Penentuan koefisien perpindahan panas dari struktur penutup. Membangun fisika termal

Dan dalam beberapa kasus AC.

Perangkat sistem pemanas sentral memastikan pemeliharaan suhu udara yang diperlukan di tempat dan meningkatkan tingkat kenyamanan.

Sampai saat ini, tidak mungkin membayangkan rumah yang tidak dilengkapi dengan sistem pemanas. Sistem pemanas adalah komponen tak terpisahkan dari kehidupan yang nyaman.

Dalam proyek kursus ini, sistem pemanas bangunan umum dihitung. Pagar terisolasi. Sistem pemanas dirancang sesuai dengan SNiP dan GOST saat ini, dengan mempertimbangkan persyaratan undang-undang tentang penghematan energi. Unit pengukur panas komersial telah dikembangkan, dan pemasangan katup penutup dan katup kontrol dipertimbangkan.

Penentuan koefisien perpindahan panas dari struktur penutup.

Penentuan koefisien perpindahan panas dari dinding luar.

Data awal:

Daerah konstruksi - Vladimir;

Perkiraan suhu udara dalam ruangan warna= 16оС;

Kelembaban di dalam ruangan - normal.

Zona kelembaban menurut Lampiran 1* SNiP II-3-79* - lembab, kondisi operasi menurut Lampiran 2 pada kelembaban normal - parameter B.

Konstruksi dinding:

1. Mortar semen-pasir: 1= 0,02 m;

1 = 93W/m оС;

2. Tikar wol mineral: 2 = ? m; 2= ​​75 kg/m3; 2 = 0,064, W/m oC;

3. Beton seluler: 3 = 0,24; 3= 1000kg/m3; 3 = 0,47, W/mоС;

4. Solusi kompleks: 4 = 0,02 m; 4 = 0,87 W/m oC.

Koefisien konduktivitas termal, , ditentukan tergantung pada densitas material, , dan pada kondisi operasi (parameter B, Lampiran 3* dari SNiP II-3-79*).

int = 8,7 W/m2°C

ext = 23 W/m2°C

Urutan perhitungan.

1. Penentuan derajat-hari periode pemanasan:

Dd \u003d (warna - tht) Zht \u003d (16-(-3.5)) 213 \u003d 4153,5 °C hari.

2. Penentuan nilai normalisasi hambatan perpindahan panas menurut tab. 4. SNiP:

Rreg = a Dd + b = 0,0003 4153.5+1.6=2.8

3. Penentuan resistansi termal total:

4. Berdasarkan kondisi termal, dimana R0 Rreg, kita samakan R0 dengan Rreg:

2,8 = m2 °C/W

5. Menentukan ketebalan lapisan isolasi:

2 \u003d (2.8-0.71) 0,064 \u003d 0,133 m.

6. Penentuan resistansi termal total, dengan mempertimbangkan 2

7. Memeriksa kondisi termal: R0 Rreg.

2.9 > 2.8 => kondisi terpenuhi.

8. Koefisien perpindahan panas lantai loteng:

K=

Penentuan koefisien perpindahan panas lantai non-loteng.

Desain sampul:

1. 4 lapis bahan atap: 1=0,25 m; 1=0,17 W/m оС;

2. Screed semen: 2= 0,02 m; 2= ​​1800 kg/m3; 2 \u003d 0,93 W / m ° C;

3. Papan wol mineral: 3 = ? m; 3= 200 kg/m3; 3 = 0,076 W/m оС;

4. Screed semen: 4= 0,02 m; 4= 1800 kg/m3; 4 \u003d 0,93 W / m ° C;

5. Pelat beton bertulang: 5 = 0,22 m; 5= 2500 kg/m3; 5 = 2,04 W/m oC.

Kami menemukan data untuk perhitungan:

warna= 16 °C;

teks= - 28 °C;

zht= 213 hari;

itu= -3.5 о;

α ke dalam= 8,7 W/m2 °C; ,

α ext= 23 W/m2 °C;

Urutan perhitungan:

1. Tentukan derajat-hari periode pemanasan:

Dd = (warna - tht) . zht \u003d (16 - (- 3.5)) 213 \u003d 4153,5 °C hari.

2. Menurut tabel 1 * kami menentukan resistansi termal yang diperlukan:

Rreq=a Dd+b=0,0003 4153,5 +1,6=2,8 m2 oC/W

3. Tentukan hambatan termal total:

4. Berdasarkan kondisi termal, di mana Ro Rreq, kita samakan

5. Temukan ketebalan lapisan isolasi:

3 \u003d (2,8 - 0,71) 0,076 \u003d 0,158m;

6. Tentukan resistansi termal total, dengan mempertimbangkan 3:

;

7. Memeriksa kondisi termal: R0 Rreq

2.78 2.8 => kondisi terpenuhi;

8. Koefisien perpindahan panas:

.

Penentuan koefisien perpindahan panas pintu luar.

1. Tentukan hambatan termal yang diperlukan dari dinding luar sesuai dengan rumus:

2. Ketahanan termal yang diperlukan dari pintu luar:

R0dv =0,6 · Rreq.st.=0,6 · 2,8 \u003d 1,68 m2 ° C / W,

3. koefisien perpindahan panas pintu:

.

Hasil perhitungan dirangkum dalam Tabel 1.1.

Tabel ringkasan koefisien perpindahan panas pagar.

Tabel 1.1.

3.1.4 Pemilihan dan pembenaran sistem pemanas yang diadopsi.

Karena kami memiliki bangunan produksi dua lantai tanpa ruang bawah tanah dan tanpa loteng, kami memilih sistem pemanas dua pipa dengan kabel yang lebih rendah. Dengan sistem pemanas dua pipa dengan kabel yang lebih rendah, jalur suplai dan pengembalian melewati lantai atau di atas lantai lantai, dan cairan pendingin masuk secara independen ke setiap radiator. Untuk mengeluarkan udara dari sistem, katup pembuangan udara harus dipasang di radiator atas. Keuntungan dari jenis pengkabelan ini termasuk penyesuaian sistem yang baik, kemampuan untuk mematikan setiap perangkat pemanas, kemampuan untuk menghubungkan sistem saat bangunan sedang dibangun, tidak adanya perangkat pemanas yang berlebihan, serta tidak adanya riser dan suplai. garis.

3.1.5 Rumus perhitungan dasar untuk perhitungan hidrolik sistem pemanas.

1) Tekanan sirkulasi desain dihitung dengan menggunakan rumus:

R=100 · Lck+B· 3 · hini· nini(tG-ttentang);

Lck adalah panjang cincin sirkulasi.

B adalah faktor koreksi yang memperhitungkan nilai tekanan sirkulasi alami selama periode pemeliharaan tekanan hidrolik yang dihitung dalam sistem. Diterima B=1- untuk sistem pemompaan pipa tunggal dan B=0,4- untuk sistem dua pipa.

panas - tinggi lantai.

bersih - jumlah lantai

2) Kehilangan tekanan spesifik akibat gesekan per 1 m pipa ditentukan dengan rumus:

;

3) Konsumsi air di lokasi ditentukan dengan rumus:

;

1 dan 2 adalah koefisien untuk memperhitungkan fluks panas tambahan ketika pembulatan melebihi nilai yang dihitung.

4) Kehilangan tekanan pada cincin sirkulasi utama ditentukan oleh rumus:

=∑(Rl+z);

Rl - kehilangan tekanan total di bagian sepanjang.

z - kehilangan tekanan karena resistensi lokal.

5) Kehilangan tekanan pada cincin sirkulasi utama harus kurang dari tekanan sirkulasi yang dihitung sebesar 15%

.
1.1 Maksud dan tujuan kursus.
1.2 Mata kuliah.
1.3 Bangunan sebagai sistem energi tunggal.
2. Perpindahan panas dan kelembaban melalui pagar luar.
2.1 Dasar-dasar perpindahan panas dalam sebuah bangunan.
2.1.1 Konduktivitas termal.
2.1.2 Konveksi.
2.1.3 Radiasi.
2.1.4 Tahanan termal celah udara .

2.1.6 Perpindahan panas melalui dinding multilayer.
2.1.7 Berkurangnya resistensi terhadap perpindahan panas.
2.1.8 Distribusi suhu di atas bagian pagar.
2.2 Rezim kelembaban struktur penutup.
2.2.1 Penyebab kelembaban di pagar.
2.2.2 Efek negatif dari peredam pagar luar.
2.2.3 Komunikasi kelembaban dengan 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 penghalang eksternal.
2.3.1 Dasar-dasar.
2.3.2 Perbedaan tekanan pada permukaan luar dan dalam pagar.
2.3.3 Permeabilitas udara bahan bangunan.

2.1.5 Koefisien perpindahan panas pada internal dan permukaan luar.

Pertimbangkan sebuah dinding yang memisahkan ruangan dengan TV suhu dari lingkungan eksternal dengan suhu tn. Permukaan luar bertukar panas dengan udara luar melalui konveksi, dan permukaan radiasi bertukar panas dengan permukaan sekitarnya yang memiliki suhu yang stabil. n. Hal yang sama berlaku dari dalam. Dapat ditulis bahwa fluks panas dengan kerapatan q, W/m2, yang melewati dinding sama dengan:

, (2.13)

dimana tk. dalam dan tcr. n adalah suhu permukaan yang mengelilingi bidang dalam dan luar dinding yang ditinjau, masing-masing, °C;
k. c, c. n - koefisien perpindahan panas konveksi pada permukaan bagian dalam dan luar dinding, m2. оС/W;
Al. c, al. n - koefisien perpindahan panas radiasi pada permukaan bagian dalam dan luar dinding, m2. OS/W.
Dalam perhitungan teknik, diterima bahwa perpindahan panas pada permukaan struktur penutup tidak dibagi menjadi komponen pancaran dan konvektif. Diyakini bahwa penyerapan panas terjadi pada permukaan bagian dalam selungkup luar di ruangan yang dipanaskan, diperkirakan oleh koefisien umum v, W / (m2. °C), dan pada permukaan luar - perpindahan panas, yang intensitasnya adalah ditentukan oleh koefisien perpindahan panas n, W / (m2. °C). Selain itu, secara umum diterima bahwa suhu udara dan permukaan di sekitarnya sama satu sama lain, yaitu, tamb. di \u003d tv, dan tcr. n \u003d tn. Itu adalah:

, (2.14)

Oleh karena itu, diasumsikan bahwa koefisien perpindahan panas pada permukaan luar dan dalam pagar sama dengan jumlah koefisien perpindahan panas radiasi dan konveksi di setiap sisi:

. (2.15)

Koefisien perpindahan panas pada permukaan luar atau dalam, menurut arti fisika, adalah kerapatan fluks panas yang dilepaskan oleh permukaan yang sesuai ke lingkungannya (atau sebaliknya) dengan perbedaan suhu permukaan dan lingkungan 1 °C . Kebalikan dari koefisien perpindahan panas biasanya disebut resistensi terhadap perpindahan panas pada Rv internal, m2. оС/W, dan luar ruangan Rn, m2. оС/W, permukaan pagar:

R di = 1/ α di ; R n =1/ α n . ( 2.16)

1. Perkenalan

1.1 Maksud dan tujuan kursus

1.2 Mata pelajaran

1.3 Bangunan secara keseluruhan sistem energi

2. Perpindahan panas dan kelembaban melalui pagar eksternal

2.1 Dasar-dasar perpindahan panas di gedung

2.1.1 Konduktivitas termal

2.1.2 Konveksi

2.1.3 Radiasi

2.1.4 Tahanan termal celah udara

2.1.5 Koefisien perpindahan panas pada permukaan dalam dan luar

2.1.6 Perpindahan panas melalui dinding sandwich

2.1.7 Berkurangnya resistensi terhadap perpindahan panas

2.1.8 Distribusi suhu di atas bagian pagar

2.2 Rezim kelembaban struktur penutup

2.2.1 Penyebab kelembaban di pagar

2.2.2 Efek negatif dari membasahi selungkup luar ruangan

2.2.3 Hubungan kelembaban dengan bahan bangunan

2.2.4 Udara lembab

2.2.5 Kelembaban bahan

2.2.6 Penyerapan dan desorpsi

2.2.7 Permeabilitas uap pagar

2.3 Permeabilitas udara dari selungkup eksternal

2.3.1 Dasar-dasar

2.3.2 Perbedaan tekanan pada permukaan luar dan dalam pagar

1. Perkenalan

1.1 Maksud dan tujuan kursus

Buku teks "Kuliah tentang membangun fisika termal" ditujukan untuk siswa yang mempelajari disiplin dengan nama yang sama dalam kerangka spesialisasi "Pasokan dan Ventilasi Panas dan Gas". Isi manual sesuai dengan program disiplin dan sebagian besar difokuskan pada kursus kuliah yang diberikan di Universitas Teknik Sipil Negeri Moskow. Tujuan kursus ini adalah untuk membentuk pendekatan esensi fisik dari rezim panas-udara dan kelembaban bangunan dengan bantuan presentasi sistematis sebagai dasar untuk mempelajari teknologi penyediaan iklim mikro. Tugas disiplin meliputi: pembentukan gagasan umum tentang peran termal kulit terluar bangunan dan pengoperasian sistem rekayasa yang menyediakan iklim mikro sebagai sistem energi tunggal; mengajar siswa kemampuan untuk menggunakan posisi teoritis dan metode perhitungan di masa depan pekerjaan profesional, yaitu, dalam desain dan pengoperasian membangun sistem iklim mikro. Sebagai hasil dari penguasaan disiplin, siswa harus mengetahui konsep-konsep yang menentukan kondisi termal, udara dan kelembaban suatu bangunan, termasuk terminologi klimatologi dan mikroklimat; hukum perpindahan panas, kelembaban, udara dalam bahan, struktur dan elemen sistem bangunan dan kuantitas yang menentukan proses termal dan kelembaban; standar untuk perlindungan termal struktur penutup eksternal, standarisasi parameter eksternal dan lingkungan internal bangunan. Mahasiswa mampu merumuskan dan memecahkan masalah perpindahan panas dan massa pada semua elemen bangunan dan menunjukkan kemampuan dan kemauan untuk melakukan perhitungan verifikasi sifat pelindung pagar luar, dan menghitung koefisien perpindahan panas radiasi dan konveksi. pada permukaan yang menghadap ruangan.

1.2 Mata pelajaran

Membangun studi fisika termal proses perpindahan panas, perpindahan kelembaban, penyaringan udara dalam kaitannya dengan konstruksi.

Pada dasarnya, fisika termal bangunan mempelajari proses yang terjadi pada permukaan dan ketebalan selubung bangunan. Selain itu, menurut tradisi yang mapan dan untuk singkatnya, sering amplop bangunan disebut sederhana pagar. Selain itu, tempat yang signifikan dalam membangun fisika termal diberikan kepada pagar luar ruangan, yang memisahkan tempat berpemanas dari lingkungan eksternal atau dari tempat yang tidak dipanaskan (subbidang teknis yang tidak dipanaskan, ruang bawah tanah, loteng, ruang depan, dll.)

Terlepas dari kenyataan bahwa sains terutama mengacu pada pembuatan amplop, untuk spesialis pemanas dan ventilasi, membangun fisika termal sangat penting. Faktanya adalah, pertama, kehilangan panas bangunan, mempengaruhi daya sistem pemanas dan konsumsi panasnya selama periode pemanasan. Kedua, rezim kelembaban pagar eksternal mempengaruhi perlindungan termal mereka, dan, akibatnya, kekuatan sistem yang menyediakan iklim mikro bangunan tertentu. Ketiga, koefisien perpindahan panas pada permukaan bagian dalam pagar luar berperan tidak hanya dalam menilai total pengurangan resistensi terhadap perpindahan panas struktur, tetapi juga dalam memperkirakan suhu pada permukaan bagian dalam pagar ini. Keempat, jendela "padat" memiliki ketahanan yang jelas terhadap penetrasi udara. Dan dengan jendela "padat" di gedung bertingkat rendah hingga 5 lantai, infiltrasi dalam perhitungan kehilangan panas dapat diabaikan, dan di lantai yang lebih tinggi di lantai bawah sudah akan terlihat. Kelima, tidak hanya ada tidaknya infiltrasi, tetapi juga pengoperasian sistem ventilasi, terutama yang alami, tergantung pada rezim udara bangunan. Keenam, suhu radiasi permukaan internal pagar eksternal dan internal, komponen terpenting dari penilaian iklim mikro tempat, terutama merupakan turunan dari perlindungan termal bangunan. Ketujuh, ketahanan panas dari selungkup dan kamar mempengaruhi keteguhan suhu di kamar di bawah efek termal variabel pada mereka, terutama di gedung-gedung modern di mana pertukaran udara mendekati tingkat minimum udara luar.

Ada sejumlah fitur dalam desain dan penilaian rekayasa termal pagar eksternal. Insulasi bangunan adalah komponen konstruksi modern yang mahal dan bertanggung jawab, jadi penting untuk menerima ketebalan insulasi secara wajar. Spesifik perhitungan rekayasa panas hari ini pagar luar terhubung:

pertama, dengan peningkatan persyaratan untuk perlindungan termal bangunan;

kedua, dengan kebutuhan untuk mempertimbangkan peran pemanas efektif dalam selubung bangunan, koefisien konduktivitas termal yang sangat kecil sehingga memerlukan sikap yang sangat hati-hati untuk mengkonfirmasi nilainya dalam kondisi operasional;

ketiga, karena fakta bahwa berbagai koneksi muncul di pagar, persimpangan kompleks dari satu pagar ke pagar lainnya, yang mengurangi resistensi terhadap perpindahan panas pagar. Penilaian pengaruh berbagai jenis inklusi penghantar panas pada perlindungan termal bangunan memerlukan ketergantungan pada studi rinci khusus.

1.3 Bangunan sebagai sistem energi tunggal

Totalitas semua faktor dan proses (pengaruh eksternal dan internal) yang mempengaruhi pembentukan iklim mikro termal tempat disebut rezim termal bangunan.

Pagar tidak hanya melindungi bangunan dari lingkungan eksternal, tetapi juga bertukar panas dan kelembaban dengannya, membiarkan udara melewatinya baik ke dalam maupun ke luar. Tugas mempertahankan rezim termal tertentu dari bangunan (menjaga tingkat suhu dan kelembaban udara yang diperlukan, mobilitasnya, suhu radiasi ruangan) ditugaskan ke sistem rekayasa pemanas, ventilasi, dan pendingin udara. Namun, penentuan daya termal dan mode operasi sistem ini tidak mungkin tanpa memperhitungkan pengaruh sifat pelindung panas-kelembaban dan inersia panas dari pagar. Oleh karena itu, sistem pendingin udara untuk iklim mikro tempat mencakup semua alat teknik yang menyediakan iklim mikro yang ditentukan dari tempat yang dilayani: selubung bangunan dan sistem teknik untuk pemanasan, ventilasi, dan pendingin udara. Dengan demikian, bangunan modern adalah sistem perpindahan panas dan massa yang saling berhubungan yang kompleks - sistem energi tunggal.

Pertanyaan untuk pengendalian diri

1 Apa yang dipelajari dalam membangun fisika termal?

2. Apa itu pagar?

3. Apa itu pagar luar?

4. Mengapa termofisika bangunan penting bagi spesialis pemanas dan ventilasi?

5. Apa kekhususan perhitungan rekayasa panas bangunan modern?

6. Apa rezim termal bangunan?

7. Peran apa yang dimainkan selubung bangunan dalam rezim termal sebuah bangunan?

8. Parameter lingkungan internal apa yang didukung oleh sistem pemanas dan ventilasi?

9. Apa yang dimaksud dengan sistem kontrol iklim bangunan?

10. Mengapa sebuah bangunan dianggap sebagai sistem energi tunggal?

2. Perpindahan panas dan kelembaban melalui pagar eksternal

2.1 Dasar-dasar perpindahan panas di gedung

Perpindahan panas selalu terjadi dari lingkungan yang lebih hangat ke lingkungan yang lebih dingin. Proses perpindahan kalor dari satu tempat ke tempat lain karena perbedaan suhu disebut perpindahan panas dan kolektif, karena mencakup tiga jenis dasar perpindahan panas: konduksi termal (konduksi), konveksi dan radiasi. Lewat sini, potensi perpindahan panas adalah perbedaan suhu.

2.1.1 Konduktivitas termal

Konduktivitas termal- jenis perpindahan panas antara partikel tetap zat padat, cair atau gas. Dengan demikian, konduktivitas termal adalah pertukaran panas antara partikel atau elemen struktur lingkungan material yang bersentuhan langsung satu sama lain. Saat mempelajari konduktivitas termal, suatu zat dianggap sebagai massa kontinu, struktur molekulnya diabaikan. Dalam bentuknya yang murni, konduktivitas termal hanya terjadi pada padatan, karena dalam media cair dan gas hampir tidak mungkin untuk memastikan imobilitas suatu zat.

Sebagian besar bahan bangunan adalah tubuh keropos. Pori-pori tersebut mengandung udara yang mempunyai kemampuan untuk berpindah, yaitu memindahkan panas secara konveksi. Dipercayai bahwa komponen konvektif dari konduktivitas termal bahan bangunan dapat diabaikan karena ukurannya yang kecil. Pertukaran panas radiasi terjadi di dalam pori di antara permukaan dindingnya. Perpindahan panas secara radiasi dalam pori-pori bahan ditentukan terutama oleh ukuran pori-pori, karena semakin besar pori, semakin besar perbedaan suhu pada dindingnya. Ketika mempertimbangkan konduktivitas termal, karakteristik proses ini terkait dengan massa total zat: kerangka dan pori-pori bersama.

Amplop bangunan biasanya dinding sejajar bidang, perpindahan panas yang dilakukan dalam satu arah. Selain itu, biasanya diasumsikan dalam perhitungan teknik termal dari struktur penutup eksternal bahwa perpindahan panas terjadi ketika: kondisi termal stasioner, yaitu, dengan keteguhan waktu dari semua karakteristik proses: aliran panas, suhu di setiap titik, karakteristik termofisika bahan bangunan. Oleh karena itu, penting untuk mempertimbangkan proses konduksi panas stasioner satu dimensi dalam bahan homogen, yang dijelaskan oleh persamaan Fourier:

di mana qT - kerapatan fluks panas permukaan melewati bidang yang tegak lurus terhadap aliran panas, W / m2;

λ - konduktivitas termal bahan, W/m. tentang C;

t- perubahan suhu sepanjang sumbu x, °C;

Sikap, disebut gradien suhu, tentang S/m, dan dilambangkan lulusant. Gradien suhu diarahkan pada peningkatan suhu, yang terkait dengan penyerapan panas dan penurunan fluks panas. Tanda minus pada ruas kanan persamaan (2.1) menunjukkan bahwa kenaikan fluks kalor tidak bersamaan dengan kenaikan suhu.

Konduktivitas termal adalah salah satu karakteristik termal utama suatu material. Sebagai berikut dari persamaan (2.1), konduktivitas termal suatu material adalah ukuran konduksi panas oleh suatu material, secara numerik sama dengan fluks panas yang melewati 1 m 2 area yang tegak lurus terhadap arah aliran, dengan gradien suhu sepanjang aliran sama dengan 1 o C / m (Gbr. 1). Semakin besar nilai , semakin intens proses konduktivitas termal pada bahan tersebut, semakin besar fluks panasnya. Oleh karena itu, bahan isolasi panas dianggap sebagai bahan dengan konduktivitas termal kurang dari 0,3 W/m. tentang S

isoterm; - ------ - panaskan saluran arus.

Perubahan konduktivitas termal bahan bangunan dengan perubahan kepadatan adalah karena fakta bahwa hampir semua bahan bangunan terdiri dari: kerangka- bahan bangunan utama dan udara. K.F. Misalnya, Fokin mengutip data berikut: konduktivitas termal dari zat yang benar-benar padat (tanpa pori-pori), tergantung pada sifatnya, memiliki konduktivitas termal dari 0,1 W / m o C (untuk plastik) hingga 14 W / m o C (untuk kristal zat dengan aliran panas di sepanjang permukaan kristal), sedangkan udara memiliki konduktivitas termal sekitar 0,026 W / m o C. Semakin tinggi densitas material (porositas lebih kecil), semakin besar nilai konduktivitas termalnya. Jelas bahwa bahan isolasi panas ringan memiliki kerapatan yang relatif rendah.

Perbedaan porositas dan konduktivitas termal kerangka menyebabkan perbedaan konduktivitas termal bahan, bahkan pada kepadatan yang sama. Misalnya, bahan berikut (Tabel 1) dengan kepadatan yang sama, 0 \u003d 1800 kg / m 3, memiliki nilai konduktivitas termal yang berbeda:

Tabel 1.

Konduktivitas termal bahan dengan kerapatan yang sama adalah 1800 kg/m 3 .

Dengan penurunan kepadatan material, konduktivitas termal l berkurang, karena pengaruh komponen konduktif dari konduktivitas termal kerangka material berkurang, tetapi, bagaimanapun, pengaruh komponen radiasi meningkat. Oleh karena itu, penurunan kepadatan di bawah nilai tertentu menyebabkan peningkatan konduktivitas termal. Artinya, ada nilai kerapatan tertentu di mana konduktivitas termal memiliki nilai minimum. Ada perkiraan bahwa pada 20 ° C dalam pori-pori dengan diameter 1 mm, konduktivitas termal oleh radiasi adalah 0,0007 W / (m ° C), dengan diameter 2 mm - 0,0014 W / (m ° C), dll. Dengan demikian, konduktivitas termal oleh radiasi menjadi signifikan untuk bahan isolasi panas dengan kepadatan rendah dan ukuran pori yang signifikan.

Konduktivitas termal suatu bahan meningkat dengan peningkatan suhu di mana perpindahan panas terjadi. Peningkatan konduktivitas termal bahan dijelaskan oleh peningkatan energi kinetik molekul kerangka suatu zat. Konduktivitas termal udara di pori-pori material juga meningkat, dan intensitas perpindahan panas di dalamnya oleh radiasi. Dalam praktik konstruksi, ketergantungan konduktivitas termal pada suhu sangat penting tidak harus menghitung ulang nilai konduktivitas termal bahan yang diperoleh pada suhu hingga 100 ° C, ke nilainya pada 0 ° C, rumus empiris O.E. Vlasov:

o = t / (1+β .t), (2.2)

di mana o adalah konduktivitas termal bahan pada 0 o C;

t - konduktivitas termal bahan pada t sekitar C;

- koefisien suhu perubahan konduktivitas termal, 1/ o C, untuk berbagai bahan, sama dengan sekitar 0,0025 1/ o C;

t adalah suhu bahan di mana konduktivitas termalnya sama dengan t .

Untuk dinding homogen datar dengan ketebalan (Gbr. 2), fluks panas yang ditransfer oleh konduktivitas termal melalui dinding homogen dapat dinyatakan dengan persamaan:

di mana 1 ,2- nilai suhu pada permukaan dinding, o C.

Ini mengikuti dari ekspresi (2.3) bahwa distribusi suhu di atas ketebalan dinding adalah linier. Nilai /λ diberi nama ketahanan termal dari lapisan material dan ditandai R T, m 2. tentang C / W:

Gbr.2 Distribusi suhu di dinding homogen yang datar

Oleh karena itu, fluks panas q T, W / m 2, melalui dinding bidang-paralel homogen dengan ketebalan δ , m, dari bahan dengan konduktivitas termal , W/m. tentang C, dapat ditulis dalam bentuk

Tahanan termal lapisan adalah tahanan konduktivitas termal, sama dengan perbedaan suhu pada permukaan yang berlawanan dari lapisan selama aliran fluks panas melaluinya dengan kerapatan permukaan 1 W/m 2 .

Perpindahan panas dengan konduktivitas termal terjadi di lapisan material selubung bangunan.

2.1.2 Konveksi

Konveksi- perpindahan panas dengan memindahkan partikel materi. Konveksi hanya terjadi dalam zat cair dan gas, serta antara media cair atau gas dan permukaan benda padat. Dalam hal ini, terjadi perpindahan panas dan konduktivitas termal. Efek gabungan dari konveksi dan konduksi panas di daerah batas dekat permukaan disebut perpindahan panas konveksi.

Konveksi terjadi pada permukaan luar dan dalam pagar bangunan. Konveksi memainkan peran penting dalam pertukaran panas permukaan internal ruangan. Pada suhu yang berbeda dari permukaan dan udara yang berdekatan dengannya, panas berpindah ke suhu yang lebih rendah. Fluks panas yang ditransmisikan oleh konveksi tergantung pada mode gerakan cairan atau gas yang mencuci permukaan, pada suhu, kepadatan dan viskositas media yang bergerak, pada kekasaran permukaan, pada perbedaan antara suhu permukaan dan sekitarnya. sedang.

Proses pertukaran panas antara permukaan dan gas (atau cairan) berlangsung secara berbeda tergantung pada sifat terjadinya gerakan gas. Membedakan konveksi alami dan paksa. Dalam kasus pertama, pergerakan gas terjadi karena perbedaan suhu antara permukaan dan gas, yang kedua - karena kekuatan eksternal untuk proses ini (operasi kipas, angin).

Konveksi paksa dalam kasus umum dapat disertai dengan proses konveksi alami, tetapi karena intensitas konveksi paksa secara nyata melebihi intensitas konveksi alami, ketika mempertimbangkan konveksi paksa, konveksi alami sering diabaikan.

Di masa depan, hanya proses perpindahan panas konveksi stasioner yang akan dipertimbangkan, dengan asumsi bahwa kecepatan dan suhu konstan dalam waktu di setiap titik di udara. Tetapi karena suhu elemen-elemen ruangan berubah agak lambat, ketergantungan yang diperoleh untuk kondisi stasioner dapat diperluas ke proses kondisi termal ruangan yang tidak stasioner, di mana pada setiap momen yang dipertimbangkan, proses perpindahan panas konveksi pada permukaan bagian dalam pagar dianggap stasioner. Ketergantungan yang diperoleh untuk kondisi stasioner juga dapat diperluas untuk kasus perubahan mendadak dalam sifat konveksi dari alami menjadi paksa, misalnya, ketika perangkat resirkulasi untuk memanaskan ruangan (koil kipas atau sistem split dalam mode pompa panas) adalah dinyalakan di sebuah ruangan. Pertama, rezim pergerakan udara baru ditetapkan dengan cepat dan, kedua, akurasi yang diperlukan dari penilaian teknik dari proses perpindahan panas lebih rendah daripada kemungkinan ketidakakuratan dari kurangnya koreksi fluks panas selama keadaan transisi.

Untuk praktek rekayasa perhitungan untuk pemanasan dan ventilasi, perpindahan panas konvektif antara permukaan selubung bangunan atau pipa dan udara (atau cairan) adalah penting. Dalam perhitungan praktis, untuk memperkirakan fluks panas konvektif (Gbr. 3), persamaan Newton digunakan:

, (2.6)

di mana q ke- fluks panas, W, ditransfer secara konveksi dari media bergerak ke permukaan atau sebaliknya;

ta- suhu udara yang mencuci permukaan dinding, o C;

τ - suhu permukaan dinding, o C;

ke- koefisien perpindahan panas konveksi pada permukaan dinding, W / m 2. o C.

Gbr.3 Pertukaran panas konvektif dinding dengan udara

Koefisien perpindahan panas konveksi, sebuah untuk - kuantitas fisik, secara numerik sama dengan jumlah panas yang dipindahkan dari udara ke permukaan benda padat melalui perpindahan panas konvektif pada perbedaan antara suhu udara dan suhu permukaan tubuh yang sama dengan 1 o C.

Dengan pendekatan ini, seluruh kompleksitas proses fisik perpindahan panas konveksi terletak pada koefisien perpindahan panas, sebuah untuk. Secara alami, nilai koefisien ini adalah fungsi dari banyak argumen. Untuk penggunaan praktis, nilai yang sangat mendekati diterima sebuah untuk.

Persamaan (2.5) dapat dengan mudah ditulis ulang sebagai:

di mana R ke - resistensi terhadap perpindahan panas konveksi pada permukaan struktur penutup, m 2. o C / W, sama dengan perbedaan suhu pada permukaan pagar dan suhu udara selama aliran fluks panas dengan kerapatan permukaan 1 W / m 2 dari permukaan ke udara atau sebaliknya. Perlawanan R ke adalah kebalikan dari koefisien perpindahan panas konveksi sebuah untuk:

2.1.3 Radiasi

Radiasi (perpindahan panas radiasi) adalah perpindahan panas dari permukaan ke permukaan melalui media radiasi oleh gelombang elektromagnetik yang berubah menjadi panas (Gbr. 4).

Gbr.4. Perpindahan panas radiasi antara dua permukaan

Setiap benda fisik yang memiliki suhu selain nol mutlak memancarkan energi ke ruang sekitarnya dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Sifat radiasi elektromagnetik dicirikan oleh panjang gelombang. Radiasi yang dianggap termal dan memiliki panjang gelombang dalam kisaran 0,76 - 50 mikron disebut inframerah.

Misalnya, pertukaran panas radiasi terjadi antara permukaan yang menghadap ruangan, antara permukaan luar berbagai bangunan, permukaan bumi dan langit. Pertukaran panas radiasi antara permukaan bagian dalam selungkup ruangan dan permukaan pemanas adalah penting. Dalam semua kasus ini, media radiasi yang mentransmisikan gelombang termal adalah udara.

Dalam praktik menghitung fluks panas dalam perpindahan panas radiasi, digunakan rumus yang disederhanakan. Intensitas perpindahan panas oleh radiasi q l, W / m 2, ditentukan oleh perbedaan suhu permukaan yang terlibat dalam perpindahan panas radiasi:

, (2.9)

di mana 1 dan 2 adalah nilai suhu permukaan yang bertukar panas radiasi, o C;

l - koefisien perpindahan panas radiasi pada permukaan dinding, W / m 2. o C.

Koefisien perpindahan panas secara radiasi, Al- kuantitas fisik yang secara numerik sama dengan jumlah panas yang ditransfer dari satu permukaan ke permukaan lain oleh radiasi pada perbedaan antara suhu permukaan yang sama dengan 1 o C.

Kami memperkenalkan konsep resistensi terhadap perpindahan panas radiasi R l pada permukaan selubung bangunan, m 2. o C / W, sama dengan perbedaan suhu pada permukaan pagar yang bertukar panas radiasi, ketika melewati dari permukaan ke permukaan fluks panas dengan kerapatan permukaan 1 W / m 2.

Maka persamaan (2.8) dapat ditulis ulang menjadi:

Perlawanan R l adalah kebalikan dari koefisien perpindahan panas radiasi Al:

2.1.4 Tahanan termal celah udara

Untuk keseragaman, ketahanan perpindahan panas celah udara tertutup terletak di antara lapisan-lapisan selubung bangunan, yang disebut ketahanan termal R masuk p, m 2. tentang C / W.

Skema perpindahan panas melalui celah udara ditunjukkan pada Gbr.5.

Gbr.5. Perpindahan panas di celah udara

Fluks panas melewati celah udara qc. P, W / m 2, terdiri dari aliran yang ditransmisikan oleh konduktivitas termal (2) q t, W/m 2 , konveksi (1) q ke, W/m 2 , dan radiasi (3) q l, W/m 2 .

qc. n =qt +q ke +q l . (2.12)

Dalam hal ini, bagian fluks yang ditransmisikan oleh radiasi adalah yang terbesar. Mari kita pertimbangkan lapisan udara vertikal tertutup, pada permukaan yang perbedaan suhunya 5 ° C. Dengan peningkatan ketebalan lapisan dari 10 mm menjadi 200 mm, proporsi aliran panas karena radiasi meningkat dari 60% sampai 80%. Dalam hal ini, bagian panas yang ditransfer oleh konduktivitas termal turun dari 38% menjadi 2%, dan bagian aliran panas konvektif meningkat dari 2% menjadi 20%.

Perhitungan langsung dari komponen-komponen ini agak rumit. Oleh karena itu, dalam dokumen normatif data diberikan tentang ketahanan termal ruang udara tertutup, yang pada 50-an abad kedua puluh disusun oleh K.F. Fokin berdasarkan hasil eksperimen M.A. Mikheev. Jika ada aluminium foil yang memantulkan panas pada satu atau kedua permukaan celah udara, yang menghalangi pertukaran panas radiasi antara permukaan yang membingkai celah udara, resistansi termal harus digandakan. Untuk meningkatkan ketahanan termal celah udara tertutup, disarankan untuk mengingat kesimpulan berikut dari penelitian:

1) efisien termal adalah interlayer dengan ketebalan kecil;

2) lebih rasional untuk membuat beberapa lapis dengan ketebalan kecil di pagar daripada satu yang besar;

3) diinginkan untuk menempatkan celah udara lebih dekat ke permukaan luar pagar, karena dalam hal ini fluks panas oleh radiasi berkurang di musim dingin;

4) lapisan vertikal di dinding luar harus diblokir oleh diafragma horizontal setinggi langit-langit antar lantai;

5) untuk mengurangi fluks panas yang ditransmisikan oleh radiasi, salah satu permukaan interlayer dapat ditutup dengan aluminium foil yang memiliki emisivitas sekitar = 0,05. Menutupi kedua permukaan celah udara dengan foil tidak mengurangi perpindahan panas secara signifikan dibandingkan dengan menutupi satu permukaan.

Pertanyaan untuk pengendalian diri

1. Berapa potensial perpindahan panas?

2. Sebutkan jenis dasar perpindahan panas.

3. Apa itu perpindahan panas?

4. Apa itu konduktivitas termal?

5. Berapa konduktivitas termal material?

6. Tulislah rumus untuk fluks kalor yang dipindahkan oleh konduktivitas termal pada dinding berlapis-lapis pada suhu permukaan t dalam dan luar t n yang diketahui.

7. Apa itu hambatan termal?

8. Apa itu konveksi?

9. Tulislah rumus fluks kalor yang dipindahkan secara konveksi dari udara ke permukaan.

10. Arti fisis dari koefisien perpindahan panas konveksi.

11. Apa itu radiasi?

12. Tulislah rumus fluks kalor yang ditransmisikan oleh radiasi dari satu permukaan ke permukaan lainnya.

13. Arti fisika dari koefisien perpindahan panas radiasi.

14. Apa nama hambatan perpindahan panas dari celah udara tertutup di selubung bangunan?

15. Dari sifat apakah aliran panas total melalui celah udara terdiri dari aliran panas?

16. Sifat aliran panas apa yang berlaku dalam aliran panas melalui celah udara?

17. Bagaimana ketebalan celah udara mempengaruhi distribusi aliran di dalamnya.

18. Bagaimana cara mengurangi aliran panas melalui celah udara?

2.1.5 Koefisien perpindahan panas pada permukaan dalam dan luar

Pertimbangkan dinding yang memisahkan ruangan dengan suhu t masuk dari lingkungan eksternal dengan suhu t n. Permukaan luar dengan konveksi bertukar panas dengan udara luar, dan berseri - dengan permukaan sekitarnya, memiliki suhu t env. n. Hal yang sama berlaku dari dalam. Dapat ditulis bahwa fluks panas dengan kerapatan q, W / m 2, yang melewati dinding, sama dengan

di mana t env. di dan t env. n- suhu permukaan yang mengelilingi bidang dalam dan luar dinding yang dipertimbangkan, masing-masing, o C;

k.in, k.n - koefisien perpindahan panas konvektif pada permukaan bagian dalam dan luar dinding, m 2. o C / W;

l. c, l. n - koefisien perpindahan panas radiasi pada permukaan bagian dalam dan luar dinding, m 2. o C / W.

Dalam perhitungan teknik, diterima bahwa perpindahan panas pada permukaan struktur penutup tidak dibagi menjadi komponen pancaran dan konvektif. Dipercaya bahwa penyerapan panas terjadi pada permukaan bagian dalam pagar luar di ruangan yang dipanaskan, diperkirakan dengan koefisien total in, W / (m 2. o C), dan pada permukaan luar - perpindahan panas, intensitas yang ditentukan oleh koefisien perpindahan panas n, W / (m 2 o C). Selain itu, secara umum diterima bahwa suhu udara dan permukaan sekitarnya sama satu sama lain, yaitu t env. di \u003d t di, dan t env. n \u003d t n. Itu adalah

Oleh karena itu, diterima bahwa koefisien perpindahan panas pada permukaan luar dan dalam pagar sama dengan jumlah koefisien perpindahan panas radiasi dan konveksi di setiap sisi:

Koefisien perpindahan panas pada permukaan luar atau dalam, dalam istilah fisik, adalah kerapatan fluks panas yang dilepaskan oleh permukaan yang sesuai ke lingkungannya (atau sebaliknya) dengan perbedaan suhu permukaan dan lingkungan 1 o C. kebalikan dari koefisien perpindahan panas biasa disebut resistensi terhadap perpindahan panas pada internalR in, m 2. tentang C / W, dan luar ruanganR n, m 2. o C / W, permukaan pagar:

R dalam \u003d 1 /di;R n \u003d 1 /n. ( 2.16)

2.1.6 Perpindahan panas melalui dinding sandwich

Jika pada salah satu sisi dinding berlapis banyak yang terdiri dari n lapisan, suhunya tetap masuk, dan di sisi lain t n masuk, maka ada fluks panas q, W/m 2 (Gbr.6).

Aliran panas ini bergerak dari media dengan suhu masuk, o C, ke medium dengan suhu t n, o C, melewati secara berurutan dari lingkungan internal ke permukaan bagian dalam dengan suhu in, o C:

q= (1/Rc). (t dalam - dalam), (2.17)

kemudian dari permukaan bagian dalam melalui lapisan pertama dengan ketahanan termal R T, 1 ke persimpangan lapisan pertama dan kedua:

q= (1/RT,1). (τ di -t1) , (2.18)

setelah itu melalui semua lapisan lainnya

q= (1/R T, saya). (t saya -1 -t saya), (2.19)

dan akhirnya dari permukaan luar dengan suhu n ke lingkungan luar dengan suhu t n:

q= (1/Rn). (τ n -t n) , (2.20)

di mana R T,saya- ketahanan termal lapisan dengan nomor saya, m 2. tentang C / W;

R masuk,R n- ketahanan terhadap perpindahan panas pada permukaan dalam dan luar, m 2. o C / W;

t i -1 - suhu, o C, di persimpangan lapisan dengan angka i-1 dan saya;

aku- suhu, o C, di persimpangan lapisan dengan angka saya dan saya+1.

Gbr.6. Distribusi suhu selama perpindahan panas melalui dinding multilayer

Menulis ulang (2.16) - (2.19) sehubungan dengan perbedaan suhu dan menjumlahkannya, kami mendapatkan persamaan:

masuk- t n= q. (R in+R T ,1 +R T ,2 +…+R T, saya+…. + R T,n+R n) ( 2.21)

Ekspresi dalam tanda kurung - jumlah resistansi termal dari lapisan bidang-paralel pagar yang terletak secara seri di sepanjang aliran panas dan resistansi terhadap perpindahan panas pada permukaannya disebut hambatan perpindahan panas total pagar R o, m 2. tentang C / W:

R o \u003d R in+ΣR T, saya+R n, (2.22)

dan jumlah resistansi termal dari masing-masing lapisan pagar - resistansi termalnya R T, m 2. tentang C / W:

R T =R T,1 +R ,2 +…+R masuk p +…. +R T,n, (2.23)

di mana R T, 1 ,R ,2 ,…,R T,n- resistensi termal dari lapisan bidang-paralel individu dari lapisan struktur penutup yang terletak secara seri di sepanjang aliran panas, m 2. o C / W, ditentukan oleh rumus (2.4);

R masuk P- ketahanan termal dari celah udara tertutup, m 2. o C / W, sesuai dengan klausa 2.1.4

Menurut arti fisik, resistansi total terhadap perpindahan panas pagar R o- ini adalah perbedaan suhu antara media di sisi pagar yang berbeda, yang membentuk fluks panas yang melewatinya dengan kepadatan 1 W / m 2, sedangkan ketahanan termal konstruksi sandwich- perbedaan suhu antara permukaan luar dan dalam pagar, yang membentuk fluks panas yang melewatinya dengan kerapatan 1 W / m 2, Dari (2.22) maka fluks panas q, W / m 2 yang melewati pagar sebanding dengan perbedaan suhu media pada sisi yang berbeda dari pagar ( t di -t n) dan berbanding terbalik dengan resistansi total terhadap perpindahan panas R o

q= (1/R o). (t di -t n), (2.24)

2.1.7 Berkurangnya resistensi terhadap perpindahan panas

Ketika menurunkan resistansi total terhadap perpindahan panas, pagar bidang-paralel dipertimbangkan. Dan permukaan sebagian besar struktur penutup modern tidak isotermal, yaitu, suhu di berbagai bagian permukaan luar dan dalam struktur tidak sama karena adanya berbagai inklusi penghantar panas yang ada dalam struktur /

Oleh karena itu, konsep pengurangan resistensi terhadap perpindahan panas dari struktur penutup, yang merupakan ketahanan terhadap perpindahan panas dari struktur penutup satu lapis di area yang sama, yang melaluinya aliran panas yang sama dengan struktur sebenarnya lewat dengan perbedaan yang sama antara suhu udara dalam dan luar ruangan. Penting untuk dicatat bahwa resistansi perpindahan panas yang diberikan mengacu pada seluruh struktur atau bagiannya, dan bukan pada area 1 m 2. Ini karena inklusi penghantar panas dapat disebabkan tidak hanya oleh sambungan yang dipasang secara teratur, tetapi juga oleh elemen yang agak besar dari fasad pengikat ke kolom, dan oleh kolom itu sendiri, memotong dinding, dan menghubungkan satu pagar ke pagar lainnya.

Oleh karena itu, resistensi yang berkurang terhadap perpindahan panas suatu struktur (atau bagian dari suatu struktur) dapat ditentukan dengan ekspresi:

di mana Q- fluks panas yang melewati struktur (atau bagian dari struktur), W;

SEBUAH- luas struktur (atau bagian struktur), m 2.

Ekspresinya adalah, dalam artinya, kerapatan fluks panas rata-rata luas (atau dikurangi menjadi satuan luas) melalui struktur, yaitu dapat ditulis:

Dari (2.24) dan (2.25) berikut ini:

Struktur penutup dengan penggunaan bahan insulasi panas yang efektif dibuat sedemikian rupa sehingga lapisan bahan insulasi panas menutupi, sejauh mungkin, area struktur yang luas. Penampang inklusi penghantar panas dibuat sekecil mungkin. Oleh karena itu, dimungkinkan untuk memilih bagian dari struktur yang jauh dari inklusi penghantar panas. Jika kita mengabaikan pengaruh inklusi penghantar panas di area ini, maka sifat pelindung panasnya dapat dicirikan menggunakan resistensi bersyarat terhadap perpindahan panas didefinisikan oleh rumus (2.22). Rasio nilai resistansi perpindahan panas yang berkurang dari struktur dengan nilai resistansi perpindahan panas bersyarat dari bagian yang dipertimbangkan disebut koefisien keseragaman termal:

Nilai koefisien keseragaman teknik panas mengevaluasi seberapa lengkap kemungkinan bahan isolasi panas digunakan, atau dengan kata lain, apa efek dari inklusi penghantar panas.

Koefisien ini hampir selalu kurang dari satu.

Kesetaraannya dengan kesatuan berarti bahwa tidak ada inklusi penghantar panas, dan kemungkinan menggunakan lapisan bahan insulasi panas digunakan secara maksimal. Tetapi struktur seperti itu praktis tidak ada.

Koefisien homogenitas rekayasa termal ditentukan dengan perhitungan langsung medan suhu multidimensi struktur atau, dengan cara yang disederhanakan, dengan , dan untuk kasus sambungan batang dengan .

Kebalikan dari pengurangan resistensi terhadap perpindahan panas disebut koefisien perpindahan panas dari struktur penutup K, W / m 2. tentang C:

Koefisien perpindahan panas pagar Ke sama dengan kerapatan fluks panas yang melewati pagar, dengan perbedaan suhu media pada sisi yang berlawanan sebesar 1 o C. Oleh karena itu, fluks panas q, W / m 2 melewati pagar karena perpindahan panas, dapat ditemukan dengan rumus:

q = K. (t di -tn) . ( 2.30)

2.1.8 Distribusi suhu di atas bagian pagar

Tugas praktis yang penting adalah menghitung distribusi suhu di atas bagian pagar (Gbr. 7). Ini mengikuti dari persamaan diferensial (2.1) bahwa itu linier sehubungan dengan resistensi terhadap perpindahan panas, sehingga kita dapat menulis suhu tx di setiap bagian pagar:

, (2.31)

di mana R x-in dan R x-n- resistensi terhadap perpindahan panas, masing-masing, dari udara internal ke titik x dan dari udara luar ke titik x, m 2. o C / W.

Gbr.7. distribusi suhu di dinding multilayer. a) pada skala ketebalan lapisan, b) pada skala resistensi termal

Namun, ekspresi (2.30) mengacu pada selungkup tanpa mengganggu satu dimensi aliran panas. Untuk pagar nyata, ditandai dengan berkurangnya resistensi terhadap perpindahan panas, ketika menghitung distribusi suhu di atas penampang pagar, perlu untuk memperhitungkan penurunan resistensi perpindahan panas. R x-in dan R x-n menggunakan koefisien keseragaman teknik panas:

Pertanyaan untuk pengendalian diri

1. Apa (arti fisik) koefisien perpindahan panas di permukaan?

2. Apa yang membentuk koefisien perpindahan panas pada permukaan luar pagar?

3. Apa yang membentuk koefisien perpindahan panas pada permukaan bagian dalam pagar?

4. Apa yang membentuk ketahanan termal dari selubung bangunan multilayer dengan lapisan bidang-paralel di sepanjang aliran panas.

5. Apa yang membentuk resistansi total terhadap perpindahan panas dari selubung bangunan multilayer dengan lapisan bidang-paralel di sepanjang aliran panas. Tuliskan rumus hambatan total terhadap perpindahan panas.

6. Arti fisis ketahanan termal selubung bangunan multilayer dengan lapisan bidang-paralel sepanjang aliran panas.

7. Arti fisik dari hambatan perpindahan panas total dari selubung bangunan multilayer dengan lapisan bidang-paralel sepanjang aliran panas.

8. Arti fisik dari pengurangan resistensi terhadap perpindahan panas dari struktur penutup.

9. Berapakah hambatan bersyarat terhadap perpindahan panas selubung bangunan.

10. Berapakah koefisien keseragaman termal selubung bangunan.

11. Berapa koefisien perpindahan panas selubung bangunan?

12. Tulislah rumus fluks kalor yang berpindah akibat perpindahan kalor dari lingkungan dalam bersuhu t ke lingkungan luar bersuhu t n melalui dinding berlapis-lapis.

13. Gambarkan gambaran kualitatif dari distribusi suhu di dinding dua lapis pada suhu lingkungan yang diketahui t in dan t n, jika 1 > 2.

14. Gambarlah gambaran kualitatif dari distribusi suhu di dinding dua lapis pada suhu lingkungan yang diketahui t in dan t n, jika 1

15. Tulislah rumus untuk menentukan suhu permukaan bagian dalam dinding dua lapis in pada suhu media t in dan t n yang diketahui, ketebalan lapisan 1 dan 2, koefisien konduktivitas termal 1 dan 2.

16. Tulislah rumus untuk menentukan suhu permukaan luar dinding dua lapis n in pada suhu media yang diketahui t in dan t n, ketebalan lapisan 1 dan 2, koefisien konduktivitas termal 1 dan 2.

17. Tulis rumus untuk menentukan suhu antara lapisan dinding dua lapis t pada suhu media yang diketahui t in dan t n, ketebalan lapisan 1 dan 2, koefisien konduktivitas termal 1 dan 2.

18. Tulis rumus untuk menentukan suhu t x di bagian mana pun dari dinding multilayer pada suhu media t in dan t n yang diketahui, ketebalan lapisan, koefisien konduktivitas termal.

2.2 Rezim kelembaban struktur penutup

Rezim kelembaban pagar terkait erat dengan rezim termal mereka, oleh karena itu dipelajari selama membangun fisika termal. Humidifikasi bahan bangunan di pagar berdampak buruk pada kinerja higienis dan operasional bangunan.

2.2.1 Penyebab kelembaban di pagar

Cara kelembaban masuk ke pagar berbeda, dan langkah-langkah untuk mengurangi kadar air bahan bangunan di dalamnya tergantung pada penyebab kelembaban. Alasan-alasan tersebut adalah sebagai berikut.

Konstruksi (awal) kelembaban, yaitu kelembaban yang tersisa di pagar setelah konstruksi bangunan. Sejumlah proses konstruksi "basah", misalnya, beton, peletakan batu bata dan blok potongan: beton seluler, beton tanah liat yang diperluas dan lainnya, plesteran. Untuk mengurangi durasi proses konstruksi basah dalam kondisi musim dingin, digunakan proses kering. Misalnya, panel hidrofob gipsum lidah-dan-alur ditempatkan di lapisan dalam dinding luar bagian lantai demi lantai. Plester internal biasa diganti dengan lembaran drywall.

Kelembaban konstruksi harus dihilangkan dari pagar dalam 2 - 3 tahun pertama pengoperasian gedung. Oleh karena itu, sangat penting bahwa sistem pemanas dan ventilasi bekerja dengan baik di dalamnya, yang akan menanggung beban tambahan yang terkait dengan penguapan air.

kelembaban tanah, kelembaban yang dapat menembus pagar dari tanah dengan hisap kapiler. Untuk mencegah kelembaban tanah memasuki pagar, pembangun memasang lapisan kedap air dan penghalang uap. Jika lapisan kedap air rusak, kelembaban tanah dapat naik melalui kapiler di bahan bangunan dinding hingga ketinggian 2 - 2,5 m di atas tanah.

kelembaban atmosfer, yang dapat menembus pagar selama hujan miring, ketika atap bocor di area cornice, dan ketika saluran air eksternal tidak berfungsi. Dampak terkuat dari kelembaban hujan diamati pada keadaan mendung penuh dengan hujan gerimis berkepanjangan dengan angin, dengan kelembaban udara luar yang tinggi. Untuk mencegah kelembaban memasuki dinding dari permukaan luar yang dibasahi, lapisan bertekstur khusus digunakan yang melewati fase cair kelembaban dengan buruk. Perhatian diberikan pada penyegelan sambungan panel dinding dalam konstruksi rumah panel besar, pada penyegelan batas jendela dan bukaan lainnya.

Kelembaban operasional masuk ke pagar dari sumber internal: selama proses produksi yang terkait dengan penggunaan atau pelepasan air, selama pembersihan basah tempat, selama istirahat dalam pasokan air dan jaringan saluran pembuangan. Dengan penggunaan air secara teratur di dalam ruangan, lantai dan dinding tahan air dibuat. Jika terjadi kecelakaan, perlu untuk menghilangkan kelembaban dari selubung bangunan sesegera mungkin.

Kelembaban higroskopis terletak di dalam selungkup karena higroskopisitas bahannya. Higroskopisitas adalah sifat suatu bahan untuk menyerap (menyerap) uap air dari udara. Dengan lama tinggal produk bangunan di udara dengan suhu konstan dan kelembaban relatif, jumlah kelembaban yang terkandung dalam bahan menjadi tidak berubah (keseimbangan). Keseimbangan kadar air ini sesuai dengan keadaan higrotermal lingkungan udara lembab eksternal dan, tergantung pada sifat bahan (komposisi kimia, porositas, dll.), bisa lebih besar atau lebih kecil. Tidak diinginkan untuk menggunakan bahan dengan higroskopisitas tinggi di pagar. Pada saat yang sama, penggunaan plester higroskopis (kapur) dipraktikkan di tempat-tempat di mana orang secara berkala tinggal, misalnya, di gereja. Dinding yang menyerap kelembapan saat udara dilembabkan dan melepaskannya saat kelembapan udara menurun disebut "bernapas".

kelembaban uap, terletak di udara, mengisi pori-pori bahan bangunan. Dalam kondisi buruk, uap air dapat mengembun di dalam pagar. Untuk menghindari konsekuensi negatif dari kondensasi kelembaban di dalam pagar, itu harus dirancang dengan benar untuk mengurangi risiko kondensasi dan menciptakan kondisi untuk pengeringan penuh kelembaban yang terkondensasi selama musim dingin di musim panas.

kelembaban kental pada permukaan bagian dalam pagar pada kelembaban tinggi udara dalam ruangan dan suhu permukaan bagian dalam pagar di bawah titik embun. Langkah-langkah untuk memerangi peredam permukaan bagian dalam pagar dikaitkan dengan ventilasi tempat, yang mengurangi kelembaban udara dalam ruangan, dan dengan insulasi selubung bangunan, yang tidak termasuk penurunan suhu, baik pada permukaan yang halus pagar dan di tempat-tempat inklusi penghantar panas.

2.2.2 Efek negatif dari membasahi selungkup luar ruangan

Diketahui bahwa dengan peningkatan kadar air bahan, kualitas termal pagar dengan meningkatkan koefisien konduktivitas termal bahan, yang mengarah pada peningkatan kehilangan panas bangunan dan konsumsi energi yang tinggi untuk pemanasan.

Konduktivitas termal meningkat dengan meningkatnya kadar air material karena fakta bahwa air di pori-pori material memiliki koefisien konduktivitas termal sekitar 0,58 W / m o C, yang 22 kali lebih tinggi daripada udara. Intensitas tinggi peningkatan konduktivitas termal material pada kelembaban rendah disebabkan oleh fakta bahwa ketika material dibasahi, pori-pori kecil dan kapiler pertama diisi dengan air, yang efeknya pada konduktivitas termal material adalah lebih besar dari efek pori-pori besar. Koefisien konduktivitas termal meningkat lebih tajam jika bahan basah membeku, karena es memiliki konduktivitas termal 2,3 W / m o C, yang 80 kali lebih besar daripada udara. Tidak mungkin untuk menetapkan ketergantungan matematis umum dari konduktivitas termal suatu bahan pada kadar airnya untuk semua bahan bangunan, karena sangat dipengaruhi oleh bentuk dan lokasi pori-pori. Pelembab struktur bangunan menyebabkan penurunan kualitas pelindung panasnya, yang mengarah pada peningkatan koefisien konduktivitas termal bahan basah.

Di permukaan bagian dalam pagar dengan lapisan basah, lebih banyak suhu rendah dibandingkan dengan yang kering, yang menciptakan lingkungan radiasi yang tidak menguntungkan di dalam ruangan. Jika suhu di permukaan pagar di bawah titik embun, maka kondensasi dapat terbentuk di permukaan ini. Bahan bangunan basah tidak dapat diterima, karena merupakan lingkungan yang menguntungkan untuk perkembangan jamur, jamur dan mikroorganisme lainnya, spora dan partikel kecil yang menyebabkan alergi dan penyakit lain pada manusia. Dengan demikian, peredam struktur bangunan memburuk kualitas higienis pagar.

Semakin besar kadar air bahan, semakin tidak tahan beku bahan, dan, karenanya, berumur pendek. Pembekuan di pori-pori material dan di persimpangan lapisan, air memecah pori-pori ini, karena air mengembang ketika berubah menjadi es. Deformasi juga terjadi pada pagar yang terkena kelembaban, tetapi terbuat dari bahan yang tidak tahan kelembaban seperti kayu lapis, gipsum. Oleh karena itu, penggunaan bahan yang tidak tahan kelembaban di selungkup luar ruangan terbatas. Oleh karena itu, membasahi bahan bangunan dapat memiliki efek negatif pada kualitas teknis pagar.

2.2.3 Hubungan kelembaban dengan bahan bangunan

Menurut sifat interaksinya dengan air, padatan dibagi menjadi: basah (hidrofilik) dan tidak dapat dibasahi (hidrofobik). Bahan bangunan hidrofilik termasuk beton, gipsum, dan pengikat berbasis air. Untuk hidrofobik - aspal, resin, wol mineral pada pengikat yang tidak dapat dibasahi. Bahan hidrofilik secara aktif berinteraksi dengan air, sedangkan bahan yang dapat dibasahi sebagian dan bahan yang tidak dapat dibasahi berinteraksi kurang aktif.

Faktor yang secara signifikan mempengaruhi sifat interaksi bahan dengan kelembaban di udara, atau kontak langsung dengan air adalah struktur berpori kapiler sebagian besar bahan bangunan. Saat berinteraksi dengan kelembaban, sifat fisik, mekanik, dan termal bahan bangunan dapat berubah.

Untuk pemahaman yang benar tentang cara pergerakan kelembaban dalam selubung bangunan dan metode untuk mencegah proses yang merugikan atau konsekuensinya, perlu diketahui bentuk komunikasi antara kelembaban dan bahan bangunan.

Sistem klasifikasi energi yang terbukti dari hubungan antara kelembaban dan material dikembangkan oleh Akademisi P.A. Pengikat ulang. Menurut sifat energi pengikatan uap air ke zat dan besarnya tingkat energi, tiga jenis koneksi ini dibedakan.

Bentuk kimia ikatan kelembaban dengan bahan adalah yang paling tahan lama, karena kelembaban dalam hal ini diperlukan untuk reaksi kimia. Kelembaban tersebut merupakan bagian dari kisi struktural bahan seperti hidrat kristalin dan tidak berpartisipasi dalam proses pertukaran uap air. Karena itu, ketika mempertimbangkan proses perpindahan kelembaban melalui pagar, itu dapat diabaikan.

Ikatan fisika-kimia kelembaban dengan bahan bangunan dimanifestasikan dalam adsorpsi pada permukaan bagian dalam pori-pori dan kapiler bahan. Kelembaban yang teradsorpsi dibagi lagi menjadi kelembapan lapisan monomolekul primer, yang dicirikan oleh tingkat energi ikatan yang tinggi dengan permukaan bahan hidrofilik, dan kelembapan lapisan polimolekuler berikutnya yang membentuk lapisan air yang ditahan oleh gaya kapiler. Untuk menghilangkan kelembaban monomolekul dan sebagian polimolekul, gaya pengeringan alami dalam konvensional kondisi alam dan kondisi ruangan. Bentuk ikatan fisikokimia juga mencakup kelembaban yang terikat secara osmotik (struktural) dalam sel tumbuhan dari bahan organik yang berasal dari tumbuhan. Kelembaban ini dapat dihilangkan dengan pengeringan alami.

Koneksi fisik-mekanis menentukan retensi kelembaban di pori-pori dan kapiler oleh kekuatan tekanan kapiler dan pembasahan bahan hidrofilik. Kelembaban ini bergerak di dalam material ketika tekanan melebihi tekanan kapiler dan menguap dari lapisan permukaan struktur selama pengeringan alami. Ikatan antara air dan mikrokapiler memiliki kekuatan fisik dan mekanik yang paling tinggi.

2.2.4 Udara lembab

Udara atmosfer, yang terdiri dari oksigen, nitrogen, karbon dioksida, dan sejumlah kecil gas inert, selalu mengandung uap air dalam bentuk uap air. Campuran udara kering dan uap air disebut udara yang lembab.

Dengan akurasi yang cukup untuk perhitungan teknis, kita dapat mengasumsikan bahwa udara basah mematuhi semua hukum campuran gas ideal. Setiap gas, termasuk uap, yang merupakan bagian dari campuran, menempati volume yang sama dengan seluruh campuran.

Uapnya ada di bawahnya tekanan parsial, yang ditentukan oleh persamaan Mendeleev-Klaiperon:

di mana saya- massa gas ke-i, dalam hal ini uap air, kg;

R- konstanta gas universal, sama dengan 8 314,41 J / (kmol. K);

T- suhu campuran dalam skala absolut, K;

V- volume yang ditempati oleh campuran gas, m 3;

μ saya- berat molekul gas, kg/mol. Untuk uap air p \u003d 18,01528 kg / kmol.

Menurut hukum Dalton, jumlah dari tekanan parsial komponen gas campuran adalah tekanan campuran penuh. Udara lembab dianggap campuran biner, yang terdiri dari uap air dan bagian kering dari udara atmosfer, yang berat molekul efektifnya adalah dalam 29 kg/mol. tekanan barometrik udara lembab P b, Pa, adalah jumlah dari tekanan parsial udara kering est, Pa, dan tekanan parsial uap e p, Pa:

Tekanan parsial uap air disebut juga tekanan uap air.

Untuk mengkarakterisasi ukuran pelembapan udara, digunakan konsep kelembaban relatif in, yang menunjukkan derajat kejenuhan udara dengan uap air dalam% atau fraksi dari satu unit kejenuhan penuh pada suhu dan tekanan yang sama.

Pada kelembaban relatif 100%, udara benar-benar jenuh dengan uap air dan disebut kaya. Tekanan parsial uap air jenuh disebut juga tekanan saturasi udara, uap air atau tekanan uap air maksimum dan menyatakan E. Nilai kelembaban relatif in sama dengan rasio tekanan parsial uap air ep di udara lembab pada tekanan atmosfer dan suhu tertentu terhadap tekanan saturasi E dalam kondisi yang sama:

atau ,% . (2.36)

Tekanan parsial uap air jenuh - elastisitas maksimum uap air - pada tekanan barometrik tertentu adalah fungsi suhu t saja:

Nilainya ditentukan secara eksperimental dan diberikan dalam tabel khusus. Selain itu, ada sejumlah rumus yang mendekati ketergantungan E pada suhu. Misalnya, rumus yang diberikan dalam:

di atas permukaan es pada suhu - 60 o C sampai 0 o C

, (2.38)

di atas permukaan air murni pada suhu 0 ° C hingga 83 ° C

, (2.39)

Ahli kebersihan menganggap kisaran kelembaban relatif dari 30% hingga 60% normal bagi seseorang untuk tinggal. Ketika kelembaban relatif di atas 60%, penguapan kelembaban dari kulit manusia sulit dan kesehatannya memburuk. Pada kelembaban relatif yang lebih rendah dari 30%, penguapan dari permukaan kulit dan selaput lendir seseorang meningkat, yang menyebabkan kulit kering, sakit tenggorokan, berkontribusi pada pilek.

Dengan peningkatan suhu udara dari kelembaban absolut tertentu, kelembaban relatif menurun, karena, sesuai dengan rumus (2.36), nilai tekanan parsial uap air akan tetap tidak berubah, dan tekanan saturasi akan meningkat karena kenaikan suhu. Sebaliknya, ketika udara didinginkan, kelembaban relatif akan meningkat karena penurunan tekanan saturasi E. Ketika udara mendingin pada suhu tertentu, ketika ep sama dengan E, kelembaban relatif udara akan menjadi sama sampai 100%, yaitu, udara akan mencapai saturasi penuh dengan uap air. Suhu t p, o C, di mana udara dengan kelembaban mutlak tertentu berada dalam keadaan jenuh penuh, disebut titik embun. Jika udara didinginkan di bawah titik embun, maka sebagian uap air akan mulai mengembun dari udara. Dalam hal ini, udara akan tetap jenuh dengan uap air, dan tekanan saturasi udara E akan berkurang sesuai dengan suhu yang dicapai. Selain itu, suhu udara pada setiap saat akan menjadi titik embun untuk kelembaban udara absolut yang terbentuk.

Ketika udara lembab bersentuhan dengan permukaan bagian dalam selungkup luar, yang memiliki suhu di bawah titik embun udara t p, uap air akan mengembun di permukaan ini. Dengan demikian, syarat untuk tidak adanya pengembunan pada permukaan bagian dalam pagar dan ketebalannya adalah menjaga suhu di atas titik embun, yang berarti bahwa tekanan parsial uap air di setiap titik di bagian pagar harus lebih kecil dari tekanan saturasi.

2.2.5 Kelembaban bahan

Dalam bahan berpori kapiler di alam lingkungan udara selalu ada sejumlah kelembaban yang tidak terikat secara kimiawi. Jika sampel bahan alam dikeringkan, massanya akan berkurang. Kelembaban berat bahan in,%, ditentukan oleh rasio massa uap air yang terkandung dalam sampel dengan massa sampel dalam keadaan kering:

, (2.40)

di mana M 1- berat sampel basah, kg,

M 2- massa sampel kering, kg.

Kelembaban massal sekitar,%, ditentukan oleh rasio volume uap air yang terkandung dalam sampel dengan volume sampel:

di mana V 1- volume uap air dalam sampel, m 3, V2- volume sampel itu sendiri, m 3 .

Ada hubungan antara berat dalam dan kadar air volumetrik tentang bahan:

, (2.42)

di mana ρ - massa jenis bahan dalam keadaan kering, kg/m 3.

Kelembaban sering digunakan dalam perhitungan.

2.2.6 Penyerapan dan desorpsi

Dengan lama tinggal sampel bahan di udara lembab dengan suhu konstan dan kelembaban relatif, massa uap air yang terkandung dalam sampel akan menjadi tidak berubah - keseimbangan. Dengan peningkatan kelembaban relatif udara, massa kelembaban dalam bahan meningkat, dan dengan peningkatan suhu, itu berkurang. Ini adalah kadar air keseimbangan bahan, sesuai dengan keadaan termal dan kelembaban lingkungan udara, tergantung pada komposisi kimia, porositas dan beberapa sifat bahan lainnya, bisa lebih atau kurang. Proses melembabkan bahan kering yang ditempatkan di lingkungan udara lembab disebut penyerapan, dan proses pengurangan kadar air bahan yang terlalu lembab di lingkungan udara lembab - desorpsi.

Pola perubahan kadar air kesetimbangan bahan dalam lingkungan udara dengan suhu konstan dan peningkatan kelembaban relatif dinyatakan oleh isoterm serapan.

Untuk sebagian besar bahan bangunan, isoterm sorpsi dan desorpsi tidak sama. Selisih berat kadar air suatu bahan bangunan pada kelembaban udara relatif yang sama disebut histeresis sorpsi. Gambar 8 menunjukkan isoterm sorpsi dan desorpsi uap air untuk silikat busa. pada . Dari Gambar 8 dapat dilihat bahwa misalnya untuk = 40% selama sorpsi, busa silikat memiliki kadar air berat = 1,75%, dan selama desorpsi = 4%, maka histeresis sorpsinya adalah 4 -1,75 = 3,25%.

Gbr.8. Kadar air berat busa silikat selama sorpsi (1) dan desorpsi (2)

Nilai kadar air serapan bahan bangunan diberikan dalam berbagai sumber literatur, misalnya, in.

2.2.7 Permeabilitas uap pagar

Pengecualian kondensasi uap air pada permukaan bagian dalam pagar tidak dapat menjamin tidak adanya kondensasi uap air pada ketebalan pagar.

Kelembaban dalam bahan bangunan bisa dalam tiga fase yang berbeda: padat, cair dan uap. Setiap fase menyebar menurut hukumnya sendiri. PADA kondisi iklim Masalah paling mendesak bagi Rusia adalah pergerakan uap air di musim dingin. Diketahui dari studi eksperimental bahwa potensi perpindahan uap- miliknya penggerak- adalah tekanan parsial uap air di udara e, Pa. Di dalam bahan bangunan pagar, udara lembab berada di pori-pori material. Uap bergerak dari tekanan parsial yang lebih tinggi ke yang lebih rendah.

Selama musim dingin, suhu udara dalam ruangan jauh lebih tinggi daripada di luar. Suhu yang lebih tinggi sesuai dengan tekanan saturasi uap yang lebih tinggi E. Terlepas dari kenyataan bahwa kelembaban relatif udara dalam ruangan kurang dari kelembaban relatif udara luar, tekanan parsial uap air di udara dalam ruangan masuk secara signifikan melebihi tekanan parsial uap air di udara luar e n. Oleh karena itu, aliran uap diarahkan dari ruangan ke luar. Proses penetrasi uap melalui pagar mengacu pada proses difusi. Dengan kata lain, uap air berdifusi melalui pagar. Difusi adalah fenomena molekul murni, yang merupakan penggantian molekul satu gas dengan molekul lain, dalam hal ini, penggantian molekul udara kering di pori-pori bahan bangunan oleh molekul uap air. Dan proses difusi uap air melalui pagar disebut permeabilitas uap.

Untuk menghindari kebingungan dalam terminologi, kami akan segera menetapkan bahwa permeabilitas uap- ini adalah properti bahan dan struktur yang terbuat dari mereka untuk melewatkan uap air melalui dirinya sendiri, dan permeabilitas uap adalah proses penetrasi uap melalui bahan atau selungkup.

Permeabilitas uap tergantung pada sifat fisik material dan mencerminkan kemampuannya untuk melewatkan uap air yang menyebar melalui dirinya sendiri. Permeabilitas uap bahan secara kuantitatif sama dengan aliran difusi uap air, mg/jam, melewati m 2 area tegak lurus aliran, dengan gradien tekanan parsial uap air di sepanjang aliran sama dengan 1 Pa/m .

Nilai yang dihitung diberikan dalam tabel referensi. Selain itu, untuk bahan isotropik, tidak tergantung pada arah aliran kelembaban, dan untuk anisotropik (kayu, bahan lain dengan struktur berserat atau ditekan) nilai diberikan tergantung pada rasio arah aliran. aliran uap dan serat.

Permeabilitas uap untuk bahan insulasi panas, sebagai aturan, pori-pori longgar dan terbuka, memiliki nilai besar, misalnya, untuk papan wol mineral pada pengikat sintetis dengan kepadatan = 50 kg / m 3, koefisien permeabilitas uap sama dengan = 0,60 mg / (jam m. Pa ). Bahan dengan kepadatan lebih besar sesuai dengan koefisien permeabilitas uap yang lebih rendah, misalnya, beton berat pada agregat padat memiliki = 0,03 mg / (h.m. Pa). Namun, ada pengecualian. Busa polistiren yang diekstrusi, insulasi sel tertutup, dengan kerapatan = 25 - 45 kg / m 3 memiliki = 0,003 - 0,018 mg / (h.m. Pa) dan praktis tidak melewatkan uap melalui dirinya sendiri.

Bahan dengan permeabilitas uap minimal digunakan sebagai: lapisan penghalang uap. Untuk bahan lembaran dan lapisan tipis penghalang uap karena nilai yang sangat kecil, tabel referensi memberikan resistensi permeasi uap dan ketebalan lapisan ini.

Permeabilitas uap udara sama dengan =0,0062 m2.h.Pa/mg tanpa konveksi dan =0.01 m2.h.Pa/mg selama konveksi. Oleh karena itu, ketika menghitung ketahanan terhadap permeabilitas uap, harus diingat bahwa lapisan penghalang uap pagar, yang tidak memberikan kontinuitas (memiliki celah) (film penghalang uap, rusak komunikasi internal pagar, lapisan penghalang uap lembaran, bahkan tumpang tindih, tetapi tanpa melumasi sambungan dengan damar wangi penghalang uap), akan memiliki permeabilitas uap yang lebih besar daripada tanpa memperhitungkan keadaan ini.

Diketahui dari fisika bahwa ada yang lengkap analogi antara permeasi uap dan proses konduksi panas. Selain itu, diamati analog dalam proses perpindahan panas dan perpindahan kelembaban pada permukaan pagar. Oleh karena itu, seseorang dapat mempertimbangkan analogi antara proses kompleks perpindahan panas dan perpindahan kelembaban melalui pagar. Tabel 2 menyajikan analog langsung dalam proses ini.

Meja 2

Analogi antara proses perpindahan panas dan perpindahan uap air selama difusi uap

Menurut arti fisiknya lapisan permeabilitas uap pagar - ini adalah perbedaan elastisitas uap air, yang harus dibuat pada permukaan lapisan sehingga aliran uap 1 mg / jam berdifusi melalui 1 m 2 luasnya.

Resistensi total terhadap permeabilitas uap dari struktur penutup(selama difusi uap) adalah jumlah dari resistensi terhadap permeabilitas uap dari semua lapisannya dan resistensi terhadap pertukaran kelembaban pada permukaannya, sebagai berikut dari ekspresi (2.43).

Koefisien perpindahan kelembaban, sebagai suatu peraturan, tidak digunakan dalam perhitungan rekayasa resistensi total terhadap permeabilitas uap, dalam perhitungan mereka menggunakan secara langsung resistensi terhadap perpindahan kelembaban pada permukaan, dengan asumsi nilainya sama dengan R p .in = 0,0267 m 2. jam Pa / mg, R p.n, \u003d 0,0052 m 2. jam Pa / mg.

Elastisitas uap air yang menyebar melalui pagar, saat melewati ketebalannya, akan berubah antara nilai e dan e n. Untuk mencari tekanan parsial uap air e x di setiap bagian pagar (Gbr. 9), gunakan rumus yang mirip dengan rumus (2.30) untuk menentukan distribusi suhu di atas bagian pagar:

di mana R p. di-x, R p. n-x- resistensi terhadap permeabilitas uap, dari titik x ke udara internal dan eksternal, masing-masing, m 2. h Pa / mg.

Gbr.9. Distribusi tekanan parsial dan tekanan saturasi uap air di atas bagian pagar

Pertanyaan untuk pengendalian diri.

1. Penyebab hilangnya kelembaban di permukaan atau di ketebalan pagar.

2. Konsekuensi negatif dari hilangnya kelembaban di permukaan atau di ketebalan pagar.

3. Apa perbedaan antara bahan bangunan hidrofilik dan hidrofobik?

4. Apa struktur sebagian besar bahan bangunan?

5. Apa tiga jenis ikatan air dengan bahan bangunan berdasarkan sifat energi ikat dan besaran tingkat energi yang Anda ketahui?

6. Apa itu udara lembab?

7. Berapa tekanan parsial uap air di udara lembab?

8. Apa yang membentuk tekanan barometrik udara lembab?

9. Apa itu kelembaban relatif?

10. Jenis udara apa yang disebut uap air jenuh?

11. Berapa suhu yang disebut titik embun?

12. Apa syarat tidak adanya kondensat pada setiap titik di bagian selubung bangunan?

13. Bagaimana kadar air berat suatu bahan ditentukan?

14. Bagaimana kadar air volumetrik suatu bahan ditentukan?

15. Berapa kadar air kesetimbangan suatu bahan?

16. Apa itu sorpsi dan desorpsi? *

17. Apa manifestasi histeresis sorpsi?

18. Berapa potensi perpindahan uap air dalam selubung bangunan?

19. Berapa difusi uap melalui pagar?

20. Apa itu permeabilitas uap?

21. Apa itu permeabilitas uap?

22. Apa yang secara kuantitatif sama dengan permeabilitas uap bahan ?

23. Apa itu penghalang uap?

24. Arti fisis ketahanan terhadap permeabilitas uap suatu lapisan?

25. Berapakah hambatan total terhadap permeabilitas uap selubung bangunan?

26. Tulislah rumus hambatan total terhadap permeabilitas uap pagar.

27. Bagaimana menentukan tekanan parsial uap air di udara pada suhu yang diketahui t in dan kelembaban relatif in?

28. Apa yang menentukan tekanan uap air jenuh?

29. Gambarkan gambaran kualitatif dari distribusi tekanan parsial uap air di dinding dua lapis pada tekanan yang diketahui di lingkungan e in dan e n, jika 1 > 2.

30. Gambarkan gambaran kualitatif dari distribusi tekanan parsial uap air di dinding dua lapis pada tekanan yang diketahui di lingkungan e in dan e n, jika 1

31. Tulislah rumus untuk menentukan tekanan parsial uap air pada permukaan bagian dalam dinding dua lapis e ex. pov pada tekanan yang diketahui di media e in dan e n, ketebalan lapisan 1 dan 2, permeabilitas uap 1 dan 2.

32. Tulislah rumus untuk menentukan tekanan parsial uap air pada permukaan luar dinding dua lapis e n. pov pada tekanan yang diketahui di media e in dan e n, ketebalan lapisan 1 dan 2, permeabilitas uap 1 dan 2.

33. Tulislah rumus untuk menentukan tekanan parsial uap air antara lapisan dinding dua lapis e pada tekanan yang diketahui dalam media e in dan e n, ketebalan lapisan 1 dan 2, permeabilitas uap 1 dan 2.

34. Tulislah rumus untuk menentukan tekanan parsial uap air e x di setiap bagian dinding multilayer pada tekanan yang diketahui di media e in dan e n, ketebalan lapisan i , permeabilitas uap i .

2.3 Permeabilitas udara dari selungkup eksternal

2.3.1 Dasar-dasar

kemampuan bernapas disebut properti bahan bangunan dan struktur penutup untuk membiarkan udara mengalir melaluinya, kemampuan bernapas pertimbangkan juga konsumsi udara dalam kg, yang melewati 1m 2 pagar per jam G, kg / (m 2. h).

kemampuan bernapas Melalui pagar, proses penetrasi udara melalui kebocorannya disebut. Masuknya udara dari luar ke dalam disebut infiltrasi, dan dari kamar ke luar - eksfiltrasi.

Ada dua jenis kebocoran di mana: penyaringan udara: pori-pori bahan bangunan dan melalui slot. Celah membentuk sambungan panel dinding, celah di bingkai jendela dan di tempat-tempat di mana jendela berdampingan dengan bingkai jendela, dll. Kecuali melalui filtrasi melintang, di mana udara melewati pagar melalui arah. tegak lurus dengan permukaan pagar, ada, menurut terminologi R.E. Briling, dua jenis filtrasi lagi - memanjang dan dalam.

Secara umum, semua penutup luar ruangan memiliki permeabilitas udara, tetapi hanya infiltrasi melalui jendela, pintu balkon, dan jendela kaca patri yang biasanya diperhitungkan dalam perhitungan kehilangan panas. Norma kepadatan pagar yang tersisa mengecualikan kemungkinan permeabilitas udara, yang secara signifikan mempengaruhi keseimbangan panas ruangan.

Seperti yang telah disebutkan dalam Bab 2, lapisan padat dibuat dari dalam ke penghalang uap struktur penutup. Lapisan ini biasanya cukup kedap udara untuk filtrasi melintang. Namun, jika lapisan fasad tidak padat di luar, filtrasi longitudinal dapat terjadi, yang berarti bahwa, di bawah pengaruh angin, udara luar yang dingin masuk ke dalam selubung bangunan dan keluar di tempat lain. Hal ini menyebabkan kehilangan panas tambahan.

Di dinding eksterior modern dengan fasad berventilasi di lapisan wol mineral, busa polistiren atau bahan berbusa lainnya, filtrasi longitudinal dapat diamati, yang secara lokal mengurangi resistensi yang berkurang dari struktur ini karena penghilangan panas oleh udara yang disaring ke atmosfer.

Bahkan jika perlindungan yang baik terhadap penetrasi udara disediakan di kedua sisi struktur penutup, dan lapisan dalam terbuat dari bahan yang dapat bernapas, pergerakan udara di dalam struktur dapat terjadi karena perbedaan suhu dalam ketebalan pagar, mirip dengan gerakan. udara di ruang udara tertutup. Namun, filtrasi internal umumnya tidak cukup meningkatkan koefisien perpindahan panas pagar.

Infiltrasi dan eksfiltrasi dan, secara umum, setiap filtrasi udara muncul di bawah pengaruh: penurunan tekanan udara total ∆ P, Pa, dari berbagai sisi pagar.

Itu adalah, potensi transportasi udara melalui bahan dan struktur penutup adalah perbedaan tekanan udara dari dalam gedung dan luar. Dijelaskan, pertama, oleh perbedaan kepadatan udara luar yang dingin dan udara dalam ruangan yang hangat - komponen gravitasi dan, kedua, oleh aksi angin, yang menciptakan tekanan tambahan positif dalam aliran yang datang dari sisi angin dan penghalusan dari sisi bawah angin - komponen angin.

2.3.2 Perbedaan tekanan pada permukaan luar dan dalam pagar

Diketahui bahwa dalam kolom gas statis tekanan gravitasi variabel tingginya.

tekanan gravitasi R gr, Pa, pada setiap titik udara luar pada ketinggian h dari permukaan bumi,

(2.49)

di mana R atm-tekanan atmosfer pada tingkat referensi nol, Pa;

g- percepatan jatuh bebas, m/s 2 ;

n- kerapatan udara luar, kg/m 3 .

Tekanan angin P angin, Pa, tergantung pada arah angin pada permukaan bangunan yang berbeda akan berbeda, yang diperhitungkan dalam perhitungan dengan koefisien aerodinamis C, menunjukkan berapa proporsi tekanan angin dinamis adalah tekanan statis pada fasad angin, samping dan bawah angin.

Kelebihan tekanan statis angin pada bangunan sebanding dengan tekanan angin dinamis n.v2/2 dengan kecepatannya v, MS.

Kecepatan angin diukur pada stasiun cuaca pada ketinggian 10 m dari tanah di area terbuka.

Di gedung dan ketinggian, kecepatan angin bervariasi. Untuk memperhitungkan perubahan kecepatan angin di berbagai jenis medan dan pada ketinggian yang berbeda, koefisien diterapkan k dyn, yang nilainya diatur oleh SNiP 2.01.07-85 *. Koefisien k dyn, dengan mempertimbangkan perubahan tekanan angin dengan ketinggian h, ada disajikan tergantung pada jenis medan. Jenis medan berikut diterima:

A - pantai terbuka laut, danau dan waduk, gurun, stepa, hutan-stepa, tundra;

B - daerah perkotaan, hutan, dan daerah lain yang tertutup secara merata dengan rintangan setinggi lebih dari 10 m;

C - daerah perkotaan dengan bangunan setinggi lebih dari 25 m.

Suatu struktur dianggap berlokasi di dalam lokasi jenis ini jika lokasi ini dipertahankan pada sisi angin dari struktur pada jarak 30 jam - dengan ketinggian struktur h hingga 60 m dan 2 km - dengan ketinggian yang lebih tinggi.

Sesuai dengan di atas, tekanan angin pada setiap fasad adalah

(2.50)

di mana r n- kepadatan udara luar, kg/m 3 ;

v- kecepatan angin, m/s;

c - koefisien aerodinamis pada fasad yang dihitung;

k dyn- koefisien untuk memperhitungkan perubahan tekanan kecepatan angin tergantung pada ketinggian bangunan, diambil menurut .

Menurut SNiP 2.01.07-85* untuk sebagian besar bangunan, nilai koefisien aerodinamis pada sisi arah angin sama dengan c n=0,8, dan di lee - c h= - 0,6.

Untuk tekanan nol bersyarat kondisi R, Pa, atas saran V.P. Titov, tekanan absolut pada sisi bawah angin bangunan diambil pada tingkat elemen bangunan yang paling jauh dari permukaan bumi di mana udara dapat bergerak (jendela atas fasad bawah angin, poros pembuangan di atap) .

di mana c s- koefisien aerodinamis yang sesuai dengan sisi bawah angin bangunan;

H- ketinggian bangunan atau ketinggian di atas tanah dari elemen atas yang memungkinkan pergerakan udara, m.

Maka tekanan berlebih total R n, Pa, terbentuk di udara luar pada suatu titik di ketinggian h bangunan, ditentukan dengan rumus:

Gambar 10 menunjukkan diagram gravitasi R gr, dan angin tekanan angin dan tingkat di mana tekanan nol bersyarat diterima arb.

Setiap ruangan menciptakan tekanan internal berlebih totalnya sendiri, yang merupakan jumlah dari tekanan yang dibentuk oleh berbagai tekanan pada fasad bangunan , Pa, dan tekanan gravitasi R gr, dalam, Pa.

Karena suhu udara di semua ruangan di dalam gedung kira-kira sama, tekanan gravitasi internal hanya bergantung pada ketinggian pusat ruangan h:

(2.54)

di mana masuk- kerapatan udara internal, kg/m 3 .

Gambar 10. Pembentukan arus udara di gedung bertingkat dengan ventilasi alami

Untuk mempermudah perhitungan, tekanan gravitasi internal biasanya disebut tekanan eksternal dengan tanda minus

(2.55)

Ini menghilangkan komponen gravitasi variabel di luar gedung, dan oleh karena itu tekanan total di setiap ruangan menjadi konstan sepanjang ketinggiannya.

Massa jenis udara , kg/m 3 , dapat ditentukan dengan rumus berikut dari (2.33):

dimana t adalah suhu udara.

Nilai total tekanan berlebih internal P di untuk kamar dengan orientasi yang sama dari satu lantai mungkin berbeda karena fakta bahwa untuk setiap kamar nilai tekanan internalnya sendiri terbentuk. Menentukan tekanan internal di tempat adalah tugas perhitungan lengkap rezim udara bangunan, yang cukup melelahkan. Tetapi untuk menyederhanakan perhitungan, tekanan internal P in biasanya disamakan dengan tekanan di tangga.

Ada metode yang disederhanakan untuk menghitung tekanan internal dalam sebuah bangunan. Perhitungan yang paling umum berlaku untuk bangunan dengan jendela yang terdistribusi secara merata pada fasad, ketika tekanan internal konstan bersyarat dalam bangunan diambil sebagai setengah jumlah angin dan tekanan gravitasi sesuai dengan ekspresi

Metode kedua yang lebih rumit untuk menghitung nilai P in, Pa, yang diusulkan dalam , berbeda dari yang pertama dalam hal tekanan angin dirata-ratakan di atas area fasad. Ekspresi untuk tekanan internal, ketika mempertimbangkan salah satu fasad sebagai salah satu arah angin, mengambil bentuk:

dimana? n,cb,c s- koefisien aerodinamis pada fasad angin, samping dan bawah angin;

A n, A b, A h- area jendela dan jendela kaca patri pada fasad angin, samping dan bawah angin, m 2.

Saat menghitung kehilangan panas, diperhitungkan bahwa setiap fasad dapat menghadap angin. Perhatikan bahwa tekanan internal P in, diambil menurut (2.58), berbeda untuk setiap fasad. Perbedaan ini semakin terlihat, semakin banyak kepadatan jendela dan jendela kaca patri pada fasad yang berbeda. Untuk bangunan dengan distribusi jendela yang seragam di sepanjang fasad, nilai P in, mendekati yang diperoleh dari (2.57). Dengan demikian, penggunaan rumus (2.58) untuk menghitung tekanan internal dibenarkan dalam kasus di mana distribusi bukaan cahaya di sepanjang fasad jelas tidak merata atau ketika bangunan yang bersangkutan berdekatan dengan bangunan tetangga, atau satu fasad atau bagiannya. tidak memiliki jendela sama sekali.

Perbedaan antara tekanan eksternal dan internal pada sisi berlawanan dari pagar pada fasad angin pada ketinggian berapa pun h dengan memperhatikan rumus (2.55) sama dengan:

Perbedaan tekanan P untuk jendela fasad yang sama dari lantai yang berbeda hanya akan berbeda dalam nilai tekanan gravitasi (suku pertama), tergantung pada perbedaannya H-h tanda titik atas bangunan, diambil sebagai acuan nol, dan bagian tengah jendela yang bersangkutan. Gambar 13 menunjukkan pola distribusi aliran pada bangunan dengan ventilasi seimbang

2.3.3 Permeabilitas udara bahan bangunan

Bahan bangunan sebagian besar adalah badan berpori. Ukuran dan struktur pori-pori pada bahan yang berbeda tidak sama, oleh karena itu, permeabilitas udara bahan, tergantung pada perbedaan tekanan, memanifestasikan dirinya dengan cara yang berbeda.

Gambar 11 menunjukkan gambaran kualitatif ketergantungan permeabilitas udara G dari perbedaan tekanan untuk bahan bangunan, diberikan oleh K.F. Fokin.

Gbr.11. Pengaruh porositas material pada permeabilitas udaranya.1 - material dengan porositas seragam (seperti beton busa); 2 - bahan dengan pori-pori dengan berbagai ukuran (seperti tambalan); 3 - bahan permeabel rendah (seperti kayu, mortar semen), 4 - bahan basah.

Garis lurus dari 0 ke titik sebuah pada kurva 1 menunjukkan pergerakan laminar udara melalui pori-pori material dengan porositas seragam pada nilai kecil dari perbedaan tekanan. Di atas titik ini, gerakan turbulen terjadi pada bagian melengkung. Dalam bahan dari ukuran yang berbeda pori-pori, gerakan udara turbulen bahkan pada perbedaan tekanan kecil, yang terbukti dari kelengkungan garis 2. Pada bahan yang permeabel udara rendah, sebaliknya, gerakan udara melalui pori-pori adalah laminar dan pada perbedaan tekanan yang cukup besar. , oleh karena itu, ketergantungan G dari linier untuk setiap perbedaan tekanan (baris 3). Dalam bahan basah (kurva 4) pada rendah , kurang dari perbedaan tekanan minimum tertentu P min, tidak ada permeabilitas udara, dan hanya ketika nilai ini terlampaui, ketika perbedaan tekanan cukup untuk mengatasi gaya tegangan permukaan air yang terkandung dalam pori-pori material, pergerakan udara terjadi. Semakin tinggi kadar air bahan, semakin besar nilainya P min.

Dengan pergerakan udara laminar di pori-pori material, ketergantungannya valid

di mana G adalah permeabilitas udara pagar atau lapisan material, kg / (m 2. h);

saya- koefisien permeabilitas udara bahan, kg / (m. Pa. h);

δ - ketebalan lapisan material, m.

Koefisien permeabilitas udara material mirip dengan koefisien konduktivitas termal dan menunjukkan tingkat permeabilitas udara material, secara numerik sama dengan aliran udara dalam kg yang melewati 1 m 2 area yang tegak lurus terhadap arah aliran, pada gradien tekanan 1 Pa / m .

Nilai koefisien permeabilitas udara untuk berbagai bahan bangunan berbeda secara signifikan satu sama lain.

Misalnya, untuk wol mineral i 0,044 kg / (m. Pa. h), untuk beton busa non-autoklaf i 5.3.10 - 4 kg / (m. Pa. h), untuk beton padat i 5.1.10 - 6 kg / (m. Pa. jam),

Dengan pergerakan udara turbulen dalam formula (2.60) harus diganti di n. Pada saat yang sama, eksponen n bervariasi dalam 0,5 - 1. Namun, dalam praktiknya, rumus (2,60) juga digunakan untuk rezim aliran udara turbulen dalam pori-pori material.

Dalam literatur peraturan modern, konsep koefisien permeabilitas udara tidak digunakan. Bahan dan desain dicirikan kemampuan bernapasR dan, kg / (m.j). pada perbedaan tekanan di sisi yang berbeda o = 10 Pa, yang, dengan gerakan udara laminar, ditemukan dengan rumus:

di mana G adalah daya tahan lapisan bahan atau struktur, kg / (m 2. h).

Ketahanan terhadap penetrasi udara pagar dalam dimensinya tidak mengandung dimensi potensi perpindahan udara - tekanan. Situasi ini muncul karena fakta bahwa dalam dokumen peraturan, dengan membagi perbedaan tekanan aktual P dengan nilai tekanan standar P o = 10 Pa, resistansi permeabilitas udara berkurang menjadi perbedaan tekanan P o = 10 Pa.

Nilai-nilai yang diberikan kemampuan bernapas untuk lapisan beberapa bahan dan struktur.

Untuk jendela, di mana kebocoran di mana pergerakan udara terjadi dalam mode campuran, resistensi terhadap penetrasi udara , kg / (m.h), ditentukan dari ekspresi:

, (2.62)

Pertanyaan untuk pengendalian diri

1. Berapa daya tahan material dan pagar?

2. Apa itu breathability?

3. Apa itu infiltrasi?

4. Apa itu eksfiltrasi?

5. Sifat kuantitatif apa dari proses permeabilitas udara yang disebut permeabilitas udara?

6. Melalui dua jenis kebocoran apakah udara disaring di dalam pagar?

7. Sebutkan tiga macam filtrasi menurut terminologi R.E. Brilinga?

8. Apa potensi breathability?

9. Dua sifat apa yang membentuk perbedaan tekanan pada sisi yang berlawanan dari pagar?

10. Berapakah koefisien permeabilitas udara bahan tersebut?

11. Berapa permeabilitas udara selubung bangunan?

12. Tulislah rumus untuk menentukan ketahanan terhadap penetrasi udara selama pergerakan laminar udara melalui pori-pori bahan konstruksi.

13. Tulislah rumus untuk menentukan permeabilitas udara jendela.