<<
>>

Учет отражательных свойств поверхностей материаловпри проектировании ограждающих конструкций зданий.

В работе [19, 20] отмечалось, что проектировании в конструкции с воздушным пространством устройство на одной его поверхности отражательной теплоизоляции с низким коэффициентом излучения позволяет увеличить их тепловую защиту.

В работе [221] представлен детальный анализ методов и материалов, в том числе передовых технологий, по снижению энергопотребления зданий за счёт применения новейших систем тепловой изоляции. Отмечается, что перспективных направлением является применение офольгированных мета­материалов, например, полых сотовых элементов, выполненной из фольги или вакуумной изоляции, и с применением алюминиевой фольги.

Проведенный анализ технической литературы показал, что в настоящее время имеются отдельные исследования отражательной теплоизоляции. Вопросами применения отражательной теплоизоляции в воздуховодах, трубопроводах, в вакуумных установках, для изоляции резервуаров с криогенными веществами и строительных конструкциях с учетом ее энергосберегающего эффекта занимались [8, 9, 12, 15, 26, 53, 70, 75, 77-80, 93, 102, 103, 104, 106, 108, 112, 132, 206, 212]. Но несмотря на это до настоящего времени отсутствует нормирование параметров теплозащиты для ограждающих конструкций с отражательной теплоизоляцией.

Среди работ, посвященных вопросам применения отражательной теплоизоляции, следует отметить исследования при температуре +1000С и +5000С систем массивных плоских стальных экранов, разделенных на небольшие воздушные пространства [93, 94, 208]. Однако приводимые в работах системы экранирования рассматриваются для воздушных пространств толщиной 0,006 м при отсутствии конвективного теплообмена в пространствах между экранами. Рассматриваются вопросы теплозащиты традиционных огнеупорных и

строительных материалов для более применения в теплоэнергетической и строительной отраслях промышленности.

Применение отражательной теплоизоляции из алюминиевой фольги как эффективной теплоизоляции для воздуховодов систем вентиляции и кондиционирования и стеновых конструкций рассмотрено в работах [26, 103, 127], в которых отражательная теплоизоляция в виде экрана устраивается на внутренней поверхности воздуховода, а также на поверхности воздушного пространства.

В работе отмечается, что благодаря экрану из отражательной теплоизоляции из алюминиевой фольги происходит снижение теплопотерь в воздуховодах. Также указывается, что существенное снижение теплопотерь происходит при установке экрана в герметичных воздушных пространствах [106]. Экспериментальным путем получены значения термического сопротивления воздушных пространств при различном направлении теплового потока.

В работе [70] рассматривается экранная теплоизоляция, состоящая из нескольких воздушных прослоек, поверхность которых имеет низкую и высокую отражательную способность. При этом особое внимание уделено вопросам передачи теплоты от экрана к экрану при высоких температурах более 8000С или в условиях вакуума без учета составляющей передачи теплоты теплопроводностью. Только за счет передачи лучистой тепловой энергии. При использовании экранной теплоизоляции в конструкциях с температурой менее 800 оС, по мнению автора, количество теплоты, передаваемое излучением, становится соизмеримо с передачей теплоты теплопроводностью. Поэтому в одном из вариантов он считает, что при передаче теплоты следует учитывать не только излучение, но и теплопроводность.

При экранной теплоизоляции при высоких температурах наблюдаются резкие температурные перепады. Для точности расчетов предлагается учитывать степень черноты экрана и коэффициент теплопроводности воздуха в зависимости от температуры. При этом следует обратить внимание, что в ряде конструкций надо учитывать и теплоемкость экранов.

В работах [102, 205] приводятся примеры использования тонкой

алюминиевой фольги в воздушных пространствах в толще наружных стена для повышения теплозащиты и уменьшения тепловых потерь. Это конструктивное решение, как теплоизоляция, нашло свое применение в вагонах-холодильниках, самолетах, пароходах [112, 207]. В качестве экрана бралась тонкая алюминиевая фольга в мятом виде, которая укладывалась в один или несколько рядов. Данная конструкция имела малый вес и должна была обеспечить высокую теплозащиту [75].

Однако, по ряду причин, это конструктивное решение, в котором наружный слой выполнен из металлических листов, в другой - с покрытием алюминиевой фольгой и между ними находится замкнутое воздушное пространство в условиях эксплуатации себя не оправдало. Это обстоятельство какой-то степени задержало использование алюминиевой фольги в строительстве. При этом полностью от применения отражательной теплоизоляции в конструкциях наружных стен не отказались и планировалось ее использование в малоэтажном домостроении.

В 50-ые годы XX века в Научно-исследовательском институте строительной техники (сейчас НИИСФ РААСН) велись поисковые работы по использованию новых эффективных и недорогих материалов в строительных конструкциях, в частности отражательной теплоизоляции на основе алюминиевой фольги. Были проведены исследования наружных ограждений с замкнутыми воздушными пространствами и алюминиевой фольгой в здания Ленинградского филиала Академии архитектуры СССР в Зеленогорске. В работе [19] приводятся результаты натурных исследований с значениями термических сопротивлений воздушных пространств толщиной 0,021-0,051 м, которые составляли 0, 547 мС ч/ккал или 0,47 мС/Вт, расчетные значения термических сопротивлений этих же прослоек составили 0,538 мС ч/ккал или 0,45 мС/Вт. В этой работе приводится диаграмма составляющих коэффициента теплопередачи теплопроводностью Kr, конвекцией Кки излучением Кив зависимости от толщины воздушного пространства, что позволяет вычислить термическое сопротивление воздушной прослойки по формуле R,h = 1: (Кт + Кк + Ки).

В этот же период в связи с переработкой конструкций домов Березовского завода строительных конструкций на Урале в климатических камерах были проведены исследования спаренных стеновых железобетонных панелей с использованием отражательной теплоизоляции из алюминиевой фольги [205]. В панелях толщина слоя железобетона с внутренней стороны составляла 25 мм, с наружной стороны 35 мм, толщина ребер 120 мм. В одном варианте стеновой панели теплоизоляционный слой состоял из 5 воздушных пространств толщиной 40, 35, 40, 35 и 40 мм, разделенных диафрагмами из алюминиевой фольги. Второй вариант панели имел аналогичную конструкцию с теплоизоляционным слоем из алюминиевой фольги с 4-мя воздушными пространствами толщиной 50, 45, 45 и 40 мм. Диафрагмы из алюминиевой фольги крепились к антисептированным брускам толщиной 60 мм. В результате проведенных исследований было получено, что панель с пятью воздушными пространствами имела сопротивление теплопередаче Rli = 2,72 мС/Вт и с четырьмя воздушными пространствами Rli = 2,08 мС/Вт. В панели с пятью воздушными прослойками среднее термическое сопротивление одного воздушного пространства составило Rkk = 0,53 мС/Вт и при четырех воздушных прослойках Rkh = 0,51 мС/Вт.

В отношении стеновых железобетонных панелей с алюминиевой фольгой рекомендовалось использовать в них от 3 до 5 замкнутых воздушных пространств, что обеспечивало надлежащую температуру воздуха даже при резких колебаниях наружных температур.

В вышеперечисленных ограждающих конструкциях применялась отражательная теплоизоляция из алюминиевой фольги толщиной 8-11 мкм с поверхностной плотностью 28 г/м2 в виде диафрагм в деревянном обрамлении с воздушными пространствами. Технологический процесс изготовления таких ограждающих конструкций представлял определенные трудности, поэтому в то время они не получили дальнейшего развития.

Проведенные исследования наружной ограждающей конструкции для промышленных зданий с экранированными воздушными пространствами, проведенными в последние годы, представлены в работах [51, 52, 104]. В них

рассматривается конструкция, которая внутри разделена экранами из цементных плит толщиной 8 мм, окрашенных краской «серебрянка», из 14 замкнутых воздушных полостей. Расчетным путем метода конечных элементов в программном комплексе ANSYS авторами получено распределение температуры по толщине воздушного пространства и установлено, что термическое сопротивление конструкции с воздушным пространством, разделенным на 14 прослоек толщиной 16 мм каждая, составляет 9,32 мС/Вт. По результатам численных расчетов в работе [104] установлено, что наиболее высокие теплозащитные свойства конструкции отмечаются, когда воздушное пространство разделено на прослойки, толщина каждой из которых составляет 16 мм. В расчетах приведены значения теплозащиты для всех 14 прослоек.

Эффективность использования в строительстве отражательной теплоизоляции отмечается в работе [102]. Также в ней проведен анализ теплозащиты одиночного (не в конструкции) воздушного пространства при заданной автором произвольной разности температур на ее поверхностях ∆τ = 5 T и ∆τ = 10 oC. Для этих разностей температур им установлено термическое сопротивление воздушного пространства. Однако, в реальных условиях при вычислении термического сопротивления воздушной прослойки при учете отражательных свойств температуры на поверхностях воздушного пространства неизвестны.

За рубежом, как и в России, отражательная теплоизоляция находит применение в строительных конструкциях. Для использования отражательной теплоизоляции в строительных конструкциях разработаны стандарты [225, 227, 245], в которых приведены общие технические условия, методы испытаний отражательной теплоизоляции и рекомендации по ее монтажу в конструкциях зданий. В стандарте [227] указано, что материалы со степенью черноты поверхностей ε ≤ 0,1 или коэффициентом излучения C ≤0,57 Вт/(м2 оС4) относят к отражательной теплоизоляции. Определение степени черноты поверхностей материалов, включая отражательную теплоизоляцию, проводится экспериментальным путем по методике [229]. В Америке отражательные

пленочные материалы на основе алюминиевой фольги используются в качестве «паронепроницаемого барьера», как пароизоляционные материалы, благодаря их низкой паропроницаемости, в соответствии с рекомендациями стандарта [226]. Особенно большое внимание при использовании отражательной теплоизоляции в зарубежных документах уделяется вопросам ее устройства в качестве «пароизоляционного барьера» на чердаках, а также на чердаках в южных и северных климатических районах [226]. В настоящее время существует нормативных документов, в которых приводятся экспериментальные методы определения теплозащитных качеств материалов с отражательной теплоизоляцией. Среди них следует отметить европейские стандарты [245, 246] и американские [223, 224], в которых приведены методы экспериментального определения термического сопротивления материалов, которые аналогичны отечественному стандарту [39]. Однако при этих методах определения термического сопротивления [223, 224, 246] невозможно учесть отражательный эффект поверхности материалов, потому что холодная и горячая пластины приборов вплотную примыкают к поверхности испытываемого образца. Они могут использоваться только для материалов с отражательной теплоизоляцией, расположенной в их толще и обращенных во внутреннюю воздушную прослойку. Для материалов, у которых отражательная теплоизоляция расположена на поверхности, оценку теплозащитных качеств рекомендуется проводить экспериментальным методом с помощью приставной калориметрической камеры («теплый ящик» или hot box) [228]. Аналогичным методом можно пользоваться и в России. Однако, наиболее точные экспериментальные значения теплозащитных качеств строительных конструкций с отражательной теплоизоляцией в их толще и на поверхности можно получить в климатических камерах большего размера. Эти методы испытаний в соответствии с [37] широко применяют в России и в европейских странах.

В результате следует отметить, что в России и за рубежом имеется экспериментальная база для оценки теплозащитных свойств материалов и конструкций с отражательной теплоизоляцией. Однако, как было отмечено на

Конференции производителей отражательной теплоизоляции (Майями, США, 2016 г.) применение материалов с отражательной теплоизоляцией затрудняется отсутствием инженерных расчетных методов оценки их теплозащитных качеств, позволяющих при проектировании конструкции рассчитать энергосберегающий эффект от ее применения в ограждении.

Таким образом, проведенный анализ исследований строительных конструкций с воздушными пространствами показал, что преимущественно проводились экспериментальные исследования конструкций с отражательной теплоизоляцией с различным количеством воздушных пространств, в результате которых устанавливалась тепловая защита конструкций с несколькими воздушными пространствами с отражательной теплоизоляцией, а не одиночного воздушного пространства. При исследованиях теплозащиты воздушных пространств с отражательной теплоизоляцией в расчетах заранее задавался температурный перепад на противоположных поверхностях воздушного пространства с отражательной теплоизоляцией, после чего проводился анализ их параметров, что вносило погрешность в определение теплозащитных качеств воздушных пространств с отражательной теплоизоляцией.

В настоящее время отечественной промышленностью выпускается отражательная теплоизоляция на основе алюминиевой фольги, армированная сеткой и дублированная полиэтиленовой пленкой или вспененным полиэтиленом, что находит широкое применение в практике строительства. Величины термических сопротивлений воздушных прослоек при наличии отражательной теплоизоляции из алюминиевой фольги, включенные по результатам исследований автора в [150, 153], приведены в главе 5 «Развитие эффективных методов расчета для рационального использования отражательной теплоизоляции из алюминиевой фольги в стеновых конструкциях».

<< | >>
Источник: УМНЯКОВА НИНА ПАВЛОВНА. РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЕТОМ СПЕЦИФИКИ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ И ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва - 2019. 2019

Еще по теме Учет отражательных свойств поверхностей материаловпри проектировании ограждающих конструкций зданий.:

  1. ГЛАВА 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЕТОМ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ ИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
  2. Предложения по проектированию новых типов энергосберегающих ограждающих конструкций с учетом специфики внешних воздействий и отражательных свойств материалов
  3. ГЛАВА 4. ТЕОРИЯ РАСЧЕТА ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЕТОМ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ ИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
  4. УМНЯКОВА НИНА ПАВЛОВНА. РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЕТОМ СПЕЦИФИКИ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ И ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва - 2019, 2019
  5. Ограждающих конструкций с отражательной теплоизоляцией на внутренней поверхности стены
  6. Ограждающие конструкций с отражательной теплоизоляцией из алюминиевой фольги на внутренней поверхности зарадиаторной стенке
  7. Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ МАТЕРИАЛОВ С ВЫСОКИМИ ОТРАЖАТЕЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ
  8. Основы теплообмена излучением, конвекцией и теплопроводностью в замкнутом воздушном пространстве ограждающих конструкций учетом отражательных свойств материалов
  9. Моделирование теплообмена у поверхности зарадиаторной стенки с учетом отражательных свойств поверхностей
  10. Моделирование теплопередачи через наружные стены с учетом отражательных свойств внутренних поверхностей помещения
  11. ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ
  12. Специфика отражательной теплоизоляции в наружных ограждающих конструкциях