Теплопроводность железобетона: коэффициент теплопередачи легких и тяжелых бетонов

Теплопроводность бетона: особенности, определение коэффициента

При выполнении мероприятий по строительству зданий или ремонту ранее возведенных построек важно надежно теплоизолировать стены строения. Для уменьшения объема тепловых потерь и снижения затрат на поддержание комфортной температуры важно ответственно подойти к выбору теплоизоляционных материалов и выполнению тепловых расчетов. Решая задачи, связанные с обеспечением энергоэффективности бетонных строений, необходимо учитывать теплопроводность бетона. Этот показатель характеризует способность проводить тепло и является одной из наиболее важных характеристик.

Теплопроводность бетонного массива

Как влияет теплопроводность бетона на микроклимат внутри помещения

Из множества строительных материалов, применяемых для возведения зданий, одним из наиболее распространенных является бетон. Среди главных рабочих характеристик материала выделяется коэффициент теплопроводности бетона. На этапе проектирования необходимо предусмотреть применение в процессе строительства теплоизоляционных материалов, позволяющих превратить возведенную железобетонную конструкцию в жилое строение. Ведь важно возвести не только устойчивое, экологически чистое и оригинальное здание, но и создать благоприятные условия для проживания.

Зная теплопроводность бетонного массива, и правильно выбрав теплоизоляционные материалы, можно добиться значительных результатов:

• существенно сократить тепловые потери;
• снизить затраты на обогрев помещения;
• обеспечить внутри здания комфортный микроклимат.

Влияние уровня теплопроводности на внутренний микроклимат выражается простой зависимостью:

• при возрастании коэффициента, интенсивность тепловой передачи возрастает, и строение, возведенное из материала с такими характеристиками, быстрее остывает и, соответственно, ускоренными темпами нагревается;
• снижение способности бетонного массива передавать тепло позволяет на протяжении увеличенного периода времени сохранять внутри помещения комфортную температуру, с соответственным уменьшением тепловых потерь.

Зная теплопроводность бетонного массива можно обеспечить внутри здания комфортный микроклимат
Если подытожить, то степень теплопроводимости бетона является определяющим фактором, влияющим на комфортность жилища. Различные виды бетона отличаются структурой массива, свойствами применяемого наполнителя и, соответственно, степенью теплопроводности. Важно использовать такие марки бетона совместно с утеплителями, чтобы обеспечить надежное удержание бетонным массивом тепла в помещении. Выбор применяемых для строительства материалов производится на проектной стадии.

Основные характеристики

В основа блоков – раствор из цемента, воды, песчаного наполнителя и керамзитовых гранул. При этом основную роль играет именно концентрация и размеры последних в составе.

С увеличением размеров гранул керамзита в бетоне снижается способность материала пропускать тепло, что разрешает сооружать конструкции с узкими стенами в местах, где их уровень прочности будет достаточный, чтобы выдерживать возлагаемые нагрузки.

Такие характеристики материала – находка для строительства. При небольшой ширине стен и, соответственно, массе не требуется создания высокопрочного основания, что сокращает затраты на строительство.

Теплопроводность железобетона и тепловое сопротивление – знакомимся с понятиями

Принимая решение об использовании для строительства здания определенной марки бетона или другого строительного материала, следует обращать внимание на следующие характеристики, обеспечивающие энергоэффективность строения:

• коэффициент теплопроводности железобетона или бетона. Это специальный показатель, характеризующий объем тепловой энергии, которая может пройти через различные стройматериалы за определенный промежуток времени. При снижении величины коэффициента, способность материала проводить тепло уменьшается, а при возрастании показателя – скорость отвода тепла возрастает;
• тепловое сопротивление строительных конструкций. Этот параметр характеризует свойства стройматериалов препятствовать потерям тепловой энергии. Тепловое сопротивление является обратным показателем, если сравнивать со степенью теплопроводности. При повышенном значении показателя теплового сопротивления стройматериал может применяться для теплоизоляционных целей, а при пониженном – для ускоренного отвода тепла.

Разрабатывая проект будущего здания, и выполняя тепловые расчеты, необходимо учитывать указанные показатели.

Коэффициент теплопроводности материалов

Перегородки из пенобетонных блоков

Рисунок 3 — монтаж перегородки из пенобетонных блоков

На внутренние перегородки из пенобетона показатель теплопроводности практически не влияет. Но при повышенной пористости структуры улучшаются звукоизоляционные свойства материала, что положительно сказывается на эксплуатационных характеристиках.

Перегородки лучше строить из теплоизоляционного пенобетона используя марки D300, D400 и D500.

Узнать недостатки пенобетона и рассчитать сколько в 1 кубе пеноблоков можно перейдя по ссылкам.

Коэффициент теплопроводности бетона для различных видов монолита

Определяясь с видом бетона, который будет использоваться для постройки жилого дома, следует оценить, как изменяется теплопроводность монолита для разновидностей этого строительного материала. Поможет сравнить теплопроводность бетона таблица, которая охватывает характеристики всех типов бетона. Рассмотрим, как изменяется уровень теплопроводности бетонного массива, который выражается в Вт/м2х ºC для наиболее распространенных разновидностей материала.

Наименьшее значение коэффициента у бетонных композитов с ячеистой структурой:

• для сухого пенобетона и газонаполненного бетона величина показателя небольшая, по сравнению с другими видами. Она возрастает при повышении плотности материала. При удельном весе 0,6 т/м3 коэффициент равен 0,14, а при плотности 1 т/м3 уже составляет 0,31. При базовой влажности значения возрастают от 0,22 до 0,48, а при повышенной от 0,26 до 0,55;
• керамзитонаполненный бетон, в зависимости от плотности массива, также имеет различную величину коэффициента, который изменяется пропорционально возрастанию удельного веса. Так керамзитобетон с плотностью 0,5 т/м3 имеет низкий коэффициент, равный 0,14, а при возрастании плотности до 1,8 т/м3 параметр теплопроводности возрастает до 0,66.

Величина коэффициента определяется также используемым для приготовления бетонной смеси наполнителем:

• для тяжелого бетона плотностью 2,4 т/м3, содержащего щебеночный наполнитель, показатель составляет 1,51;
• бетон, где в качестве наполнителя используются шлаки, характеризуется уменьшенной величиной теплопроводности, составляющей 0,3–0,7;
• керамзитобетон, содержащий кварцевый или перлитовый песок, имеет плотность 0,8–1 и, соответственно, уровень теплопроводности, равный 0,22–0,41.

Коэффициент теплопроводности бетона
надежно теплоизолируют возводимое строение. При сооружении стен зданий из бетона, имеющего пористую структуру и пониженный уровень теплопроводности, необходим тонкий слой теплоизолятора. Применение тяжелых марок бетона требует усиленного утепления строения. Для этого укладывается толстый слой теплоизолятора. При подборе материала следует учитывать, что с возрастанием плотности увеличивается теплопроводность бетонного массива.

Свойства различных типов блоков

Красный керамический

Пористость увеличивает теплосопротивление стройматериалов, поэтому у полнотелого кирпича теплопроводность выше.

• прочность;
• морозостойкость;
• огнеупорность;
• звукоизоляция.

Вернуться к оглавлению

Клинкерный

Характеристика шамотного

• огнеупорность;
• устойчивость к перепадам температуры;
• высокая теплопроводность;
• легкий вес;
• устойчивость к воздействию щелочей и ряда кислот;
• прочность;
• эстетичность.

Вернуться к оглавлению

Силикатный

Какие факторы влияют на коэффициент теплопроводности железобетона

Уровень теплопроводимости бетона, независимо от его марки и наличия в массиве стальной арматуры, зависит от комплекса факторов. Рассмотрим показатели, каждый из которых оказывает определенное влияние на данную характеристику:

• структура бетонного массива. При создании внутри монолита воздушных полостей процесс передачи тепла через ячеистый массив осуществляется на небольшой скорости и с минимальными потерями. Если подытожить, то увеличенная концентрация ячеек позволяет снизить потери тепла;
• удельный вес материала. Плотность бетонного массива влияет на его структуру и, соответственно, на интенсивность процесса теплообмена. При возрастании плотности материала увеличивается степень теплопередачи и возрастает объем тепловых потерь;
• концентрация влаги в бетонных стенах. Бетонный массив, имеющий пористую структуру, гигроскопичен. Частицы влаги, которые по капиллярам просачиваются вглубь бетона, заполняют воздушные поры и ускоряют тем самым процесс теплопередачи.

Выполняя расчеты необходимо учитывать, что с уменьшением влажности материала снижается степень теплопроводимости, и теряется меньшее количество тепла. Применение пористого заполнителя позволяет снизить потери тепла и обеспечить комфортный микроклимат помещения. Стройматериалы с низкой теплопроводностью целесообразно использовать для теплоизоляционных целей. Зная зависимость теплопроводности бетона от его характеристик можно выбрать оптимальный вид материала для постройки стен.

Коэффициент теплопроводности железобетона

Способность материалов проводить тепло

По сути, это свойство любого материала пропускать через свою структуру тепло. И чем больше тепловой энергии проходит, тем выше теплопроводность. Для того чтобы сохранить температуру внутри дома, необходимы стройматериалы с низким коэффициентом.

Критерии зависимости

К второстепенным относят влажность бетонной конструкции, температуру окружающей среды, качественное состояние самого бетона.

Теплопроводность бетона и утепление зданий

Решение о теплоизоляции стен возводимых зданий принимается в зависимости от того, из каких видов бетона производится сооружение стен. Бетонные изделия делятся на следующие виды:

• конструкционные, применяемые для капитальных стен. Отличаются повышенной нагрузочной способностью, увеличенной плотностью, а также способностью ускоренными темпами проводить тепло;
• теплоизоляционные, используемые в ненагруженных конструкциях. Характеризуются уменьшенным удельным весом, ячеистой структурой, благодаря которой снижается теплопроводность стен.

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты
Для поддержания комфортной температуры в помещении можно возводить стены из различных видов бетона. При этом толщина стен будет существенно изменяться. Одинаковый уровень теплопроводности капитальных стен обеспечивается при следующей толщине:

• пенобетон – 25 см;
• керамзитобетон – 50 см;
• кирпичная кладка – 65 см.

Для поддержания благоприятного микроклимата, в рамках мероприятий по энергосбережению, выполняется теплоизоляция строительных конструкций. На стадии разработки проекта специалисты определяют возможные пути потери тепла и выбирают оптимальный вариант утеплителя.

Сравнительный график коэффициентов теплопроводности некоторых строительных материалов и утеплителей

Основной объем тепловых потерь происходит из-за недостаточно эффективной теплоизоляции следующих частей здания:

• поверхности пола;
• капитальных стен;
• кровельной конструкции;
• оконных и дверных проемов.

При профессиональном подходе и выборе эффективных утеплителей можно сделать свой дом более комфортным, а также сэкономить значительный объем денежных средств на отоплении.

Теплопроводность пенопласта от 50 мм до 150 мм считаем теплоизоляцию

Пенополистирольные плиты, именуемые в просторечье пенопласт – это изоляционный материал, как правило, белого цвета. Изготавливают его из полистирола термального вспучивания. На вид пенопласт представлен в виде небольших влагостойких гранул, в процессе плавления при высокой температуре выплавляется в одно целое, плиту. Размеры частей гранул считаются от 5 до 15 мм. Выдающаяся теплопроводность пенопласта толщиной 150 мм, достигается за счет уникальной структуры – гранул.

У каждой гранулы есть огромное количество тонкостенных микро ячеек, которые в свою очередь во много раз повышают площадь соприкосновения с воздухом. Можно с уверенность сказать, что пенопласт практически весь состоит из атмосферного воздуха, приблизительно на 98%, в свою очередь этот факт являет собой их предназначение – теплоизоляция зданий как снаружи, так и внутри.

Всем известно, еще из курсов физики, атмосферный воздух, является основным изолятором тепла во всех теплоизоляционных материалах, находится в обычном и разреженном состоянии, в толще материала. Тепло-сбережение, основное качество пенопласта.

Как было сказано раньше, пенопласт практически на 100% состоит из воздуха, а это в свою очередь определяет высокую способность пенопласта сохранять тепло. А связанно это с тем, что у воздуха самая низкая теплопроводность. Если посмотреть на цифры, то мы увидим, что теплопроводность пенопласта выражена в промежутке значений от 0,037Вт/мК до 0,043Вт/мК. Это можно сопоставить с теплопроводность воздуха — 0,027Вт/мК.

В то время как теплопроводность популярных материалов, таких как дерево (0,12Вт/мК), красный кирпич (0,7Вт/мК), керамзитная глина (0,12 Вт/мК) и других, используемых для строительства, намного выше.

Поэтому самым эффективным материалом из немногих для теплоизоляции наружных и внутренних стен здания принято считать пенопласт. Затраты на отопление и охлаждение жилых помещений значительно сокращаются благодаря применению пенопласта в строительстве.

Превосходные качества пенополистирольных плит нашли свое применение и в других видах защиты, например: пенопласт, так же служит для защиты от промерзания подземных и наружных коммуникаций, за счет чего их эксплуатационный срок увеличивается в разы. Пенопласт применяют и в промышленном оборудовании (холодильные машины, холодильные камеры) и в складских помещениях.

Как производится расчет с учетом коэффициента теплопроводности бетона

Для поддержания комфортной температуры и снижения теплопотерь несущие стены современных зданий выполняются многослойными и включают капитальные конструкции, теплоизоляционные материалы, отделочные покрытия. Каждый слой сэндвича имеет определенную толщину.

Решая задачу по расчету толщины теплоизолятора, необходимо использовать формулу расчета теплового сопротивления – R=p/k, которая расшифровывается следующим образом:

• R – величина температурного сопротивления;
• p – значение толщины слоя, указанное в метрах;
• k – коэффициент теплопроводности железобетона, бетона или другого материала, из которого изготовлены стены.

Используя данную зависимость можно самостоятельно выполнить расчет, используя обычный калькулятор. Для этого необходимо разделить толщину строительной конструкции на коэффициент теплопроводимости бетона или другого материала. Рассмотрим пример расчета для стен толщиной 0,3 метра, возведенных из газобетона с удельным весом 1000 т/м3 и степенью теплопроводности, равной 0,31.

Алгоритм вычислений:

• Рассчитайте термосопротивление, разделив толщину стен на коэффициент теплопроводности – 0,3:0,31=0,96.
• Отнимите полученный результат от предельно допустимого для определенной климатической зоны – 3,28-0,96=2,32.

Перемножив коэффициент теплопроводности утеплителя на величину термического сопротивления, получим в результате требуемый размер слоя. Например, толщина листового пенопласта с коэффициентом теплопроводности 0,037 составит – 0,037х2,32=0,08 м.

Какая конструкция стены самая теплая? Сравнение теплопроводности стен

Здравствуйте! На связи архитектурно-дизайнерская компания Pragmatica. Сегодня мы сравним конструкции стен по теплопроводности и выберем самую энергоэффективную!

В конце статьи приведено сравнение платы за отопление при различных конструкциях стены

Климатические параметры расчета:

Регион строительства: Москва

• Температура холодной пятидневки с обеспеченностью — 0.92-25˚С
• Продолжительность отопительного периода — 205 суток
• Средняя температура воздуха отопительного периода — -2. 2˚С
• Относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца — 83%
• Условия эксплуатации помещения — Б
• Количество градусо-суток отопительного периода (ГСОП) — 4551°С•сут

Теплопроводность бетона: таблица, коэффициент теплопередачи

Часто домашнему мастеру приходится выбирать материалы для постройки или обновления сооружений, поэтому важно обращать внимание на различные характеристики. Теплопроводность бетона — одна из них. Это свойство может отличаться у разных видов. В основном на теплопроводность влияет тип наполнителя. Чем легче материал, тем выше у него теплоизоляция, а чем тяжелее деталь — тем она прочнее.

Определение теплопроводности

При возведении различных зданий и сооружений используются разные материалы. Из-за довольно сурового климата чаще всего приходится проводить дополнительное утепление. Например, при возведении жилых помещений используются специальные изоляторы, поддерживающие комфортную для проживания температуру. Поэтому при выборе стройматериалов в обязательном порядке необходимо обратить внимание на их теплоизоляционные свойства.

Теплопроводность — это способность тела передавать энергию от более нагретых частей менее нагретым. Процесс может протекать как в твердых частях детали, так и в его порах. В твердых частях — это кондукция, в порах — конвекция. Материал быстрее остывает в его твердых частях. В порах же застаивается воздух, вследствие чего материал дольше держит тепло.

Зависимость от различных показателей

Теплоизоляционные характеристики бетона, кирпича, гипсокартона, дерева и многих других стройматериалов зависят от ряда параметров. Например:

• Влаги.
• Пористости.
• Плотности.

Чем больше пор в детали, тем она теплее, а тяжелый стройматериал — прочнее. В современных условиях строительства используются различные типы материала. Но их условно можно поделить на два основных — это тяжелые и легкие пенистые типы.

Тяжелый сорт бетона тоже можно разделить на два вида: тяжелые и особо тяжелые. Для усиления прочности во второй вид добавляют различные наполнители — магнетит, металлический скреп, барит и др. Особо тяжелый бетон применяется при строительстве объектов, нуждающихся в защите от радиации. Плотность материала в этой категории начинается от 2500 кг/куб. м.

Обычный тяжелый бетон изготавливают с добавлением гранита, диабаза, известняка, на основе горного щебня. Плотность материала здесь варьируется от 1500 до 2500 кг/куб. м.

Легкий сорт бетона тоже можно поделить на две группы. Довольно часто в строительных работах используют виды на базе пористого наполнителя, в роли которого выступают шлак, керамзит, пемза и др.

Для изготовления второй группы применяется обычный наполнитель, который вспенивается в процессе замеса. В итоге получается материал с очень большим количеством пор.

Теплоизоляция легкого бетона, конечно же, высокая, но вот прочность гораздо ниже тяжелого. Применяются такие стройматериалы при сооружении зданий, которые не подвергаются серьезным перегрузкам.

Ячеистый бетон можно разделить по назначению:

• Теплоизолирующий (плотностью до 800 кг/куб.м).
• Конструкционно-теплоизолирующий (плотность до 1350 кг/куб. м).
• Конструкционный (до 1850 кг/куб.м).

Теплоизоляционные блоки чаще всего применяют для утепления стен, которые возводили из кирпича или цементного раствора. Кроме того, из такого бетона можно соорудить небольшие ограждающие конструкции.

К конструкционно-теплоизолирующим и просто конструкционным видам можно отнести керамзитобетон, шлакопемзобетон, пенобетон и др. Их можно использовать в качестве теплоизоляционного и строительного материала.

Влияние влаги

В строительных кругах известно утверждение, что сухие стройматериалы изолируют тепло гораздо лучше влажных. Объясняется это довольно-таки высокой степенью теплопроводности воды. Стены, потолки, полы защищены от холода благодаря порам в стройматериале, заполненным воздухом. При воздействии с влагой воздух вытесняется. Это приводит к повышению коэффициента теплопередачи бетона.

В холодный сезон влага, попавшая в материал, замерзает, что приводит к еще более печальным последствиям. Степень подверженности материала к проницаемости влагой у разных марок может быть отличной друг от друга.

Коэффициент теплопроводности бетона и железобетона составляет 0,18−1,75 Вт/м*К. Таблица теплопроводности бетона и других материалов:

Кирпич как изолятор

Для сопоставления свойств теплопроводности можно сравнить бетон и кирпич. По прочностным свойствам кирпич ничуть не уступает своему собрату, а иногда и превосходит его. То же самое можно сказать и про плотность. Современные виды кирпича, используемые в строительных работах, можно разделить на силикатный и керамический. Те, в свою очередь, могут быть полнотелыми, пустотелыми и щелевыми.

Таким образом, теплоизоляция кирпича и бетона идентична. Что силикатный кирпич, что керамический держат тепло довольно слабо. Это значит, что сооружения необходимо дополнительно утеплять. Изоляторами как в кирпичных, так и бетонных зданиях служат чаще всего пенополистирол и минеральная вата.

Анализ тепловых характеристик железобетонной конструкции перекрытия с системой лучистого обогрева пола в многоквартирном доме

На этой странице

1. Введение

В Корее многоквартирные дома занимают самую высокую долю в 86,4% жилых зданий. Многоквартирные дома составляют более 50% всех типов жилья, и с 1990-х годов для эффективного использования относительно небольшой площади земли (99 373  км ² ) строятся высотные многоквартирные дома выше 15, а иногда и 30 этажей. Корея с высокой плотностью населения [1]. Несколько домохозяйств живут по соседству друг с другом, разделенные только стеной или полом. Поскольку домохозяйства в квартирах разделены единой железобетонной плитой, ударный звук пола и тепловые потери сверху могут легко передаваться домохозяйству, находящемуся внизу, и наружу дома. Так что есть много проблем, связанных с тепловыми характеристиками и звукоизоляцией. В частности, звук удара о пол раздражает жильцов и вызывает много жалоб в жилых домах, например, в квартирах. Энергия на подогрев помещений и воды является самым большим энергопотреблением в жилых домах.

Конструкция железобетонных полов с системой лучистого обогрева пола (ONDOL) традиционно использовалась для жилых зданий в Корее [2, 3]. Эта железобетонная (ЖБ) конструкция пола состоит из железобетонной плиты, изоляционного слоя с упругими материалами, слоя лучистого обогрева пола, теплоаккумулирующего слоя и материалов для отделки пола. Горячая вода от бойлера подается в пластиковую трубу в слое теплого пола под поверхностью пола. Горячая вода циркулирует по встроенной пластиковой трубе, нагревающей пол для обогрева помещения. Установка упругих материалов между бетонной плитой и слоем лучистого теплого пола в системе лучистого теплого пола известна как самый популярный метод снижения ударного шума пола и потерь тепла в корейских многоквартирных домах. Обычно толщина упругих материалов составляет 10–20 мм.

Использование упругих материалов в системах обогрева пола тесно связано с уменьшением ударного шума пола и потерь тепловой энергии. В Корее теплоизоляционные характеристики ограждающих конструкций просто включают толщину изоляционных материалов и свойства теплопередачи систем стен и перекрытий по регионам [4, 5]. Конструкция пола в многоквартирных домах должна иметь определенные характеристики ударного шума пола (легкий ударный звук составляет 58 дБ или менее, а тяжелый ударный звук составляет 50 дБ или менее) и термическое сопротивление (1,23 м 9 ).0007 2 К/Вт). В предыдущем исследовании Kim et al. [1] опубликовали исследование, в котором утверждается, что по мере снижения динамической жесткости упругих материалов уровень ударного шума пола также снижается в системе обогрева пола. Была выявлена ​​корреляция между динамической жесткостью и громким ударным звуком. Чон и др. [6] измерили теплопроводность и плотность упругих материалов и изучили их корреляцию. Но не было проведено ни одного исследования, в котором пытались бы проанализировать теплопередачу железобетонной конструкции пола с системой лучистого обогрева пола как тепловое свойство упругих материалов.

Было проведено несколько исследований влияния теплопередачи и методов ее анализа в области строительной энергетики. Сонг [2] рекомендовал, чтобы материалы для отделки пола над системой обогрева пола в Корее выбирались по тепловому потоку, исходя из тепловой нагрузки и должны быть термофизиологически комфортными. Ли и др. [3] опубликовали исследование о том, что тонкие панели пола с повышенной тепловой эффективностью в системе лучистого обогрева пола обеспечивают снижение энергопотребления на 7,2% по сравнению с обычными деревянными панелями пола в многоквартирном доме. Лю и др. [7] разработали двухтеплообменную модель существующего процесса теплообмена для внутриплитного теплого пола. В исследовании Jin et al. В [8] представлен метод расчета температуры поверхности пола в системе лучистого напольного отопления/охлаждения на основе численной модели. Ларби [9] представлены регрессионные модели коэффициента теплопередачи для трех типов стен здания (перекрытие плита-на-грунт-стена, соединение пол-стена и соединение крыша-стена) двумерных тепловых невест. Теодосиу и Пападопулос [10] рекомендовали, чтобы тепловые мосты не учитывались при расчете энергопотребления зданий; фактические тепловые потери в таких зданиях до 35 % превышают первоначально рассчитанные. Сонг и др. [11] проанализировали влияние теплопередачи через тепловой мост стыка стена-плита на годовые потери тепла многоквартирными домами с помощью трехмерного имитационного моделирования нестационарного теплообмена. Кайнакли [12] провел исследование влияния различных параметров на оптимальную толщину изоляции для наружных стен с учетом экономии затрат и энергии.

В этом исследовании изучается теплопроводность упругих материалов, используемых в железобетонных конструкциях полов с системами лучистого обогрева полов в Корее, и проводится анализ теплопередачи систем полов в соответствии с теплопроводностью упругих материалов в многоквартирных домах.

2. Материалы и методы

2.1. Подготовка образцов

Эластичные материалы, используемые в настоящее время в Корее, изготавливаются из вспененного полистирола (EPS), вспененного полипропилена (EPP), уретановых рядов, сополимера этилена и винилацетата (EVA), полиэтилена (PE), стекловаты (GW), минеральная вата (МВ), экструдированный полистирол (ЭПС), экструдированные полиэфирные волокна и другие композиционные материалы [1, 5]. Упругим материалом, который использовался для измерений в этом исследовании, был пенополистирол (EPS), который широко используется в Южной Корее в качестве строительного изоляционного материала. Пенополистирол — это термопласт, который изготавливается путем сплавления мелких шариков материалов. Обычно он белого цвета и изготавливается из гранул предварительно вспененного полистирола. Это жесткая и прочная структура с закрытыми ячейками, достаточно прочная для использования во многих приложениях [13].

В этом исследовании были собраны упругие материалы из пенополистирола, которые продавались на рынке строительных материалов Южной Кореи с 2008 по 2010 год. . В этом исследовании были изготовлены образцы для испытаний, размеры которых составляли 300 × 300 мм на плоской доске, а их толщина составляла 20 мм, 30 мм, 50 мм и 90 мм. Для каждой толщины испытывали по три образца. Им давали стабилизировать гидротермические условия при лабораторной температуре (20°С) в течение 3 дней. Все испытательные образцы были протестированы через 3 дня в этом исследовании.

Исследование под микроскопом проводилось с использованием поляризационного микроскопа для фотографирования состояния поверхности испытуемого образца. Мы наблюдали за состоянием поверхности и формой ячеек пенопласта из эластичного пенополистирола. Микроскопическое изображение типичного пенополистирола показано на рисунке 1. Как показано на этом рисунке, эластичный материал EPS имеет гладкую поверхность, однородную структуру и структуру с закрытыми порами. Эта структура с закрытыми ячейками действует как теплоизолятор.

2.2. Экспериментальный тест

Методы измерения, применяемые для испытания теплопроводности в этом исследовании, включают Метод KS L 9016 [14] для измерения теплопроводности изолятора и ISO 8301 [15]. Измерения проводились методом теплового расходомера (HFM, рис. 2(а)). Средняя температура для измерения теплопроводности составляла 20 ± 1°C. Результатом измерения значения теплопроводности было среднее значение трех образцов одинаковой толщины. Объем и вес образцов измеряли цифровым микрометром (рис. 2(б)) с разрешением 0,001 мм, а кажущуюся плотность измеряли цифровыми весами (рис. 2(в)) с разрешением 0,001 г. Кажущаяся плотность может быть определена по весу на единицу объема, если испытуемый образец включает кожицу во время производства. Во время проведения эксперимента испытательное оборудование и образцы находятся в условиях окружающей среды при температуре 23 ± 2°C и относительной влажности 50 ± 5 %.

2.3. Численное моделирование

Конфигурация материалов конструкции пола была смоделирована на основе типичного пола [4, 16], применимого к большинству домов в Южной Корее. Типичная железобетонная конструкция пола дома состоит из четырех слоев: отделочный слой, слой обогрева, слой изоляции и слой конструкции. Нагревательный слой имеет слой накопления тепла и трубу горячей воды в виде пластиковой трубы. Для этого численного моделирования конструкциями пола были пол из ПВХ (  мм), цементный раствор (  мм), труба горячего водоснабжения, легкий бетон (  мм), упругий материал (  мм) и железобетонная плита толщиной 210  мм. Для обогрева помещения была установлена ​​труба диаметром 15 мм с узким шагом 230 мм в цементном растворе толщиной 40 мм. Геометрическая модель и конфигурация материала представлены на рисунке 3. В таблице 1 показаны тепловые характеристики каждого конструкционного материала. Как показано в таблице 1, значение теплопроводности упругого материала было получено по результатам эксперимента, проведенного в данном исследовании.

Для анализа тепловых характеристик напольных систем использовалось программное обеспечение Physibel, поскольку оно способно проводить анализ теплопередачи в установившемся режиме. Программа Physibel TRISCO предназначена для моделирования теплообмена с упором на строительную физику [17]. Данная программа позволяет рассчитывать трехмерный (3D) установившийся теплообмен, основанный на методе конечных разностей в объектах, описываемых прямоугольной сеткой. Таким образом, он рассчитывает распределение теплового потока и температуры в стационарных условиях с помощью сетки сетки. Эта программа позволяет проводить моделирование, полностью соответствующее стандарту EN ISO 10211-1 [18]. На Рисунке 3(b) показана имитационная модель, а на Рисунке 3(c) показан вертикальный разрез швов внешней стены-железобетонного пола и материалов конструкции. Моделирование проводилось на основе модели размерностью 2,0 м (высота) × 1,2 м (ширина) × 1,0 м (глубина), которая определяет средний этаж многоквартирного дома в Корее. Трехмерное моделирование нестационарного теплообмена выполнялось с интервалом временного шага 30 минут. Параметры расчета для моделирования приведены в таблице 2.

Граничные условия задаются как температуры поверхности на внешней и внутренней границах, а адиабатическое условие задается на периферии стены и пола. Материалы каждого слоя в этом исследовании однородны, а параметры свойств остаются постоянными. Температуры окружающей среды были выбраны в соответствии с фактической температурой наружного воздуха (°C) и температурой обогрева помещения (°C) в зимний сезон в Южной Корее. Температура горячей воды составляла 60°С, которая поступала в трубу горячей воды в слое обогрева половой системы. Скорость горячей воды в трубе устанавливалась равной 3 л/мин. Заданная температура для обогрева помещения составляла 20°C. Все факторы внешней среды контролировались при идеальных тепловых и физиологических условиях.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Плотность и теплопроводность упругого материала EPS

Измеренная кажущаяся плотность упругих материалов EPS варьировалась от 9,5 до 63,0 кг/м ³ , а теплопроводность варьировалась от 0,030 до 0,046 Вт/(м·K). Рисунок 4 иллюстрирует корреляцию между теплопроводностью и кажущейся плотностью. Как показано на рисунке 4, измеренная теплопроводность и плотность демонстрируют линейную корреляцию, где теплопроводность и плотность упругих материалов EPS. На этой пунктирной линии взрывчатые вещества имеют коэффициент корреляции 0,786. Результаты эксперимента показали тесную корреляцию между кажущейся плотностью и теплопроводностью. По мере увеличения плотности упругих материалов из пенополистирола теплопроводность имеет тенденцию к пропорциональному снижению. Полученная пунктирная линия имела наклон, который быстро уменьшался в сторону высокой плотности.

На основании этих результатов было установлено, что плотность является важным фактором тепловых свойств упругих материалов, которые используются в системах перекрытий жилых зданий. Для предотвращения больших потерь тепла из системы перекрытий из-за разной температуры в помещении и на улице, строительные изоляционные материалы необходимо выбирать, исходя из соотношения плотности и теплопроводности. Но при одной и той же плотности теплопроводность менялась из-за других факторов, влияющих на тепловые свойства, то есть физической структуры ячеек материалов, меняющейся в зависимости от способа изготовления, размеров и типа внутренних воздушных зазоров, лучистого тепловыделения. скорость потока и так далее.

3.2. Характеристики теплопередачи

Численное моделирование было проведено для исследования влияния и характеристик теплопередачи системы лучистого обогрева пола на основе теплопроводности эластичного материала. В методе моделирования использовалось стационарное условие модели теплового баланса, основанное на самой низкой внешней температуре окружающей среды, а значения теплопроводности упругого материала EPS были максимальным, минимальным, средним и медианным.

Таблица 3 и рисунок 5 суммируют результаты численного моделирования. Как показано в Таблице 3, на количество тепловых потерь в каждом случае влияли тепловые свойства упругого материала EPS. Поскольку теплопроводность эластичного материала EPS увеличилась в 1,6 раза, теплопотери системы теплого пола увеличились на 3,4%. На рис. 5 показано распределение температуры и характер теплового потока при самой низкой температуре наружного воздуха. Из рис. 5 видно, что потери тепла происходили из трубы теплоносителя в системе лучистого теплого пола, которая предназначалась для обогрева помещения во внешней конструкции. Потери тепла происходили в стыке ж/б пола и наружной стены. Причиной этих потерь тепла является тепловой мост железобетонной конструкции пола в многоквартирном доме. Зависимость от теплопроводности эластичного материала EPS была снижена, а теплоизоляционные характеристики пола повышены. Поскольку коэффициент теплового потока через стык стены и пола снижается по направлению к внешней стене, потери тепла уменьшаются. Понятно, что теплопроводность упругого материала железобетонной конструкции пола с системами лучистого обогрева пола в многоквартирных домах Кореи может быть важным фактором.

В Корее многоквартирные дома должны соответствовать нормам энергоэффективности зданий для энергосбережения и звукоизоляции. Этот код требует, чтобы железобетонная конструкция пола с системой лучистого обогрева пола имела значение тепловых характеристик меньше или равное 0,81 Вт/(м ² ·K). Теплопроводность упругого материала EPS в конструкции пола должна быть менее 0,031 Вт/(м·K), как в данном исследовании. Когда теплопроводность упругого материала EPS более 0,31 Вт/(м·K) как в случае корпуса, так и в корпусе, толщина упругого материала EPS также должна быть более 20 мм. Корпус ( W/(m·K)) должен иметь толщину 24 мм, а корпус ( W/(m·K)) должен иметь толщину более 30 мм, чтобы сохранить код конструкции.

4. Выводы

Рассмотрены изменения теплопроводности репрезентативных упругих материалов пенополистирола в зависимости от их кажущейся плотности. Из результатов получаем эмпирическую формулу, которая имеет корреляцию между теплопроводностью и плотностью. Чтобы установить разумные требования к теплоизоляции для систем лучистого обогрева пола из железобетона, необходимо выяснить свойство теплопередачи систем пола в соответствии с показателями теплоизоляции. Таким образом, моделирование теплопередачи было выполнено для анализа температуры поверхности и тепловых потерь конструкции пола с системой лучистого обогрева пола.

Эластичные материалы из пенополистирола; по мере увеличения плотности теплопроводность имеет тенденцию к снижению. Результаты эксперимента показали корреляционное выражение между теплопроводностью и плотностью, что позволило определить адекватные изоляционные материалы и их теплопроводность для строительного энергетического кодекса. При установке изоляционных материалов в стенах, полах и крышах здания для предотвращения теплопотерь и снижения шума в зданиях материалы должны использоваться с учетом не только физических свойств материалов, но и их тепловых свойств [6]. ]. Исследование показало, что проводимость упругих материалов в железобетонной конструкции пола с системой лучистого обогрева пола влияет на энергосбережение.

Тепловые характеристики играют важную роль в теплопотерях здания. Относительная важность тепловых мостов возрастает в энергетическом балансе современных зданий с высокой изоляцией [19]. Результаты моделирования показали, что температуры внешней поверхности и внутренней поверхности стыковочных частей мостовой части и нормальной части существенно различаются в конструкции пола. Таким образом, упругие материалы на трубе горячей воды в системе лучистого обогрева пола являются важным моментом не только для снижения уровня ударного шума пола, но и для предотвращения потерь тепла на обогрев помещений.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Каталожные номера

1. К.-В. Ким, Г.-К. Чон, К.-С. Ян и Ж.-Ю. Зон, «Корреляция между динамической жесткостью упругих материалов и уровнем снижения ударного шума тяжелого веса», Building and Environment , vol. 44, нет. 8, стр. 1589–1600, 2009.

   Посмотреть по адресу:
   Сайт издателя | Академия Google

2. Г.-С. Сонг, «Реакция ягодиц на контакт с отделочными материалами системы подогрева пола ONDOL в Корее», Energy and Buildings , vol. 37, нет. 1, стр. 65–75, 2005 г.

   Посмотреть по адресу:
   Сайт издателя | Google Scholar

3. С. Ли, Дж. Джу и С. Ким, «Энергия жизненного цикла и анализ затрат на тонкие панели напольного покрытия с повышенной тепловой эффективностью», Журнал азиатской архитектуры и строительной техники , том. 14, нет. 2015. Т. 1. С. 167–173.

   Посмотреть по адресу:
   Сайт издателя | Google Scholar

4. Министерство строительства и транспорта Кореи (MOCT), Кодекс энергопотребления в зданиях Кореи (уведомление MOCT № 2010-1031) , правительство Кореи, Сеул, Республика Корея, 2010 г.

5. Корейский институт строительных технологий (KICT), Разработка системы проектирования и строительства теплоизоляции здания , KICT, Коян-си, Республика Корея, 1997.

6. Ю.-С. Чон, Х.-Дж. Чой, К.-В. Ким, Г.-С. Чой, Ж.-С. Канг и К.-С. Ян, «Исследование теплопроводности упругих материалов», Thermochimica Acta , vol. 490, нет. 1–2, стр. 47–50, 2009 г.

   Посмотреть по адресу:
   Сайт издателя | Google Scholar

7. Ю. Лю, Д. Ван и Дж. Лю, «Исследование процесса теплопередачи для пола с подогревом в плите», Building and Environment , vol. 54, стр. 77–85, 2012.

   Посмотреть по адресу:
   Сайт издателя | Google Scholar

8. X. Jin, X. Zhang и Y. Luo, «Метод расчета температуры поверхности пола в системе лучистого пола», Energy and Buildings , vol. 42, нет. 10, стр. 1753–1758, 2010.

   Посмотреть по адресу:
   Сайт издателя | Google Scholar

9. А. Б. Ларби, «Статистическое моделирование теплопередачи для тепловых мостов зданий», Energy and Buildings , vol. 37, нет. 9, стр. 945–951, 2005.

   Посмотреть по адресу:
   Сайт издателя | Google Scholar

10. Т. Г. Теодосиу и А. М. Пападопулос, «Влияние тепловых мостов на энергопотребление зданий с конструкциями из двойных кирпичных стен», Energy and Buildings , vol. 40, нет. 11, стр. 2083–2089, 2008.

    Посмотреть по адресу:
    Сайт издателя | Google Scholar

11. С.-Ю. Песня, Б.-К. Ку и Б.-Х. Чой, «Изоляционные характеристики типовых стыков перекрытий стен и боковых стен многоквартирных домов с системами внутреннего и наружного утепления», Журнал Архитектурного института Кореи , том. 24, pp. 277–285, 2008.

    Просмотр по адресу:
    Google Scholar

12. Кайнакли О. Параметрическое исследование оптимальной толщины теплоизоляции наружных стен. 4, нет. 6, стр. 913–927, 2011.

    Посмотреть по адресу:
    Сайт издателя | Google Scholar

13. К. Гудье, «Изготовление и использование вспененного пластика», New Scientist , vol. 240, стр. 706–707, 1961.

    Посмотреть по адресу:
    Google Scholar

14. Корейская ассоциация стандартов (KSA), KS L 9016:2005 Метод измерения теплопроводности изоляции , Корейская ассоциация стандартов (KSA), Сеул, Республика Корея, 2005.

15. ISO, «Теплоизоляция — определение стационарного термического сопротивления и связанных с ним свойств — прибор для измерения теплового потока», ISO 8301, Международная организация по стандартизации, 1991.

    Посмотреть по адресу:
    Google Scholar

16. Министерство строительства и транспорта Кореи (MOCT), «Разрешение Кореи на систему изоляции и правила управления для шума от ударов пола в многоквартирных домах», MOCT Notification 2009-1217, корейский Правительство, Сеул, Республика Корея, 2009 г.

    Посмотреть по адресу:
    Google Scholar

17. Physibel, Программное обеспечение Physibel, 2014 г., http://www.physibel.be/.

18. ISO, «Тепловые мосты в строительстве зданий — тепловые потоки и температуры поверхности — часть 1: общие методы расчета», ISO 10211-1, Международная организация по стандартизации, 1995 г.

    Посмотреть по адресу:
    Google Scholar

19. характеристика мосты холода в стенах сборных зданий», Преобразование энергии и управление , том. 51, нет. 12, стр. 2869–2877, 2010.

    Посмотреть по адресу:
    Сайт издателя | Академия Google

Copyright

Copyright © 2015 Ён-Сан Чжон и Хэ-Квон Чжон. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Исследование теплопроводности железобетонной плиты

Главная Прикладная механика и материалы Прикладная механика и материалы Vols. 438-439 Исследование теплопроводности армированных…

Предварительный просмотр статьи

Резюме:

Методом теплосчетчика экспериментально исследована теплопроводность железобетона для энергосберегающего проектирования железобетонной композитной стены как ограждающей конструкции. Стальные стержни располагались как горизонтальные односторонние, горизонтальные двусторонние и вертикальные в железобетонных плитах с различным соотношением объемов арматуры.

Доступ через ваше учреждение

Вас также могут заинтересовать эти электронные книги

Рекомендации

[1] Чжао С.

Академия Google

[2] Чжао С., С. Чжао, С. Ян и С. Ма: Advanced Materials Research Vols. 123–125 (2010), стр. 843–846.

Академия Google

[3] Чжао С., Ф. Ли и С. Ян: Advanced Materials Research Vols. 152–153 (2011), стр. 395–398.

Академия Google

[4] Инкропера Ф. П., Д. П. Девитт, Основы тепло- и массообмена, 6-е издание, John Wiley & Sons, Inc., Нью-Йорк, (1979).

Академия Google

[5] Бьянки А., Ю. Фотрель, Дж. Этай, Термические переводы, Политехнический пресс и романские университеты, Лозанна, (2004).

Google Scholar

[6] GB/T 10295—2008, Теплоизоляция — Определение стационарного теплового сопротивления и связанных с ним свойств — Устройство для измерения теплового потока, China Standards Press, Пекин, (2008).

Академия Google

[7] Максвелл Дж. К., Трактат об электричестве и магнетизме, 3-е издание, Dover Publication, Нью-Йорк, (1954).

Академия Google

[8] Bruggeman DAG: Annalen der Physik, № 24 (1935), стр. 636–664.

Академия Google

[9] Гамильтон Р.Л. и Кроссер О.К.: Основы промышленной и инженерной химии, тома. 1 (1962), стр. 187-191.

Академия Google

[10] Агари.