Kepadatan lapisan udara. Karakteristik termal lapisan struktural. Dasar-dasar Perpindahan Panas pada Gedung
.
1.3 Bangunan sebagai sistem energi tunggal.
2. Perpindahan panas dan kelembapan melalui pagar luar.
2.1 Dasar-dasar perpindahan panas pada suatu bangunan.
2.1.1 Konduktivitas termal.
2.1.2 Konveksi.
2.1.3 Radiasi.
2.1.4 Resistensi termal celah udara.
2.1.5 Koefisien perpindahan panas pada permukaan dalam dan luar.
2.1.6 Perpindahan panas melalui dinding multilayer.
2.1.7 Mengurangi resistensi terhadap perpindahan panas.
2.1.8 Distribusi suhu di seluruh bagian pagar.
2.2 Kondisi kelembaban struktur penutup.
2.2.1 Alasan munculnya kelembapan pada pagar.
2.2.2 Konsekuensi negatif melembabkan pagar luar.
2.2.3 Hubungan antara kelembaban dan bahan bangunan.
2.2.4 Udara lembab.
2.2.5 Kadar air bahan.
2.2.6 Penyerapan dan desorpsi.
2.2.7 Permeabilitas uap pagar.
2.3 Permeabilitas udara pagar luar.
2.3.1 Ketentuan pokok.
2.3.2 Perbedaan tekanan pada permukaan luar dan dalam pagar.
2.3.3 Permeabilitas udara bahan bangunan.
2.1.4 Ketahanan termal lapisan udara.
Untuk membawa keseragaman, ketahanan terhadap perpindahan panas tertutup celah udara
terletak di antara lapisan struktur penutup disebut ketahanan termal R v.p, m². ºС/W.
Diagram perpindahan panas melalui celah udara ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar.5. Pertukaran panas di lapisan udara.
Aliran panas melewati celah udara q v.p , W/m² , terdiri dari aliran yang ditransmisikan oleh konduktivitas termal (2) q t, W/m² , konveksi (1) q к , W/m² , dan radiasi (3) q l , W/m² .
(2.12)
Dalam hal ini, porsi fluks yang ditransmisikan oleh radiasi adalah yang terbesar. Mari kita perhatikan lapisan udara vertikal tertutup, yang permukaannya memiliki perbedaan suhu 5ºC. Dengan peningkatan ketebalan lapisan dari 10 mm menjadi 200 mm, porsi fluks panas akibat radiasi meningkat dari 60% menjadi 80%. Dalam hal ini, porsi panas yang dipindahkan melalui konduktivitas termal turun dari 38% menjadi 2%, dan porsi aliran panas konvektif meningkat dari 2% menjadi 20%.
Perhitungan langsung komponen-komponen ini cukup rumit. Oleh karena itu di dokumen peraturan memberikan data tentang ketahanan termal lapisan udara tertutup, yang dikumpulkan oleh K.F. Fokin berdasarkan hasil percobaan M.A. Mikheeva. Jika terdapat aluminium foil yang memantulkan panas pada salah satu atau kedua permukaan celah udara, yang menghambat perpindahan panas radiasi antara permukaan yang membingkai celah udara, maka hambatan termal harus digandakan. Untuk meningkatkan ketahanan termal lapisan udara tertutup, disarankan untuk mengingat kesimpulan penelitian berikut:
1) lapisan dengan ketebalan kecil efektif dalam hal rekayasa panas;
2) lebih rasional membuat beberapa lapisan dengan ketebalan kecil di pagar daripada satu lapisan besar;
3) disarankan untuk menempatkan celah udara lebih dekat ke permukaan luar pagar, karena dalam hal ini waktu musim dingin fluks panas akibat radiasi berkurang;
4) lapisan vertikal pada dinding luar harus dipartisi dengan diafragma horizontal setinggi langit-langit antar lantai;
5) untuk mengurangi fluks panas yang ditransmisikan secara radiasi, salah satu permukaan lapisan dapat ditutup dengan aluminium foil yang mempunyai emisivitas sekitar ε = 0,05. Menutup kedua permukaan celah udara dengan foil praktis tidak mengurangi perpindahan panas dibandingkan menutup satu permukaan.
Pertanyaan untuk pengendalian diri
1. Berapa potensi perpindahan panasnya?
2. Sebutkan jenis-jenis dasar perpindahan panas.
3. Apa yang dimaksud dengan perpindahan panas?
4. Apa yang dimaksud dengan konduktivitas termal?
5. Berapa konduktivitas termal suatu bahan?
6. Tuliskan rumus aliran panas yang dipindahkan melalui konduktivitas termal pada dinding berlapis-lapis pada suhu permukaan dalam tв dan permukaan luar tн yang diketahui.
7. Berapakah ketahanan termal?
8. Apa itu konveksi?
9. Tuliskan rumus aliran panas yang berpindah secara konveksi dari udara ke permukaan.
10. Arti fisik koefisien perpindahan panas konvektif.
11. Apa itu radiasi?
12. Tuliskan rumus fluks panas yang berpindah secara radiasi dari satu permukaan ke permukaan lainnya.
13. Arti fisis dari koefisien perpindahan panas radiasi.
14. Tahanan perpindahan panas pada celah udara tertutup pada selubung bangunan disebut?
15. Jenis aliran panas apa yang terdiri dari total aliran panas melalui lapisan udara?
16. Sifat aliran panas apa yang terjadi pada aliran panas melalui lapisan udara?
17. Bagaimana pengaruh ketebalan celah udara terhadap distribusi aliran di dalamnya.
18. Bagaimana cara mengurangi aliran panas melalui celah udara?
Artikel ini membahas tentang perancangan sistem isolasi termal dengan celah udara tertutup antara isolasi termal dan dinding bangunan. Diusulkan untuk menggunakan sisipan permeabel uap dalam insulasi termal untuk mencegah kondensasi uap air di lapisan udara. Sebuah metode diberikan untuk menghitung luas sisipan tergantung pada kondisi penggunaan insulasi termal.
Makalah ini menjelaskan sistem isolasi termal yang memiliki ruang udara mati antara isolasi termal dan dinding luar bangunan. Sisipan permeabel uap air diusulkan untuk digunakan dalam insulasi termal untuk mencegah kondensasi uap air di ruang udara. Metode penghitungan luas sisipan ditawarkan tergantung pada kondisi penggunaan insulasi termal.
PERKENALAN
Celah udara merupakan salah satu elemen dari banyak selubung bangunan. Pekerjaan tersebut menyelidiki sifat-sifat struktur penutup dengan lapisan udara tertutup dan berventilasi. Pada saat yang sama, kekhasan penerapannya dalam banyak kasus memerlukan pemecahan masalah teknik pemanas bangunan dalam kondisi penggunaan tertentu.
Desain sistem isolasi termal dengan lapisan udara berventilasi dikenal dan banyak digunakan dalam konstruksi. Keuntungan utama sistem ini dibandingkan sistem plester ringan adalah kemampuannya untuk melakukan pekerjaan insulasi bangunan sepanjang tahun. Sistem pengikat insulasi terlebih dahulu dipasang pada selubung bangunan. Insulasi terpasang pada sistem ini. Perlindungan eksternal insulasi dipasang pada jarak tertentu darinya, sehingga terbentuk celah udara antara insulasi dan pagar luar. Desain sistem insulasi memungkinkan adanya ventilasi celah udara untuk menghilangkan kelembapan berlebih, sehingga mengurangi jumlah kelembapan dalam insulasi. Kerugian dari sistem ini termasuk kompleksitas dan kebutuhan, bersamaan dengan penggunaan bahan isolasi, untuk menggunakan sistem pelapis dinding yang memberikan jarak yang diperlukan untuk pergerakan udara.
Dikenal sistem ventilasi yang celah udaranya berbatasan langsung dengan dinding bangunan. Isolasi termal dibuat dalam bentuk panel tiga lapis: lapisan dalam– bahan isolasi termal, lapisan luar – aluminium dan aluminium foil. Desain ini melindungi insulasi dari penetrasi kelembapan atmosfer dan kelembapan dari dalam ruangan. Oleh karena itu, sifat-sifatnya tidak memburuk dalam kondisi pengoperasian apa pun, yang memungkinkan penghematan insulasi hingga 20% dibandingkan dengan sistem konvensional. Kerugian dari sistem ini adalah perlunya ventilasi lapisan untuk menghilangkan kelembapan yang bermigrasi dari lokasi bangunan. Hal ini menyebabkan penurunan sifat isolasi termal sistem. Di samping itu, kehilangan panas lantai bawah bangunan meningkat, karena udara dingin yang masuk ke lapisan melalui bukaan di bagian bawah sistem membutuhkan waktu untuk memanas hingga mencapai suhu yang stabil.
SISTEM ISOLASI DENGAN LAPISAN UDARA TERTUTUP
Sistem isolasi termal serupa dengan sistem dengan celah udara tertutup dimungkinkan. Perhatian harus diberikan pada fakta bahwa pergerakan udara di interlayer diperlukan hanya untuk menghilangkan kelembapan. Jika kita memecahkan masalah menghilangkan kelembapan dengan cara lain, tanpa ventilasi, kita akan mendapatkan sistem insulasi termal dengan celah udara tertutup tanpa kerugian yang disebutkan di atas.
Untuk mengatasi masalah ini, sistem isolasi termal harus memiliki bentuk yang ditunjukkan pada Gambar. 1. Isolasi termal bangunan harus dilakukan dengan sisipan yang dapat menyerap uap bahan isolasi termal, Misalnya, wol mineral. Sistem isolasi termal harus diatur sedemikian rupa sehingga uap dikeluarkan dari lapisan, dan kelembaban di dalamnya berada di bawah titik embun di lapisan.
1 – dinding bangunan; 2 – elemen pengikat; 3 – panel isolasi termal; 4 – sisipan isolasi uap dan termal
Beras. 1. Isolasi termal dengan sisipan yang dapat menyerap uap
Untuk tekanan uap jenuh pada interlayer, kita dapat menulis persamaan:
Mengabaikan hambatan termal udara di interlayer, kami menentukan suhu rata-rata di dalam interlayer menggunakan rumus
(2)
Di mana Timah, keluar– suhu udara di dalam gedung dan udara luar masing-masing o C;
R 1 , R 2 – ketahanan perpindahan panas dinding dan isolasi termal, masing-masing, m 2 × o C/W.
Untuk uap yang bermigrasi dari suatu ruangan melalui dinding suatu bangunan, kita dapat menuliskan persamaannya:
(3)
Di mana P masuk, P– tekanan uap parsial di dalam ruangan dan antar lapisan, Pa;
S 1 – luas dinding luar bangunan, m2;
k pp1 – koefisien permeabilitas uap dinding, sama dengan:
Di Sini R hal1 = m 1 / aku 1 ;
m 1 – koefisien permeabilitas uap bahan dinding, mg/(m×h×Pa);
aku 1 – ketebalan dinding, m.
Untuk uap yang bermigrasi dari celah udara melalui sisipan permeabel uap pada insulasi termal suatu bangunan, kita dapat menulis persamaannya:
(5)
Di mana Merengut– tekanan parsial uap di udara luar, Pa;
S 2 – luas sisipan insulasi panas yang dapat menyerap uap dalam insulasi termal bangunan, m2;
k pp2 – koefisien permeabilitas uap sisipan, sama dengan:
Di Sini R hal2 = m 2 / aku 2 ;
m 2 – koefisien permeabilitas uap bahan sisipan permeabel uap, mg/(m×h×Pa);
aku 2 – ketebalan sisipan, m.
Dengan menyamakan ruas kanan persamaan (3) dan (5) dan menyelesaikan persamaan yang dihasilkan untuk keseimbangan uap di interlayer terhadap P, kita memperoleh nilai tekanan uap pada interlayer berupa:
(7)
dimana e = S 2 /S 1 .
Dituliskan syarat tidak adanya kondensasi uap air pada lapisan udara berupa pertidaksamaan:
dan setelah menyelesaikannya, kami memperoleh nilai yang diperlukan dari rasio total luas sisipan permeabel uap dengan luas dinding:
Tabel 1 menunjukkan data yang diperoleh untuk beberapa opsi untuk struktur penutup. Perhitungan mengasumsikan bahwa koefisien konduktivitas termal dari sisipan permeabel uap sama dengan koefisien konduktivitas termal dari insulasi termal utama dalam sistem.
Tabel 1. Nilai ε untuk berbagai pilihan dinding
Bahan dinding | aku 1 , m | l 1, W/(m× o C) | m 1, mg/(m×h ×Pa) | aku 2 , m | aku 2, W/(m× o C) | m 2, mg/(m×h ×Pa) | Suhu, sekitar C | Tekanan, Pa | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
P kita | |||||||||||||
Batu bata silikat gas | |||||||||||||
Bata keramik | |||||||||||||
Contoh yang diberikan pada Tabel 1 menunjukkan bahwa desain insulasi termal dapat dilakukan dengan celah udara tertutup antara insulasi termal dan dinding bangunan. Untuk beberapa struktur dinding, seperti pada contoh pertama dari Tabel 1, Anda dapat melakukannya tanpa sisipan yang dapat menyerap uap. Dalam kasus lain, luas sisipan yang dapat menyerap uap mungkin tidak signifikan dibandingkan dengan luas dinding berinsulasi.
SISTEM ISOLASI TERMAL DENGAN KARAKTERISTIK TERMAL TERKONTROL
Desain sistem isolasi termal telah mengalami perkembangan signifikan selama lima puluh tahun terakhir, dan saat ini para desainer telah siap membantu mereka banyak pilihan bahan dan struktur: dari penggunaan jerami hingga isolasi termal vakum. Dimungkinkan juga untuk menggunakan sistem isolasi termal aktif, yang fitur-fiturnya memungkinkan untuk memasukkannya ke dalam sistem pasokan energi bangunan. Dalam hal ini, sifat-sifat sistem insulasi termal juga dapat berubah tergantung kondisi lingkungan, memastikan tingkat kehilangan panas yang konstan dari bangunan apapun suhu luar.
Jika Anda menetapkan tingkat kehilangan panas yang tetap Q melalui selubung bangunan, nilai penurunan resistensi perpindahan panas yang diperlukan akan ditentukan oleh rumus
(10)
Sistem isolasi termal dengan lapisan luar transparan atau dengan lapisan udara berventilasi mungkin memiliki sifat-sifat ini. Dalam kasus pertama, energi matahari digunakan, dan yang kedua, energi panas tanah juga dapat digunakan bersama dengan penukar panas tanah.
Dalam sistem dengan insulasi termal transparan, ketika matahari berada pada posisi rendah, sinarnya melewati dinding hampir tanpa kehilangan, memanaskannya, sehingga mengurangi kehilangan panas dari ruangan. Di musim panas, saat matahari berada tinggi di atas cakrawala, sinar matahari hampir seluruhnya dipantulkan dari dinding bangunan, sehingga mencegah bangunan menjadi terlalu panas. Untuk mengurangi aliran panas balik, lapisan insulasi panas dibuat dalam bentuk struktur sarang lebah, yang berperan sebagai perangkap sinar matahari. Kerugian dari sistem seperti itu adalah ketidakmungkinan mendistribusikan kembali energi di sepanjang fasad bangunan dan tidak adanya efek akumulasi. Selain itu, efisiensi sistem ini secara langsung bergantung pada tingkat aktivitas matahari.
Menurut penulis, sistem isolasi termal yang ideal harus, sampai batas tertentu, menyerupai organisme hidup dan mengubah sifat-sifatnya dalam rentang yang luas tergantung pada kondisi lingkungan. Ketika suhu luar menurun, sistem isolasi termal harus mengurangi kehilangan panas dari bangunan; ketika suhu udara luar naik, ketahanan termalnya dapat menurun. Masuk di musim panas energi matahari bangunan juga harus bergantung pada kondisi eksternal.
Sistem isolasi termal yang diusulkan dalam banyak hal memiliki sifat-sifat yang dirumuskan di atas. Pada Gambar. Gambar 2a menunjukkan diagram dinding dengan sistem isolasi termal yang diusulkan, pada Gambar. 2b – grafik suhu pada lapisan insulasi panas tanpa dan dengan adanya celah udara.
Lapisan isolasi termal dibuat dengan lapisan udara berventilasi. Ketika udara bergerak melaluinya dengan suhu lebih tinggi dari pada titik yang sesuai pada grafik, besarnya gradien suhu pada lapisan insulasi termal dari dinding ke interlayer berkurang dibandingkan dengan insulasi termal tanpa interlayer, yang mengurangi kehilangan panas dari lapisan. membangun melalui dinding. Perlu diingat bahwa pengurangan kehilangan panas dari bangunan akan dikompensasi oleh panas yang dikeluarkan oleh aliran udara di interlayer. Artinya, suhu udara di saluran keluar interlayer akan lebih rendah daripada di saluran masuk.
Beras. 2. Diagram sistem isolasi termal (a) dan grafik suhu (b)
Model fisik masalah penghitungan kehilangan panas melalui dinding dengan celah udara disajikan pada Gambar. 3. Persamaan keseimbangan panas untuk model ini mempunyai bentuk sebagai berikut:
Beras. 3. Skema perhitungan kehilangan panas melalui selubung bangunan
Saat menghitung aliran panas, mekanisme perpindahan panas konduktif, konvektif, dan radiasi diperhitungkan:
Di mana Q 1 – aliran panas dari ruangan ke permukaan bagian dalam struktur penutup, W/m2;
Q 2 – aliran panas melalui dinding utama, W/m2;
Q 3 – aliran panas melalui celah udara, W/m2;
Q 4 – aliran panas melalui lapisan insulasi termal di belakang interlayer, W/m2;
Q 5 – aliran panas dari permukaan luar struktur penutup ke atmosfer, W/m2;
T 1 , T 2, – suhu pada permukaan dinding, o C;
T 3 , T 4 – suhu pada permukaan interlayer, o C;
Tk, T a– suhu di dalam ruangan dan udara luar masing-masing o C;
s – Konstanta Stefan-Boltzmann;
aku 1, aku 2 – koefisien konduktivitas termal dinding utama dan isolasi termal, masing-masing, W/(m× o C);
e 1 , e 2 , e 12 – masing-masing tingkat emisivitas permukaan bagian dalam dinding, permukaan luar lapisan insulasi termal dan penurunan tingkat emisivitas permukaan celah udara;
a in, a n, a 0 – koefisien perpindahan panas pada permukaan bagian dalam dinding, pada permukaan luar insulasi termal dan pada permukaan yang membatasi celah udara, masing-masing, W/(m 2 × o C).
Rumus (14) ditulis untuk kasus ketika udara di dalam lapisan tidak bergerak. Dalam kasus ketika udara bergerak dalam interlayer dengan kecepatan u dengan suhu T kamu, sebagai gantinya Q 3, dua aliran dipertimbangkan: dari udara yang dihembuskan ke dinding:
dan dari hembusan udara ke layar:
Kemudian sistem persamaan tersebut terbagi menjadi dua sistem:
Koefisien perpindahan panas dinyatakan dalam bilangan Nusselt:
Di mana L– ukuran karakteristik.
Rumus untuk menghitung bilangan Nusselt diambil tergantung situasi. Saat menghitung koefisien perpindahan panas pada permukaan internal dan eksternal struktur penutup, rumus dari:
dimana Ra= Pr×Gr – kriteria Rayleigh;
gr = G×b ×D T× L 3 /n 2 – Nomor Grashof.
Saat menentukan bilangan Grashof, perbedaan antara suhu dinding dan suhu udara sekitar dipilih sebagai perbedaan suhu karakteristik. Dimensi karakteristik yang diambil adalah: tinggi dinding dan ketebalan lapisan.
Saat menghitung koefisien perpindahan panas a 0 di dalam celah udara tertutup, rumusnya adalah:
(22)
Jika udara di dalam lapisan bergerak, rumus yang lebih sederhana digunakan untuk menghitung bilangan Nusselt:
(23)
dimana Re = ay×d/n – bilangan Reynolds;
d – ketebalan celah udara.
Nilai bilangan Prandtl Pr, viskositas kinematik n dan koefisien konduktivitas termal udara lv bergantung pada suhu dihitung dengan interpolasi linier dari nilai tabulasi dari . Sistem persamaan (11) atau (19) diselesaikan secara numerik dengan penyempurnaan berulang terhadap suhu T 1 , T 2 , T 3 , T 4. Untuk pemodelan numerik, sistem insulasi termal berdasarkan insulasi termal yang mirip dengan busa polistiren dengan koefisien konduktivitas termal 0,04 W/(m 2 × o C) dipilih. Suhu udara di saluran masuk interlayer diasumsikan 8 o C, ketebalan total lapisan insulasi panas 20 cm, ketebalan interlayer D– 1cm.
Pada Gambar. Gambar 4 menunjukkan grafik ketergantungan kehilangan panas spesifik melalui lapisan insulasi dari isolator panas konvensional dengan adanya lapisan insulasi termal tertutup dan dengan lapisan udara berventilasi. Celah udara tertutup hampir tidak meningkatkan sifat isolasi termal. Untuk kasus yang dipertimbangkan, keberadaan lapisan insulasi panas dengan aliran udara bergerak lebih dari setengah kehilangan panas melalui dinding pada suhu udara luar minus 20 o C. Nilai setara dari ketahanan perpindahan panas dari insulasi termal tersebut untuk suhu ini adalah 10,5 m 2 × o C/W, yang setara dengan lapisan polistiren yang diperluas dengan ketebalan lebih dari 40,0 cm.
D D= 4 cm dengan udara diam; baris 3 – kecepatan udara 0,5 m/s
Beras. 4. Grafik kehilangan panas spesifik
Efektivitas sistem isolasi meningkat seiring dengan penurunan suhu luar. Pada suhu udara luar 4 o C, efisiensi kedua sistem adalah sama. Peningkatan suhu lebih lanjut membuat penggunaan sistem menjadi tidak praktis, karena menyebabkan peningkatan tingkat kehilangan panas dari bangunan.
Pada Gambar. Gambar 5 menunjukkan ketergantungan suhu permukaan luar dinding terhadap suhu udara luar. Menurut Gambar. 5, adanya celah udara meningkatkan suhu permukaan luar dinding bila suhu negatif udara luar dibandingkan dengan isolasi termal konvensional. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa udara yang bergerak mengeluarkan panasnya ke lapisan dalam dan luar isolasi termal. Pada suhu udara luar yang tinggi, sistem isolasi termal seperti itu berperan sebagai lapisan pendingin (lihat Gambar 5).
Baris 1 – isolasi termal konvensional, D= 20cm; baris 2 – ada celah udara selebar 1 cm pada insulasi termal, D= 4 cm, kecepatan udara 0,5 m/s
Beras. 5. Ketergantungan suhu pada permukaan luar dindingpada suhu luar
Pada Gambar. Gambar 6 menunjukkan ketergantungan suhu di outlet interlayer terhadap suhu udara luar. Udara di lapisan tersebut, mendingin, melepaskan energinya ke permukaan yang menutupinya.
Beras. 6. Ketergantungan suhu di pintu keluar interlayerpada suhu luar
Pada Gambar. Gambar 7 menunjukkan ketergantungan kehilangan panas pada ketebalan lapisan luar insulasi termal pada suhu luar minimum. Menurut Gambar. 7, kehilangan panas minimum diamati pada D= 4cm.
Beras. 7. Ketergantungan kehilangan panas pada ketebalan lapisan luar isolasi termal pada suhu luar minimum
Pada Gambar. Gambar 8 menunjukkan ketergantungan kehilangan panas pada suhu luar minus 20 o C pada kecepatan udara pada lapisan dengan ketebalan berbeda. Menaikkan kecepatan udara di atas 0,5 m/s tidak mempengaruhi sifat isolasi termal secara signifikan.
Baris 1 – D= 16cm; baris 2 – D= 18cm; baris 3 – D= 20cm
Beras. 8. Ketergantungan kehilangan panas pada kecepatan udaradengan ketebalan celah udara yang berbeda
Perhatian harus diberikan pada fakta bahwa lapisan udara berventilasi memungkinkan Anda mengontrol tingkat kehilangan panas melalui permukaan dinding secara efektif dengan mengubah kecepatan udara dalam kisaran 0 hingga 0,5 m/s, yang tidak mungkin dilakukan untuk isolasi termal konvensional. Pada Gambar. Gambar 9 menunjukkan ketergantungan kecepatan udara pada suhu luar untuk tingkat kehilangan panas yang tetap melalui dinding. Pendekatan terhadap perlindungan termal bangunan ini memungkinkan pengurangan intensitas energi sistem ventilasi ketika suhu luar meningkat.
Beras. 9. Ketergantungan kecepatan udara pada suhu luar untuk tingkat kehilangan panas yang tetap
Saat membuat sistem isolasi termal yang dibahas dalam artikel, masalah utamanya adalah sumber energi untuk meningkatkan suhu udara yang dipompa. Sebagai sumbernya, diusulkan untuk mengambil panas dari tanah di bawah bangunan dengan menggunakan alat penukar panas tanah. Untuk penggunaan energi tanah yang lebih efisien, diasumsikan bahwa sistem ventilasi pada celah udara harus tertutup, tanpa penyedotan udara atmosfer. Karena suhu udara yang masuk ke sistem di musim dingin lebih rendah dari suhu tanah, masalah kondensasi uap air tidak ada di sini.
Para penulis melihat penggunaan yang paling efektif dari sistem tersebut adalah dengan menggabungkan dua sumber energi: panas matahari dan panas bumi. Jika kita beralih ke sistem yang disebutkan sebelumnya dengan lapisan isolasi termal transparan, menjadi jelas keinginan penulis sistem ini untuk mengimplementasikan gagasan dioda termal dengan satu atau lain cara, yaitu, untuk memecahkan masalah mengarahkan transmisi energi matahari ke dinding suatu bangunan, sekaligus mengambil tindakan untuk mencegah pergerakan aliran energi panas ke arah yang berlawanan.
Lapisan penyerap luar dapat dicat warna gelap pelat logam. Dan lapisan penyerap kedua dapat berupa celah udara pada isolasi termal bangunan. Udara yang bergerak dalam lapisan, menutup melalui penukar panas tanah, memanaskan tanah dalam cuaca cerah, mengumpulkan energi matahari dan mendistribusikannya kembali ke sepanjang fasad bangunan. Panas dari lapisan luar ke lapisan dalam dapat ditransfer menggunakan dioda termal yang dibuat pada pipa panas dengan transisi fasa.
Dengan demikian, sistem insulasi termal yang diusulkan dengan karakteristik termofisika terkontrol didasarkan pada desain dengan lapisan insulasi termal yang memiliki tiga fitur:
– celah udara berventilasi sejajar dengan selubung bangunan;
– sumber energi untuk udara di dalam lapisan;
– sistem untuk mengontrol parameter aliran udara di interlayer tergantung pada kondisi cuaca eksternal dan suhu udara dalam ruangan.
Salah satu pilihan yang memungkinkan desain - penggunaan sistem isolasi termal transparan. Dalam hal ini, sistem insulasi termal harus dilengkapi dengan celah udara lain yang berdekatan dengan dinding bangunan dan berkomunikasi dengan seluruh dinding bangunan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 10.
Sistem isolasi termal ditunjukkan pada Gambar. 10, memiliki dua lapisan udara. Salah satunya terletak di antara insulasi termal dan pagar transparan dan berfungsi untuk mencegah panas berlebih pada bangunan. Untuk tujuan ini ada katup udara menghubungkan lapisan dengan udara luar di bagian atas dan bawah panel isolasi. Di musim panas dan saat aktivitas matahari tinggi, ketika ada bahaya panas berlebih pada bangunan, peredam terbuka, memberikan ventilasi dengan udara luar.
Beras. 10. Sistem isolasi termal transparan dengan lapisan udara berventilasi
Celah udara kedua berdekatan dengan dinding bangunan dan berfungsi untuk mengangkut energi matahari di dalam selubung bangunan. Desain ini akan memungkinkan seluruh permukaan bangunan menggunakan energi matahari pada siang hari, selain itu juga memberikan akumulasi energi matahari yang efektif, karena seluruh volume dinding bangunan bertindak sebagai baterai.
Dimungkinkan juga untuk menggunakan isolasi termal tradisional dalam sistem. Dalam hal ini, penukar panas tanah dapat berfungsi sebagai sumber energi panas, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 11.
Beras. 11. Sistem isolasi termal dengan penukar panas tanah
Pilihan lainnya adalah dengan menggunakan emisi ventilasi bangunan untuk tujuan ini. Dalam hal ini, untuk mencegah kondensasi uap air di interlayer, udara yang dibuang perlu dilewatkan melalui penukar panas, dan memasukkan udara luar yang dipanaskan dalam penukar panas ke dalam interlayer. Dari interlayer, udara dapat mengalir ke dalam ruangan untuk ventilasi. Udara memanas saat melewati penukar panas tanah dan melepaskan energinya ke struktur penutupnya.
Elemen penting dari sistem isolasi termal seharusnya sistem otomatis mengontrol propertinya. Pada Gambar. Gambar 12 menunjukkan diagram blok sistem kendali. Pengendalian terjadi berdasarkan analisis informasi dari sensor suhu dan kelembaban dengan mengubah mode pengoperasian atau mematikan kipas angin serta membuka dan menutup peredam udara.
Beras. 12. Diagram blok sistem kendali
Diagram blok algoritma operasi sistem ventilasi dengan properti terkontrol ditunjukkan pada Gambar. 13.
Pada tahap awal pengoperasian sistem kendali (lihat Gambar 12), berdasarkan nilai terukur dari suhu udara luar dan di dalam ruangan, suhu di celah udara di unit kendali untuk unit kendali dihitung. kondisi udara tenang. Nilai ini dibandingkan dengan suhu udara pada lapisan fasad selatan ketika membangun sistem isolasi termal, seperti pada Gambar. 10, atau dalam penukar panas tanah - saat merancang sistem isolasi termal, seperti pada Gambar. 11. Jika nilai suhu yang dihitung lebih besar atau sama dengan yang diukur, kipas tetap mati dan peredam udara di dalam ruangan ditutup.
Beras. 13. Diagram blok algoritma pengoperasian sistem ventilasi dengan properti yang dikelola
Jika nilai suhu yang dihitung lebih kecil dari suhu yang diukur, hidupkan kipas sirkulasi dan buka peredamnya. Dalam hal ini, energi dari udara panas ditransfer struktur dinding bangunan, mengurangi kebutuhan energi panas untuk pemanasan. Pada saat yang sama, nilai kelembaban udara di interlayer diukur. Jika kelembapan mendekati titik kondensasi, peredam terbuka, menghubungkan celah udara dengan udara luar, yang mencegah kondensasi uap air pada permukaan dinding celah.
Dengan demikian, sistem isolasi termal yang diusulkan memungkinkan untuk mengontrol sifat termal.
UJI MODEL SISTEM ISOLASI TERMAL DENGAN ISOLASI TERKENDALI DENGAN MENGGUNAKAN EMISI VENTILASI BANGUNAN
Skema eksperimental ditunjukkan pada Gambar. 14. Model sistem insulasi termal dipasang pada dinding bata ruangan di bagian atas poros elevator. Model ini terdiri dari insulasi termal, mewakili pelat insulasi termal kedap uap (satu permukaan terbuat dari aluminium setebal 1,5 mm; permukaan kedua adalah aluminium foil), diisi dengan busa poliuretan setebal 3,0 cm dengan koefisien konduktivitas termal 0,03 W/(m 2 × o C). Tahanan perpindahan panas pelat adalah 1,0 m 2 × o C/W, sedangkan dinding bata adalah 0,6 m 2 × o C/W. Di antara pelat penyekat panas dan permukaan selubung bangunan terdapat celah udara setebal 5 cm. Untuk mengetahui kondisi suhu dan pergerakan aliran panas melalui selubung bangunan, dipasang sensor suhu dan aliran panas di dalamnya.
Beras. 14. Diagram sistem eksperimental dengan isolasi termal terkontrol
Foto sistem insulasi termal yang terpasang dengan catu daya dari sistem pemulihan panas buang ventilasi ditunjukkan pada Gambar. 15.
Energi tambahan disuplai ke dalam interlayer dengan udara yang diambil dari sistem pemulihan panas buangan emisi ventilasi gedung. Emisi ventilasi diambil dari pintu keluar lubang ventilasi gedung Perusahaan Negara “NIPTIS Institute dinamai. Atayev S.S.,” diumpankan ke masukan pertama recuperator (lihat Gambar 15a). Udara disuplai ke masukan kedua recuperator dari lapisan ventilasi, dan dari keluaran kedua recuperator - lagi ke lapisan ventilasi. Ventilasi udara buangan tidak dapat disuplai langsung ke celah udara karena risiko kondensasi uap air di dalamnya. Oleh karena itu, emisi ventilasi bangunan pertama-tama melewati penukar panas-recuperator, yang masukan kedua menerima udara dari interlayer. Di dalam recuperator, ia dipanaskan dan, dengan bantuan kipas, disuplai ke celah udara sistem ventilasi melalui flensa yang dipasang di bagian bawah panel insulasi. Melalui flensa kedua di bagian atas insulasi termal, udara dikeluarkan dari panel dan menutup siklus pergerakannya pada saluran masuk kedua penukar panas. Selama pekerjaan, informasi yang berasal dari sensor suhu dan aliran panas dicatat sesuai dengan diagram pada Gambar. 14.
Unit kontrol dan pemrosesan data khusus digunakan untuk mengontrol mode pengoperasian kipas dan untuk menangkap serta mencatat parameter percobaan.
Pada Gambar. 16 menunjukkan grafik perubahan suhu: udara luar, udara dalam ruangan, dan udara dalam ruangan berbagai bagian interlayer. Dari pukul 7.00 hingga 13.00 sistem memasuki mode operasi stasioner. Perbedaan suhu pada saat udara masuk ke dalam lapisan (sensor 6) dan suhu pada saat keluar (sensor 5) ternyata sekitar 3 o C, yang menunjukkan konsumsi energi dari udara yang lewat.
A) | B) |
Beras. 16. Grafik suhu: a – udara luar dan udara dalam ruangan;b – udara di berbagai bagian lapisan
Pada Gambar. Gambar 17 menunjukkan grafik ketergantungan waktu pada suhu permukaan dinding dan isolasi termal, serta suhu dan aliran panas melalui permukaan penutup bangunan. Pada Gambar. Gambar 17b dengan jelas menunjukkan penurunan aliran panas dari ruangan setelah udara panas disuplai ke lapisan ventilasi.
A) | B) |
Beras. 17. Grafik versus waktu: a – suhu permukaan dinding dan isolasi termal;b – suhu dan aliran panas melalui selubung bangunan
Hasil eksperimen yang diperoleh penulis mengkonfirmasi kemungkinan mengendalikan sifat insulasi termal dengan lapisan berventilasi.
KESIMPULAN
1 Elemen penting dari bangunan hemat energi adalah selubungnya. Arah utama pengembangan untuk mengurangi kehilangan panas bangunan melalui selubung bangunan terkait dengan isolasi termal aktif, ketika selubung bangunan berperan penting dalam membentuk parameter. lingkungan internal tempat. Paling contoh yang jelas dapat berfungsi sebagai selubung bangunan dengan celah udara.
2 Penulis mengusulkan desain insulasi termal dengan celah udara tertutup antara insulasi termal dan dinding bangunan. Untuk mencegah kondensasi uap air di lapisan udara tanpa mengurangi sifat insulasi panas, kemungkinan penggunaan sisipan permeabel uap dalam insulasi termal dipertimbangkan. Sebuah metode telah dikembangkan untuk menghitung luas sisipan tergantung pada kondisi penggunaan insulasi termal. Untuk beberapa struktur dinding, seperti pada contoh pertama dari Tabel 1, Anda dapat melakukannya tanpa sisipan yang dapat menyerap uap. Dalam kasus lain, luas sisipan yang dapat menyerap uap mungkin tidak signifikan dibandingkan dengan luas dinding berinsulasi.
3 Metodologi untuk menghitung karakteristik termal dan merancang sistem insulasi termal dengan sifat termal terkontrol telah dikembangkan. Desainnya dibuat dalam bentuk sistem dengan celah udara berventilasi antara dua lapisan insulasi termal. Ketika udara bergerak dalam lapisan dengan suhu lebih tinggi dari pada titik yang sesuai pada dinding dengan sistem insulasi termal konvensional, besarnya gradien suhu pada lapisan insulasi termal dari dinding ke lapisan berkurang dibandingkan dengan insulasi termal tanpa lapisan. , yang mengurangi kehilangan panas dari bangunan melalui dinding. Panas tanah di bawah bangunan dapat dimanfaatkan sebagai energi untuk meningkatkan suhu udara yang dipompa, menggunakan penukar panas tanah, atau energi matahari. Metode untuk menghitung karakteristik sistem tersebut telah dikembangkan. Konfirmasi eksperimental tentang realitas penggunaan sistem insulasi termal dengan karakteristik termal terkontrol untuk bangunan telah diperoleh.
REFERENSI
1. Bogoslovsky, V. N. Konstruksi fisika termal / V. N. Bogoslovsky. – SPb.: AVOK-NORTH-WEST, 2006. – 400 hal.
2. Sistem isolasi termal bangunan : TKP.
4. Perancangan dan pemasangan sistem insulasi dengan lapisan udara berventilasi berdasarkan panel fasad tiga lapis: R 1.04.032.07. – Minsk, 2007. – 117 hal.
5. Danilevsky, L. N. Tentang masalah pengurangan tingkat kehilangan panas dalam sebuah gedung. Pengalaman kerjasama Belarusia-Jerman dalam konstruksi / L. N. Danilevsky. – Minsk: Strinko, 2000. – Hal.76, 77.
6. Alfred Kerschberger “Solares Bauen dengan Warmedammung yang lebih transparan.” Systeme, Wirtschaftlichkeit, Perspektiven, BAUVERLAG GMBH, WEISBADEN UND BERLIN.
7. Die ESA-Solardassade – Dammen mit Licht / ESA-Energiesysteme, 3. Passivhaustagung 19 hingga 21 Februari 1999. Bregenz. -R. 177–182.
8. Peter O. Braun, Gebaudehullen Inovatif, Warmetechnik, 9, 1997. – hlm.510–514.
9. Rumah pasif sebagai sistem pendukung kehidupan adaptif: abstrak laporan Magang. ilmiah dan teknis konf. “Dari perbaikan termal bangunan hingga rumah pasif. Masalah dan solusinya” / L. N. Danilevsky. – Minsk, 1996. – Hal.32–34.
10. Isolasi termal dengan sifat terkontrol untuk bangunan dengan tingkat rendah kehilangan panas: Sat. tr. / Perusahaan Negara “NIPTIS Institute dinamai. Ataeva S.S.”; L.N.Danilevsky. – Minsk, 1998. – Hal.13–27.
11. Danilevsky, L. Sistem isolasi termal dengan sifat terkontrol untuk rumah pasif / L. Danilevsky // Arsitektur dan konstruksi. – 1998. – No.3. – Hal.30, 31.
12. Martynenko, O. G. Perpindahan panas konvektif bebas. Direktori / O.G. Martynenko, Yu.A.Sokovishin. – Minsk: Sains dan Teknologi, 1982. – 400 hal.
13. Mikheev, M. A. Dasar-dasar perpindahan panas / M. A. Mikheev, I. M. Mikheeva. – M.: Energi, 1977. – 321 hal.
14. Pagar bangunan berventilasi luar: Pat. 010822 Evraz. Kantor Paten, IPC (2006.01) E04B 2/28, E04B 1/70 / L. N. Danilevsky; pemohon Perusahaan Negara “NIPTIS Institute dinamai. Atayeva S.S.” – Nomor 20060978; penyataan 05.10.2006; publik. 30/12/2008 // Buletin. Kantor Paten Eurasia. – 2008. – Nomor 6.
15. Pagar bangunan berventilasi luar: Pat. 11343 Ulangan. Belarusia, MPK (2006) E04B1/70, E04B2/28 / L. N. Danilevsky; pemohon Perusahaan Negara “NIPTIS Institute dinamai. Atayeva S.S.” – Nomor 20060978; aplikasi 05.10.2006; publik. 30/12/2008 // Buletin Afitsyiny. / Nasional pusat intelektual. Ulasnastsi. – 2008.
| Ketebalan lapisan udara, m | Ketahanan termal dari lapisan udara tertutup R bab, m 2 °C/W | |||
| horizontal dengan aliran panas dari bawah ke atas dan vertikal | horizontal dengan aliran panas dari atas ke bawah | |||
| pada suhu udara di lapisan tersebut | ||||
| positif | negatif | positif | negatif | |
| 0,01 | 0,13 | 0,15 | 0,14 | 0,15 |
| 0,02 | 0,14 | 0,15 | 0,15 | 0,19 |
| 0,03 | 0,14 | 0,16 | 0,16 | 0,21 |
| 0,05 | 0,14 | 0,17 | 0,17 | 0,22 |
| 0,10 | 0,15 | 0,18 | 0,18 | 0,23 |
| 0,15 | 0,15 | 0,18 | 0,19 | 0,24 |
| 0,20-0,30 | 0,15 | 0,19 | 0,19 | 0,24 |
Data awal untuk lapisan struktur penutup;
- lantai kayu(papan lidah dan alur); δ 1 = 0,04m; λ 1 = 0,18 W/m°C;
- penghalang uap; tidak penting.
- celah udara: Rpr = 0,16 m2 °C/W; δ 2 = 0,04 m λ 2 = 0,18 W/m °C; ( Ketahanan termal dari lapisan udara tertutup >>>.)
- isolasi(styrofoam); δ ut = ? M; λ ut = 0,05 W/m °C;
- lantai bawah(papan); δ 3 = 0,025 m; λ 3 = 0,18 W/m°C;
| Lantai kayu di rumah batu. |
Seperti yang telah kami catat, untuk menyederhanakan perhitungan teknik termal, faktor pengali ( k), yang membawa nilai ketahanan termal yang dihitung mendekati ketahanan termal yang direkomendasikan dari struktur penutup; untuk lantai atas basement dan basement koefisiennya adalah 2,0. Kami menghitung ketahanan termal yang diperlukan berdasarkan fakta bahwa suhu udara luar (di bawah tanah) adalah; - 10°C. (namun, setiap orang dapat mengatur suhu yang mereka anggap perlu untuk kasus spesifik mereka).
Kami menghitung:
Di mana Rtr- ketahanan termal yang diperlukan,
televisi- suhu desain udara internal, °C. Suhu ini diterima menurut SNiP dan sama dengan 18 °C, tetapi karena kita semua menyukai kehangatan, kami menyarankan untuk menaikkan suhu udara internal menjadi 21 °C.
tn- perkiraan suhu udara luar, °C, sama dengan suhu rata-rata periode lima hari terdingin di area konstruksi tertentu. Kami menyarankan suhu di bawah tanah tn menerima suhu “-10°C”, tentu saja ini merupakan cadangan yang besar untuk wilayah Moskow, namun di sini, menurut pendapat kami, lebih baik melakukan hipotek berlebihan daripada tidak menghitungnya. Nah, jika mengikuti aturan, maka suhu udara luar diambil sesuai SNiP “Klimatologi Bangunan”. Anda juga dapat mengetahui nilai standar yang diperlukan dari lokal Anda organisasi konstruksi, atau departemen arsitektur regional.
δt n α masuk- hasil kali penyebut pecahan sama dengan: 34,8 W/m2 - untuk dinding luar, 26,1 W/m2 - untuk pelapis dan lantai loteng, 17,4 W/m2 ( dalam kasus kami) - untuk lantai di atas basement.
Sekarang menghitung ketebalan insulasi yang terbuat dari busa polistiren ekstrusi (styrofoam).
Di mana keluar - ketebalan lapisan isolasi, M;
δ 1…… δ 3 - ketebalan masing-masing lapisan struktur penutup, M;
λ 1…… λ 3 - koefisien konduktivitas termal masing-masing lapisan, W/m °C (lihat Buku Panduan Tukang);
Rpr - ketahanan termal lapisan udara, m2 °C/W. Jika ventilasi udara tidak disediakan dalam struktur penutup, maka nilai ini dikeluarkan dari rumus;
α di, α n - koefisien perpindahan panas permukaan internal dan eksternal lantai, masing-masing sama dengan 8,7 dan 23 W/m2 °C;
λut - koefisien konduktivitas termal lapisan isolasi(dalam kasus kami, styrofoam adalah busa polistiren yang diekstrusi), W/m °C.
Kesimpulan; Untuk memenuhi persyaratan untuk kondisi suhu pengoperasian rumah, ketebalan lapisan isolasi dari papan busa polistiren terletak di penutup lantai basement balok kayu(ketebalan balok 200 mm) minimal harus 11 cm. Karena kami awalnya menetapkan parameter yang meningkat, opsinya mungkin sebagai berikut; ini bisa berupa kue yang terbuat dari dua lapis lempengan styrofoam 50 mm (minimum), atau pai yang terbuat dari empat lapis lempengan styrofoam 30 mm (maksimum).
Pembangunan rumah di wilayah Moskow:
- Pembangunan rumah balok busa di wilayah Moskow. Ketebalan dinding rumah balok busa >>>
- Perhitungan ketebalan dinding bata selama pembangunan rumah di wilayah Moskow. >>>
- Konstruksi kayu rumah kayu di wilayah Moskow. Ketebalan dinding rumah kayu. >>>
Untuk membawa keseragaman, ketahanan terhadap perpindahan panas celah udara tertutup terletak di antara lapisan struktur penutup disebut ketahanan termal Rv.p, m². ºС/W.
Diagram perpindahan panas melalui celah udara ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar.5. Pertukaran panas di lapisan udara.
Aliran panas yang melewati lapisan udara qv.p, W/m², terdiri dari aliran yang ditransmisikan oleh konduktivitas termal (2) qt, W/m², konveksi (1) qк, W/m², dan radiasi 
(3) ql, L/m².
24. Resistensi bersyarat dan berkurang terhadap perpindahan panas. Koefisien homogenitas termoteknik struktur penutup.
25. Standarisasi ketahanan perpindahan panas berdasarkan kondisi sanitasi dan higienis
, R 0 = *
Kalau begitu, kita normalkan Δ t n R 0 tr = * , itu. agar Δ t≤ Δ t n Itu perlu
R 0 ≥ R 0 tr
SNiP memperluas persyaratan ini untuk mengurangi resistensi. perpindahan panas
R 0 pr ≥ R 0 tr
t in - suhu desain udara internal, °C;
menerima sesuai dengan standar desain. bangunan
t n - - perkiraan suhu udara luar musim dingin, °C, sama dengan suhu rata-rata periode lima hari terdingin dengan probabilitas 0,92
A in (alpha) - koefisien perpindahan panas permukaan bagian dalam struktur penutup, diterima menurut SNiP
Δt n - perbedaan suhu standar antara suhu udara internal dan suhu permukaan bagian dalam struktur penutup, diadopsi menurut SNiP
Ketahanan perpindahan panas yang diperlukan R mencoba o pintu dan gerbang harus minimal 0,6 R mencoba o dinding bangunan dan struktur, ditentukan oleh rumus (1) pada suhu udara luar musim dingin yang dihitung sama dengan suhu rata-rata periode lima hari terdingin dengan probabilitas 0,92.
Saat menentukan ketahanan perpindahan panas yang diperlukan dari struktur penutup internal, rumus (1) harus diambil sebagai gantinya t n-perhitungan suhu udara ruangan yang lebih dingin.
26. Perhitungan rekayasa termal dari ketebalan bahan pagar yang dibutuhkan berdasarkan kondisi untuk mencapai ketahanan perpindahan panas yang diperlukan.
27. Kelembaban bahan. Alasan untuk meredam struktur
Kelembapan - kuantitas fisik yang sama dengan jumlah air yang terkandung dalam pori-pori material.
Tersedia dalam massa dan volume
1) Kelembaban konstruksi.(selama pembangunan gedung). Tergantung pada desain dan metode konstruksi. Padat tembok bata lebih buruk dari balok keramik. Yang paling disukai adalah kayu (dinding prefabrikasi). tanpa selalu. Akan hilang dalam waktu 2=-3 tahun setelah beroperasi. Tindakan: keringkan dinding
Kelembaban tanah. (hisap kapiler). Mencapai ketinggian lapisan kedap air 2-2,5 m, dengan perangkat yang benar tidak berpengaruh.
2) Kelembaban tanah, menembus ke dalam pagar dari tanah karena hisap kapiler
3) Kelembaban atmosfer. (hujan miring, salju). Sangat penting untuk atap dan atap... kokoh dinding bata tidak memerlukan perlindungan jika penyambungan dilakukan dengan benar. Beton bertulang, panel beton ringan memperhatikan sambungan dan blok jendela, lapisan bertekstur bahan tahan air. Proteksi=dinding pelindung pada lereng
4) Kelembapan pengoperasian. (di bengkel bangunan industri, terutama di lantai dan bagian bawah dinding) solusi: lantai kedap air, perangkat drainase, pelapis bagian bawah ubin keramik, plester tahan air. Perlindungan = lapisan pelindung dengan internal sisi
5) Kelembaban higroskopis. Karena meningkatnya higroskopisitas bahan (kemampuan menyerap uap air dari udara lembab)
6) Kondensasi uap air dari udara:a) pada permukaan pagar. b) pada ketebalan pagar
28. Pengaruh kelembaban terhadap sifat-sifat struktur
1) Dengan meningkatnya kelembaban, konduktivitas termal struktur meningkat.
2) Deformasi kelembaban. Kelembaban jauh lebih buruk daripada ekspansi termal. Plester terkelupas karena akumulasi uap air di bawahnya, kemudian uap air tersebut membeku, mengembang volumenya dan merobek plester. Bahan yang tidak tahan lembab berubah bentuk saat dibasahi. Misalnya, gipsum mulai merambat ketika kelembapan meningkat, kayu lapis mulai membengkak dan mengelupas.
3) Mengurangi daya tahan - jumlah tahun pengoperasian struktur bebas masalah
4) Kerusakan biologis (jamur, kapang) akibat embun
5) Hilangnya penampilan estetis
Oleh karena itu, ketika memilih bahan, kondisi kelembapannya diperhitungkan dan bahan dengan kelembapan tertinggi dipilih. Selain itu, kelembapan dalam ruangan yang berlebihan dapat menyebabkan penyebaran penyakit dan infeksi.
Dari sudut pandang teknis, hal ini menyebabkan hilangnya ketahanan struktur dan sifat tahan bekunya. Beberapa bahan kelembaban tinggi kehilangan kekuatan mekanik, berubah bentuk. Misalnya, gipsum mulai merambat ketika kelembapan meningkat, kayu lapis mulai membengkak dan mengelupas. Korosi logam. kemunduran penampilan.
29. Peningkatan penyerapan uap air. materi. Mekanisme penyerapan. Histeresis sorpsi.
Penyerapan- proses penyerapan uap air, yang mengarah pada keseimbangan kelembaban bahan dengan udara. 2 fenomena. 1. Penyerapan akibat tumbukan suatu molekul berpasangan dengan permukaan pori dan adhesi pada permukaan tersebut (adsorpsi)2. Pelarutan langsung uap air dalam volume tubuh (penyerapan). Kelembaban meningkat dengan meningkatnya elastisitas relatif dan penurunan suhu. “desorpsi”: jika sampel basah ditempatkan dalam desikator (larutan asam sulfat), maka akan melepaskan uap air.
Mekanisme penyerapan:
1.Adsorpsi
2.Kondensasi kapiler
3. Pengisian volume mikropori
4. Mengisi ruang antar lapisan
Tahap 1. Adsorpsi merupakan fenomena dimana permukaan pori ditutupi oleh satu atau lebih lapisan molekul air (pada mesopori dan makropori).
Tahap 2. Adsorpsi polimolekul - lapisan teradsorpsi multilayer terbentuk.
Tahap 3. Kondensasi kapiler.
MENYEBABKAN. Tekanan uap jenuh pada permukaan cekung lebih kecil dibandingkan pada permukaan cairan datar. Dalam kapiler dengan radius kecil, uap air membentuk langit mini yang cekung, sehingga kondensasi kapiler menjadi mungkin. Jika D>2*10 -5 cm, maka tidak akan terjadi kondensasi kapiler.
Desorpsi – proses pengeringan alami bahan.
Histeresis (“perbedaan”) penyerapan terletak pada perbedaan antara isoterm sorpsi yang diperoleh ketika bahan dibasahi dan isoterm desorpsi yang diperoleh dari bahan kering. menunjukkan % perbedaan antara berat kelembaban selama penyerapan dan kelembaban berat desorpsi (desorpsi 4,3%, penyerapan 2,1%, histeresis 2,2%) ketika melembabkan isoterm sorpsi. Saat mengeringkan desorpsi.
30. Mekanisme perpindahan air pada bahan konstruksi bangunan. Permeabilitas uap, hisapan kapiler air.
1. Di musim dingin, karena perbedaan suhu dan tekanan parsial yang berbeda, aliran uap air melewati pagar (dari permukaan bagian dalam ke permukaan luar) - difusi uap air. Di musim panas, yang terjadi adalah sebaliknya.
2. Transportasi konvektif uap air(dengan aliran udara)
3. Perpindahan air kapiler(perkolasi) melalui bahan berpori.
4. Air gravitasi merembes melalui celah-celah, lubang, makropori.
Permeabilitas uap – kemampuan suatu bahan atau struktur yang dibuat darinya untuk memungkinkan uap air melewatinya.
Koefisien permeabilitas pori- Fis. suatu nilai yang secara numerik sama dengan banyaknya uap yang melewati pelat dengan satuan luas, dengan satuan penurunan tekanan, dengan satuan ketebalan pelat, dengan satuan waktu dengan perbedaan tekanan parsial pada sisi-sisi pelat e 1 Pa .. Dengan penurunan. Suhu, mu menurun, dengan meningkatnya kelembaban, mu meningkat.
Resistensi permeasi uap: R=ketebalan/mu
Mu - Koefisien permeabilitas uap (ditentukan menurut rekayasa panas SNIP 2379)
Penyerapan air secara kapiler oleh bahan bangunan – memastikan perpindahan kelembaban cair secara konstan melalui bahan berpori dari area dengan konsentrasi tinggi ke area dengan konsentrasi rendah.
Semakin tipis kapiler, semakin besar kekuatan hisap kapiler, namun secara keseluruhan laju transfernya menurun.
Perpindahan kapiler dapat dikurangi atau dihilangkan dengan memasang penghalang yang sesuai (celah udara kecil atau lapisan kapiler-tidak aktif (tidak berpori)).
31. Hukum Fick. Koefisien permeabilitas uap
P(jumlah uap, g) = (ev-en)F*z*(mu/ketebalan),
mu– koefisien permeabilitas uap (ditentukan menurut teknik pemanasan SNIP 2379)
Fis. suatu nilai yang secara numerik sama dengan banyaknya uap yang melewati pelat dengan satuan luas, dengan satuan penurunan tekanan, dengan satuan ketebalan pelat, dengan satuan waktu dengan perbedaan tekanan parsial pada sisi-sisi pelat e 1 Pa [mg/(m 2 *Pa)]. Mu terkecil memiliki bahan atap 0,00018, min.kapas terbesar = 0,065 g/m*h*mm.Hg., kaca jendela dan logam kedap uap, udara memiliki permeabilitas uap terbesar. Saat menurun Suhu, mu menurun, dengan meningkatnya kelembaban, mu meningkat. Hal ini tergantung pada sifat fisik material dan mencerminkan kemampuannya untuk menghantarkan uap air yang berdifusi melaluinya. Bahan anisotropik memiliki mu yang berbeda (untuk kayu sepanjang serat = 0,32, melintang = 0,6).
Ketahanan yang setara terhadap perembesan uap pada pagar dengan susunan lapisan yang berurutan. hukum Fick.
Q=(e 1 -e 2)/R n qR n1n =(e n1n-1 -e 2)
32 Perhitungan distribusi tekanan parsial uap air melintasi ketebalan struktur.
Karena konduktivitas termal udara yang rendah, lapisan udara sering digunakan sebagai insulasi termal. Celah udara dapat ditutup atau diberi ventilasi, dalam kasus terakhir disebut saluran udara. Jika udara diam, maka hambatan termal akan sangat tinggi, namun akibat perpindahan panas secara konveksi dan radiasi, hambatan lapisan udara berkurang.
Konveksi di celah udara. Ketika panas berpindah, hambatan kedua lapisan batas diatasi (lihat Gambar 4.2), sehingga koefisien perpindahan panas menjadi setengahnya. Pada lapisan udara vertikal, jika ketebalannya sepadan dengan tingginya, arus udara vertikal bergerak tanpa gangguan. Pada lapisan udara tipis mereka saling terhambat dan membentuk sirkuit sirkulasi internal, yang tingginya bergantung pada lebarnya.
Beras. 4.2 – Skema perpindahan panas pada lapisan udara tertutup: 1 – konveksi; 2 – radiasi; 3 – konduktivitas termal
Dalam lapisan tipis atau dengan perbedaan suhu yang kecil pada permukaan (), terjadi pergerakan aliran udara secara paralel tanpa pencampuran. Jumlah panas yang dipindahkan melalui celah udara sama dengan
. (4.12)
Ketebalan kritis interlayer ditetapkan secara eksperimental, δkr, mm, yang rezim aliran laminarnya dipertahankan (pada suhu udara rata-rata di lapisan 0 o C):
Dalam hal ini, perpindahan panas dilakukan melalui konduktivitas termal dan
Untuk ketebalan lainnya, koefisien perpindahan panasnya sama dengan
. (4.15)
Dengan bertambahnya ketebalan lapisan vertikal, terjadi peningkatan α ke:
pada δ = 10 mm – sebesar 20%; δ = 50 mm – sebesar 45% (nilai maksimum, lalu turunkan); δ = 100 mm – sebesar 25% dan δ = 200 mm – sebesar 5%.
Pada lapisan udara horizontal (dengan permukaan atas yang lebih panas), hampir tidak ada pencampuran udara, sehingga rumus (4.14) dapat diterapkan. Dengan permukaan bawah yang lebih panas (zona sirkulasi heksagonal terbentuk), nilainya α ke ditemukan menurut rumus (4.15).
Perpindahan panas radiasi di celah udara
Komponen radiasi fluks panas ditentukan oleh rumus
. (4,16)
Koefisien perpindahan panas radiasi diasumsikan aku= 3,97 W/(m 2 ∙ o C), nilainya lebih besar α ke, oleh karena itu perpindahan panas utama terjadi secara radiasi. DI DALAM pandangan umum jumlah panas yang dipindahkan melalui lapisan adalah kelipatan
.
Aliran panas dapat dikurangi dengan pelapisan permukaan yang hangat(untuk menghindari kondensasi) dengan foil, menggunakan apa yang disebut. “penguatan”. Fluks radiasi berkurang sekitar 10 kali lipat, dan resistansinya berlipat ganda. Terkadang sel sarang lebah yang terbuat dari foil dimasukkan ke dalam celah udara, yang juga mengurangi perpindahan panas konvektif, namun solusi ini tidak tahan lama.
