта строительных ограждающих конструкций с применением экранной тепловой изоляции.

Актуальность данного исследования связана с изучением процессов теплообмена в ограждающих конструкциях зданий, сооружений и изолированных воздуховодов систем вентиляции и кондиционирования воздуха с применением экранной тепловой изоляции, а также с разработкой инженерных методов расчета подобных конструкций.

Цель выпускной квалификационной работы заключается в повышении теплозащитных свойств ограждающих конструкций за счет применения экранной тепловой изоляции.

ЗадачиВКР:

• 
  провести теоретическое исследование;
  
• 
  выполнить математическое моделирование;
  
• 
  разработать строительные ограждающих конструкции, утепленные с применением экранной теплоизоляции.
  

Объектом исследования являются строительные ограждающие конструкции, утеплённые с помощью экранной теплоизоляции.

Предметом исследования является повышение теплозащитных свойств ограждающих конструкций за счет применения экранной тепловой изоляции.
Глава 1 Современное состояние вопросов в области исследования процессов теплопередачи в ограждающих конструкциях с экранной тепловой изоляцией

1. 
   Обзор материалов теплового расчёта экранной изоляции
   

По прогнозам специалистов мировое энергопотребление ежегодно будет возрастать на 3% и увеличение энергии за природных ресурсов окажется недостаточным для покрытия растущего энергопотребления. Проблема энергосбережения становится актуальной не только для России, но и для всего мира. Одной из главных причин повышенного расхода тепла на отопления и вентиляцию является низкий уровень теплозащиты ограждающих конструкций зданий.

Осуществление мер по энерго- и ресурсосбережению является приоритетным направлением по снижению энергоёмкости российской экономики, которая превышает в 3-4 раза удельную энергоёмкость экономики развитых стран Запада, а реальный удельный расход тепловой энергии на одного жителя превышает общеевропейские нормы в 2-3 раза.

Для решения проблем по энергосбережению в современном строительстве предусматривается использование теплоизоляционных материалов в многослойных ограждающих конструкциях. В настоящее время для утепления уже существующих и вновь возводимых зданий и сооружений широко применяются традиционные теплоизоляционные материалы, такие как минеральная вата и полимерные утеплители (пенополистирол, пенополиуретан).

Следует отметить, что увеличения сопротивления теплопередаче конструкции за счёт увеличения толщины эффективного утеплителя может привести к увеличению капитальных затрат на возведение строительных ограждений и оказаться экономически неэффективным шагом [31, 35].

Устройство теплоизоляции может достигать существенных материальных затрат, связанных с её производством и монтажом.

Повышенные требования по теплозащите зданий и сооружений должны рассматриваться с точки зрения охраны окружающей среды, а также рационального использования невозобновляемых энергоресурсов. Поэтому правильный выбор теплоизоляции для строительных конструкций является одним из важнейших факторов, определяющих их устойчивую и надёжную работу и долговечность.

Государственная программа «Энергосбережение в строительстве» предусматривает снижение тепловых потерь на отопление помещений в холодный период года, и удержанием холода, вырабатываемого установками по обеспечению микроклимата в теплый период. Одним из вариантов решения данной задачи является усиление теплозащитных характеристик ограждающих конструкций, при котором возможно сохранение требуемого уровня сопротивления теплопередаче без перерасхода традиционных теплоизоляционных материалов. Эта мера осуществима только при использовании в строительстве высокоэффективной теплоизоляции, которая должна обладать высокими теплозащитными свойствами, экономичностью, применимостью для высоких и низких температур, а также должна быть безопасной для здоровья.

В нашей стране в связи с принятием Федерального закона № 261-ФЗ от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении в отдельные законодательные акты Российской Федерации» в строительстве поставлена задача по снижению расхода тепла на отопление зданий, строящихся и реконструируемых не менее, чем на треть [31].

Поэтому одним из решений, позволяющих снизить тепловые потери через ограждающие конструкции, является повышение их теплозащитных свойств за счет применения современных эффективных теплоизоляционных материалов.
В качестве такой теплоизоляции предлагается использовать материалы с высокой отражательной способностью, преимущество которых заключается в возможности эффективного использования такого природного теплоизолятора, как воздух.

К такому виду тепловой изоляции можно отнести экранную изоляцию, которая обладает высокими теплозащитными характеристиками, имеет малый объемный вес, негигроскопична, применима для температур, при которых эксплуатируются ограждающие конструкции зданий.

На отечественном рынке строительных материалов широко представлено наличие подобных материалов. Увеличение номенклатурного ряда отражающей изоляции произошло не только из-за выпуска новых отечественных материалов, но и за счет прихода на рынок зарубежных производителей подобной продукции. В связи с этим наблюдается отсутствие объективной информации по теплозащитным свойствам таких материалов, а уже имеющаяся информация, которую, как правило, предоставляют производители данной продукции, носит весьма противоречивый характер. Поэтому в настоящее время возникает необходимость в подробном изучении свойств экранной изоляции, которое даст возможность наиболее правильного и эффективного ее применения в строительстве.

Как правило, экранную изоляцию в строительных конструкциях целесообразно использовать в виде пакета, представляющего собой совокупность материалов с малой поглощательной и большой отражательной способностями экранов совместно с невентилируемыми воздушными прослойками между ними. Однако широкое применение материалов, используемых в качестве экранной изоляции, в строительстве ограничено отсутствием подходящих для практического применения методов ее теплотехнического расчета.
Исследованию процесса теплопередачи через газовые прослойки и определению их оптимальной толщины посвящено много работ как отечественных [3, 15, 20, 30], так и зарубежных ученых[35,19].
В случае теплообмена путем излучения, когда две плоскости расположены параллельно друг другу на небольшом расстоянии, количество тепла, проходящее между ними, определяется по формуле:
^{1 } ^T ⁴  ^T ^{4 }

Q _{1 1}



C₁ C₂

^{1 }

_ ¹ _100 _

C<sub>0

 </sub>2 <sub>

</sub>100 <sub>

</sub>F, (1.1)

_

где C₁ и C₂ – коэффициенты излучения поверхностей; C₀ – коэффициент излучения абсолютно черного тела; T₁ и T₂ – температуры излучающих поверхностей; F– поверхность теплообмена.

Блох, А. Г. [5] было введено понятие эквивалентного коэффициента теплопроводности воздуха, и, в результате чего, появилась возможность вести расчеты теплопередачи через воздушные прослойки пользуясь формулами, подчиняющимися законам передачи тепла через твердые тела.

В работе [15] рассматривается целесообразность применения воздушных прослоек в строительных ограждениях здания. Для описания процесса теплопередачи через замкнутые воздушные прослойки в ограждающих конструкциях также используется понятие эквивалентного коэффициента теплопроводности:

^{э 1  2  л} , (1.2)

где

₁ – теплопроводность воздуха; ₂

• 
  условный коэффициент передачи тепла
  

за счет конвекции;  _л

формуле:

• 
  коэффициент теплоотдачи излучением, определяемый по
  

^_ t 273_⁴ _ t 273_^{4 }

^{1   2 } 

_л

1

1 _1 _ 1

C₁ C₂ C<sub>0

</sub>

100

 

t₁  t₂

100

^{ } , (1.3)

t₁ и t₂ – температуры излучающих поверхностей, δ – толщина воздушной прослойки.

Основываясь на опытных данных Гагарин, В. Г [15] приводит значения величины коэффициентов λ₁+λ₂ для вертикальных воздушных прослоек, учитывая направление теплового потока через них. Кроме того в работе отмечается нецелесообразность использования воздушных прослоек в строительных конструкциях толщиной более 5 см, а прослойки большей толщины рекомендуется делить на несколько.

Для уменьшения количества тепла, передаваемого путем излучения, автор рекомендует одну из поверхностей прослойки покрывать материалом с высокой отражательной способностью. Также отмечено, что покрытие второй поверхности подобными материалами практически не уменьшит теплопередачу.

Количество тепла, передаваемое путем теплопроводности, как это отмечено [6], при тепловой защите объектов с температурой менее 800 ^оС становится соизмеримо с количеством тепла, которое передается за счет излучения. В данном случае тепловой поток при суммарном теплообмене можно рассчитывать по следующей формуле:

^_T_⁴

 ^T ^{4 }

  _{ }

q _прС_{0 } ⁱ_  _

i1 _{  }

возд

^кT1 ^{ T}i1

, (1.4)

_100 <sub>

</sub>100 _{ }

^возд

где δ_возд– толщина воздушной прослойки, λ_возд– молекулярная теплопроводность воздуха, ε_к– коэффициент, учитывающий конвекцию.

Вследствие того, что на поверхностях прослойки при экранировании ее материалом с высокой отражательной способностью наблюдается существенный перепад температур, то следует учитывать изменения степени черноты экранов и молекулярной теплопроводности воздуха в зависимости от температуры. Тогда равнение (1.4) примет следующий вид:

_{ } ^_T_⁴

 ^T ^{4 }

 T _{ }

q _прT

^С₀ ^{ i   }

i1 _{  }

возд

^кT1 ^{ T}i1

. (1.5)

_100 _

_100 _{ }

^возд

В случаях экранирования прослойки, когда требуется учитывать теплоемкость экранов, тепловой поток определяется по следующей зависимости:

dT^_T _⁴

 ^T ^{4 }

  _{ }

q c_i_i_i

ⁱ _прС_{0 } ⁱ_  _

i1 _{  }

воздк

^T1 ^{ T}i1

, (1.6)

d _100 <sub>

</sub>100 _{ }

^возд

где c_i– удельная теплоемкость материала экрана; δ_i– толщина экрана;

ρ_i– плотность материала, из которого изготовлен экран; τ – время нагрева.

Для лучистой составляющей в процессе теплообмена, когда имеется система экранов, в литературе [9] для определения теплового потока приводится следующая зависимость:
^ ^T ⁴  ^T ^{4 }

^q(1,2 )nэ

 ^'

пр

^С₀ ^i

_100 _

_{ }2 _

_100 _

 , (1.7)

_

где






1 1 1
'





n ₁



1
1 _^ _{' ''}




1^ _.

  

^пр 1 2

i1^{   }

эi эi

При наличии системы экранов суммарное количество тепла, пройденное через нее, и температуру любого i– го экрана авторами работ [11, 12 из Ковалевского] предложено определять по следующим формулам:


Q 
F_m(t₀  t_m)



;

 _{Z1 }

 _i
^ 1 1



i0

(i1 )m





^{ }0


  _{1 1} 

t_i

t₀ ^_(i1)m ...



_{ Z}

^(Z1 )m^

 _

t_m^_1m ...

1

^_(i1 )

^im^

 _,




Z_{1 } Z_