CC BY
21Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Energy efficient construction
УДК 628.81
Н.П. УМНЯКОВА, канд. техн. наук ([email protected])
Научно-исследовательский институт строительной физики НИИСФ РААСН (127238, г. Москва, Локомотивный пр., 21)
Снижение теплопотерь поверхности зарадиаторной стенки
Рассмотрен процесс передачи тепла через зарадиаторную стенку при наличии и отсутствии на ее внутренней поверхности экрана из отражательной теплоизоляции. На основе решения балансовых уравнений теплообмена излучением между отопительным прибором и зарадиаторной стенкой получена формула, позволяющая вычислить температуру на поверхности зарадиаторной стенки в зависимости от коэффициента излучения материала поверхности. Это позволило на основе проведенных расчетов оценить эффективность применения экрана из отражательной теплоизоляции на поверхности зарадиаторной стенки при различных конструктивных решениях наружных стен.
Ключевые слова: энергоэффективность, отражательная теплоизоляция, коэффициент излучения, зарадиаторная стенка, термическое сопротивление, потери теплоты.
N.P. UMNYAKOVA, Candidate of Sciences ([email protected]) NIISF RAACS (21, Lokomotivny Passage, 127238, Moscow, Russian Federation)
Reduction in Heat Losses of a Behind Radiators Wall Surface
The process of heat transfer through the behind radiator wall at presence or absence of the screen made of heat-reflecting insulation on its inner surface is considered. On the basis of the solution of balance equations of heat exchange of radiation between the heating device and the behind radiator wall, the formula which makes it possible to calculate the temperature on the surface of the behind radiator wall depending on the coefficient of radiation of surface material has been obtained. This makes it possible, on the basis of the conducted calculations, to assess the efficiency of using the screen made of reflecting heat insulation on the surface of the behind radiator wall at various structural decisions of external walls.
Keywords: energy efficiency, reflecting heat insulation, coefficient of radiation, behind radiator wall, thermal resistance, heat losses.
Отопительный прибор является основным элементом, который обеспечивает поступление теплоты от теплоносителя в помещение здания. При выборе отопительных приборов учитывают главным образом их возможности обеспечить благоприятные тепловые комфортные условия в помещении. Обычно их устанавливают у наружных стен под окном (рис. 1). Длина отопительного прибора должна составлять не менее 75% длины светового проема (Рекомендации по применению алюминиевых секционных радиаторов повышенной прочности «FARAL Green HP» и стандартного исполнения «FARAL Green» итальянской фирмы «FARAL S.p.A.» концерна Zehnder Group. М.: ФГУП «НИИ-сантехники», 2004. 37 с.)
Известно, что номинальную плотность теплового потока, Вт/м2, для стандартных условий работы отопительного прибора в системе водяного отопления принимают при средней разности температуры Д^р = 70оС и расходе теплоносителя (воды) в отопительном приборе 360 кг/ч. Стандартная разность температуры при использовании в качестве теплоносителя воды, выбранная за расчетную для сравнения теплотехнических показателей отопительных приборов, определяется по выражению Д^р = 0,5(105+70)-18 = 69,5оС, где температура входящей воды в прибор воды = 105оС и выходящей ^ых = 70оС, температура воздуха в помещении 18оС. Таким образом, нормируемый температурный напор равен 69,5«70°С (Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление. М.: АСВ, 2002. 576 с.).
Однако величина теплового потока, проходящего через зарадиаторные участки наружных ограждающих конструкций, не учитывается в теплотехнических расчетах при подсчете общих теплопотерь здания [1-5]. В связи с этим была
поставлена задача определить количество теплоты, которое теряется через наружную зарадиаторную стенку.
Для ее решения примем, что площадь нагревающейся поверхности зарадиаторного участка наружной стенки Карст на 10% больше площади теплоотдающей поверхности отопительного прибора В , т.е. В =1,1 ^ .
~ ~ отп' зар.ст ' отп
Толщина воздушной прослойки между поверхностью отопительного прибора (радиатора) и зарадиаторной поверхностью наружной стены имеет малый размер, и величина произведения критерия Грасгофа на критерий Прандт-ля Gr.Pr<1000. Поэтому конвективную составляющую в данных теплотехнических расчетах можно не учитывать. Также не учитывается составляющая передачи теплоты теплопроводностью, так как воздушная прослойка не является замкнутой. Поэтому передача теплоты между двумя поверхностями будет происходить за счет лучистого теплообмена.
Тогда количество теплоты, падающей от отопительного прибора на поверхность зарадиаторной наружной стенки, будет:
а
пад
С с
отп зар.cm
г + 273
отп_
100
)4
^зар.ст + 273 у
100
или
с с
Q»<ä_ отп зар.ст Г,
zZomn JI /-( IК"отп зар.ст у Г on
С С
о пр
(1)
(2)
где С и т - коэффициент излучения, Вт/(м2.оС4), и тем-
т отп отп -г -г -1 1 > \ п
пература, оС, поверхности отопительного прибора; Сзарст и тзарст - коэффициент излучения, Вт/(м2.°С),и температура, оС, внутренней поверхности зарадиаторной наружной сте-
2'2015
21
Энергоэффективное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
еотр _ _ зар.ст
+ 4 _ (гстл+273)4
100
100
(1
еотр _ ~ ^ зар.ст^ отп зар.ст Л у-, 1л вдрл
С С
яр о
зар.ст ^отп ) 10
диаторной стенкой Т3 и наружным воздухом 1п , будет
зар.ст
= К(тзар
.ст К ) ^зар.ст
2 = С?'
хС зар.ст
,пад отп
еотр
зар.ст '
или
г^ / _ . ч у-» _ зар.ст отп / \
V зар.ст н) зар.ст Л ^ ^ \ отп зар.ст'
-а,
С С
пр о
С С с
зар.ст отп / ч^ч зар.ст \ г-у
£ £ \ зар.ст отп*\ ) зар.ст
С с л зар.ст отп л с с яр о р (1 Сзар.ст)р отп V ' зар.ст о . + ККРзар.ся
с с л зар.ст отп л С С с р +/1 зар.ст,р отп V зар.ст . о + АУ зар.ст
(8)
где ал- коэффициент теплопередачи излучением, Вт/(м2.°С). Его величину определяем с учетом приведенного коэффициента излучения Спр и температурного коэффициента. Для определения последнего воспользуемся графиком на рис. 2.
Для определения температуры на наружной поверхности зарадиаторной стены воспользуемся формулой:
т -г
зар.ст н ^^
(9)
Рис. 1. Расположение отопительного прибора в помещении: а — под оконным проемом; б — около стены
ны; Со - коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт^м^С4).
Количество теплоты, отраженное от поверхности зара-диаторной стенки к отопительному прибору, будет: .+273.
■ ,(3)
зар.ст \ I ■
£ ) зар.ст . (4)
Рассмотрим изменение температуры и величину тепло-потерь на примере нескольких вариантов конструкций наружной зарадиаторной стены с различным сопротивлением теплопередаче при наличии и отсутствии на внутренней за-радиаторной поверхности экрана из алюминиевой фольги. Коэффициент излучения поверхности отопительного прибора - Сотп = 4,9 Вт/(м2.оС4), штукатурного цементно-песчаного раствора Сзарст = 4,6 Вт/(м2.оС4). Коэффициент излучения отражательной теплоизоляции из алюминиевой фольги Са,фо, = 0,5 Вт/(м2.оС4), коэффициент излучения абсолютно черного тела Сотп = 5,76 Вт/(м2.оС4). Приведенный коэффициент излучения определяется по выражению:
ч,- 1
1
1
Количество теплоты, проходящее через наружную зара-диаторную стенку при разности температуры между зара-
При теплообмене воздушной прослойки
(5)
где К - коэффициент теплопередачи наружной стены, Вт/(м2.оС); К = +R); - термическое сопротивление наружной стены, м2 оС/Вт; Ян - сопротивление теплообмену у наружной поверхности стены, м2оС/Вт.
Таким образом, количество теплоты, проходящее через зарадиаторный участок наружной стены площадью Fsаpcт от отопительного прибора площадью Fотп, согласно уравнению теплового баланса можно представить в следующем виде
1
-н----
С С С
отп зар.ст о
излучением между поверхностями имеющими коэффициент излучения С = 4,9 Вт/(м2.оС4) и С = 4,6 Вт/(м2.оС4), приведенный
отп ' 4 ' зар.ст ' 4 / > г п
коэффициент излучения составит: Сп = 4,03 Вт/(м2.оС4); для поверхностей при Сотп = 4,9 Вт^м^с/и Салфол = 0,5 Вт/(м2.оС4), приведенный коэффициент излучения составит Спр =0,86 Вт/(м2.оС4).
Коэффициент теплопередачи излучением между поверхностями отопительного прибора и зарадиаторной стенки при отсутствии экрана из алюминиевой фольги будет: 1,5
(6)
-8-8-
(7)
После ряда преобразований уравнения (7) получим выражение для определения температуры на поверхности за-радиаторной стенки в зависимости от температуры отопительного прибора, теплозащитных свойств наружной стены и температуры наружного воздуха.
55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5
Средняя температура 0,5 (тот
0 -5-10-15-20-25
оС
+ т.
зар. ст''
22
Рис. 2. Зависимость температурного коэффициента от средней температуры
^^^^^^^^^^^^^^ 22015
или
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Energy efficient construction
Таблица 1
Теплотехнические показатели для наружной зарадиаторной стенки при тотп = 70оС, ¿в=20°С, tit = - 26оС
Теплотехнические характеристики Сопротивление теплопередаче зарадиаторной стенки из обыкновенного глиняного кирпича толщиной 0,51м равно Яазагт = 0,672 м2оС/Вт Сопротивление теплопередаче зарадиаторной стенки из щелевого кирпича толщиной 0,51 м равно Re.ar.c„ = 0,922 м2оС/Вт Сопротивление теплопередаче зарадиаторной стенки из обыкновенного глиняного кирпича толщиной 0,51 м, утепленного минеральной ватой толщиной 5 см, равно Re.ar.c„ = 1,8 м2оС/Вт Сопротивление теплопередаче зарадиаторной стенки из обыкновенного глиняного кирпича толщиной 0,51 м, утепленного минеральной ватой толщиной 10 см, равно Re.ar.c„ = 2,925 м2оС/Вт
при устройстве экрана из алюминиевой фольги при отсутствии экрана из алюминиевой фольги при устройстве экрана из алюминиевой фольги при отсутствии экрана из алюминиевой фольги при устройстве экрана из алюминиевой фольги при отсутствии экрана из алюминиевой фольги при устройстве экрана из алюминиевой фольги при отсутствии экрана из алюминиевой фольги
Температура на внутренней поверхности зарадиаторной стенки,оС 13,5 51,38 21,09 55,79 36,63 62,1 46,32 64,99
Температура на наружной поверхности зарадиаторной стенки,оС -23,47 -21,05 -23,8 -22,18 -24,5 -23,9 -24,94 -24,66
Величина теплового потока, Вт/ м2 58,8 115,1 51,07 86,64 34,69 48,8 24,72 31,1
Таблица 2
Теплотехнические характеристики Теплотехнические показатели для наружной стены при ^=20оС, tK = - 26оС
Сопротивление теплопередаче стены из обыкновенного глиняного кирпича толщиной 0,51 м равно Кощсгт = 0,786 м2рС/Вт Сопротивление теплопередаче стены из щелевого кирпича толщиной 0,51 м равно Кощсст = 1,037 м2оС/Вт Сопротивление теплопередаче стены из обыкновенного глиняного кирпича толщиной 0,51 м, утепленного минеральной ватой толщиной 5 см, равно Кщсст = 1,92 м2оС/Вт Сопротивление теплопередаче стены из обыкновенного глиняного кирпича толщиной 0,51 м, утепленного минеральной ватой толщиной 10 см, равно = 3,04 м2яС/Вт
Температура по глади внутренней поверхности стены,оС 13,38 14,9 17,26 18,26
Температура по глади наружной поверхности стены, оС -23,48 -24,09 -24,9 -25,36
Величина теплового потока, Вт/ м2 . 58,52 47,71 23,95 15,72
1
J_ J_
1
5,76
1,42 = 5,72 Вт/См^С).
Коэффициент теплопередачи излучением между поверхностями отопительного прибора и экраном с отражательной теплоизоляцией из алюминиевой фольги на внутренней поверхности зарадиаторной стенки будет: ал = -,-i-— 1,35 = 0,66 Вт/См^С).
J_ J_ 0,5 4,9 "
1
5,76
Примем площадь наружной поверхности нагрева одной секции 0,465 м2. Под окном установлен стандартный отопительный прибор из 6 секций, общая площадь наружной поверхности нагрева отопительного прибора составит 0,465x6 = 2,79 м2 . Поверхность отопительного прибора, обращенная к зарадиаторной наружной стенке, составляет примерно 1/3 от площади отопительного прибора. Тогда поверхность отопительного прибора составит F = 2,79x1/3 = 0,93 м2. По-
^ ^ отп ' '
верхность, обогреваемую отопительным прибором, увеличим на 10%, тогда ее величина составит F = 9,3x1,1 = 1,02 м2 .
' m зар.ст ' ' '
Теплотехнические расчеты по предложенной методике были выполнены для следующих конструкций:
- наружная стена из обыкновенного керамического кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной 0,51 м. Сопротивление теплопередаче по глади стены Ro = 0,786 м2оС/Вт и по наружной зарадиаторной стенке Ro зар т = 0,672 м2.оС/Вт;
- наружная стена из щелевого кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной 0,51 м. Сопротивление теплопередаче по глади стены Ro = 1,037 м2°С/Вт и по наружной зарадиаторной стенке R = 0,922 м2°С/Вт;
^ m ^ о.зар.ст ' '
- наружная стена из обыкновенного глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной 0,51 м, утепленная слоем минеральной ваты толщиной 5 см с минеральной штукатуркой. Сопротивление теплопередаче по глади стены Ro = 1,92 м2 оС/Вт и по наружной зарадиаторной стенке R = 1,8 оС/Вт;
о.зар.ст ' '
- наружная стена из обыкновенного керамического кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной 0,51 м, утепленная слоем минеральной ваты толщиной 10 см с минеральной штукатуркой. Сопротивление теплопередаче по глади стены Ro = 3,04 м2°С/Вт и по наружной зарадиаторной стенке R = 2,925 м2.оС/Вт.
о.зар.ст '
Результаты теплотехнических расчетов температуры и величины тепловых потоков при наличии и отсутствии экрана
22015
23
Энергоэффективное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
из отражательной теплоизоляции на поверхности зарадиа-торной стенки и по глади стены приведены в табл.1 и табл. 2.
Из проведенного анализа табл. 1 и 2 видно, что использование экрана из алюминиевой фольги на поверхности ограждающей конструкции с Roзарст = 0,672 м2.оС/Вт по сравнению аналогичным ограждением без установки экрана из алюминиевой фольги уменьшает величину потерь теплоты с 115,1 до 58,8 Вт/м2; при R = 0,922 м2.оС/Вт
' ~ ' ' ~ о.зар.ст '
потери теплоты уменьшаются с 86,64 до 51,07 Вт/м2; при R = 1,8 м2оС/Вт потери теплоты уменьшаются с 48,8
о.зар.ст ' 1 * '
до 34,69 Вт/м2; при R = 2,925 м2.оС/Вт потери умень-
п > 'I- о.зар.ст ' г 1
шаются с 31,1 до 24,72 Вт/м2.
Таким образом, установлено, что при размещении экрана из алюминиевой фольги на внутренней поверхности за-радиаторной стенки значительная часть теплового потока, излучаемого радиатором, отражается от экрана внутрь помещения. В результате температура внутренней поверхно-
сти зарадиаторной стенки понижается, а величина потерь теплоты на этом участке ограждения резко уменьшается.
Сопоставление величин тепловых потерь показало, что теплопотери через зарадиаторную стенку при отсутствии экрана из алюминиевой фольги в два раза больше, чем по глади стены.
Анализ полученных результатов расчетов позволяет сделать вывод об эффективности применения отражательной теплоизоляции для снижения тепловых потерь через наружные ограждающие конструкции зданий. При этом следует отметить, что наибольшая эффективность применения отражательной теплоизоляции отмечается при однослойных конструкциях наружных стен. Представляется наиболее целесообразным конструктивным решением использование экрана из алюминиевой фольги на поверхности зарадиаторной стенки при реконструкции зданий, наружные стеновые ограждения которых были спроектированы по нормам, действующим до 1995-2000 гг.
Список литературы
References
1. Ахременков А.А., Кузьмин В.А., Цирлин А.М., Цыганков В.М.. Энергетическая эффективность покрытия внутренней поверхности помещений отражательной теплоизоляцией // Строительные материалы. 2013. № 12. С. 65-67.
2. Умнякова Н.П. Теплозащита замкнутых воздушных прослоек с отражательной теплоизоляцией // Жилищное строительство. 2014. № 1-2. С. 16-20.
3. Гагарин В.Г., Дмитриев К.А. Учет теплотехнических неод-нородностей при оценке теплозащиты ограждающих конструкций в России и европейских странах // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 14-16.
4. Левин Е.В., Окунев А.Ю., Умнякова Н.П., Шубин И.Л. Основы современной строительной термографии. М.: НИИСФ РААСН. 2012. 176 с.
5. Ройфе В.С. К обоснованию выбора неразрушающего метода оценки теплозащитных свойств строительных материалов // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 22-23.
1. Akhremenkov A.A., Kuzmin V.A., Tsirlin A.M. Energy Efficiency of Coating the Inner Surface of Premises with Reflective Heat Insulation. Stroitelnye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 12, pp. 65-67. (In Russian).
2. Umnyakova N.P.. Heat Protection of Cloused Air Spaces with Reflective Insulation. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2014. No. 1-2, pp. 16-20. (In Russian).
3. Gagarin V.G., Dmitriyev K.A. The accounting of heattechnical not uniformity at an assessment of a heatshielding of protecting designs in Russia and the European countries. Strotelnye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 6, pp. 14-16. (In Russian).
4. Levin E.V., Okunev A.Yu., Umnyakova N.P., Choubin I.L. Osnovy sovremennoj stroitel'noj termografii. [Bases of a modern construction termografiya]. Moscow: NIISF RAACS. 2012. 176 p.
5. Royfe V.S. To justification of a choice of a nondestructive method of an assessment of heat-shielding properties of construction materials. Stroitefnye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 6, pp. 22-23. (In Russian).
_ЮВОСй!
Технологии информационного моделирования зданий внедряются и в России
В Министерстве строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ в начале февраля 2015 г. прошло совещание, где обсуждался мировой опыт распространения технологий информационного моделирования зданий BIM (BuildinglnformationModeling).
В совещании приняли участие сотрудники Департамента градостроительной деятельности и архитектуры Минстроя России, представители Госдумы РФ, а также национальных объединений проектировщиков, изыскателей и строителей. Они ознакомились с практикой применения 3D-проектирования на примере деятельности компании из Санкт-Петербурга, которая уже в течение шести лет изучает и внедряет методики многомерного проектирования, используя накопленный опыт при решении задач по созданию комплексных жилищных застроек и медицинских учреждений. Среди основных преимуществ применения BIM-технологий специалисты отметили точность проектов, их понятность для заказчика за счет 3D-визуализации, экономию времени проектирования и строительства, умень-
шение стоимости строительства и эксплуатации. Участникам совещания рекомендовано изучить представленные наработки, которые могли бы быть использованы при создании единого стандарта применения В1М-технологий. В перспективе такой стандарт должен получить статус государственного.
Согласно плану внедрения В1М-технологий, утвержденному приказом Минстроя России № 926, уже в 2015 г. будут запущены пилотные типовые проекты с использованием 3D-проектирования.
При формировании реестра типовой проектной документации, которым занимается Минстрой России, предпочтение будет отдаваться проектам, представленным в трехмерном формате с использованием В1М-технологий. Кроме того, особое внимание планируется уделять функциональности проектов, особенно объектов социального блока.
По материалам пресс-службы Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства
24
2'2015
