Одним із прийомів, що підвищують теплоізоляційні якості огорож, є пристрій повітряного прошарку. Її використовують в конструкціях зовнішніх стін, перекриттів, вікон, вітражів. У стінах і перекриттях її застосовують і для попередження перезволоження конструкцій.
Повітряний прошарок може бути герметичною або вентильованого.
Розглянемо теплопередачу герметичній повітряного прошарку.
Термічний опір повітряного прошарку Ral не можна визначати як опір теплопровідності шару повітря, так як перенесення тепла через прошарок при різниці температур на поверхнях відбувається, в основному, шляхом конвекції і випромінювання (рис.3.14). Кількість тепла,
переданого шляхом теплопровідності, мало, так як малий коефіцієнт теплопровідності повітря (0,026 Вт / (м × ° С)).
У прошарках, в загальному випадку, повітря знаходиться в русі. У вертикальних - він переміщається вгору уздовж теплою поверхні і вниз - уздовж холодної. Має місце конвективний теплообмін, і його інтенсивність зростає зі збільшенням товщини прошарку, оскільки зменшується тертя повітряних струменів об стінки. При передачі тепла конвекцією долається опір прикордонних шарів повітря у двох поверхонь, тому для розрахунку цієї кількості тепла коефіцієнт тепловіддачі # 945; до слід зменшити вдвічі.
Для опису теплопереносу спільно конвекцією і теплопровідністю зазвичай вводять коефіцієнт конвективного теплообміну # 945; 'к. рівний
де # 955; a і # 948; al - коефіцієнт теплопровідності повітря і товщина повітряного прошарку, відповідно.
Цей коефіцієнт залежить від геометричної форми і розмірів повітряних прошарків, напрямку потоку тепла. Шляхом узагальнення великої кількості експериментальних даних на основі теорії подібності М.А.Міхеев встановив певні закономірності для # 945; 'к. У таблиці 3.5 наведено приклади значення коефіцієнтів # 945; 'к. розраховані їм при середній температурі повітря у вертикальній прошарку t = + 10º С.
Коефіцієнти конвективного теплообміну в вертикальної повітряному прошарку
Товщина вертикальної прошарку, м
Коефіцієнт конвективного теплообміну в горизонтальних повітряних прошарках залежить від напрямку теплового потоку. Якщо верхня поверхня нагріта більше, ніж нижня, руху повітря майже не буде, так як тепле повітря зосереджений вгорі, а холодний - внизу. Тому досить точно буде виконуватися рівність
Отже, конвективний теплообмін істотно зменшується, а термічний опір прошарку збільшується. Горизонтальні повітряні прошарки ефективні, наприклад, при їх використанні в утеплених цокольних перекриттях над холодними підпілля, де тепловий потік спрямований зверху вниз.
Якщо потік тепла спрямований знизу вгору, то виникають висхідні і низхідні потоки повітря. Передача тепла конвекцією грає істотну роль, і значення # 945; 'до зростає.
Для врахування дії теплового випромінювання вводиться коефіцієнт променистого теплообміну # 945; л (Глава 2, п.2.5).
Користуючись формулами (2.13), (2.17), (2.18) визначимо коефіцієнт теплообміну випромінюванням # 945; л в повітряному прошарку між конструктивними шарами цегельної кладки. Температури поверхонь: t1 = + 15 ° С, t2 = + 5 ° С; ступінь чорноти цегли: # 949; 1 = # 949; 2 = 0,9.
За формулою (2.13) знайдемо, що # 949; = 0,82. температурний коефіцієнт # 952; = 0,91. тоді # 945; л = 0,82 # 8729; 5,7 # 8729; 0,91 = 4,25 Вт / (м 2 × ° С).
величина # 945; л набагато більше # 945; 'к (див табл.3.5), отже, основна кількість тепла через прошарок переноситься випромінюванням. Для того, щоб зменшити цей тепловий потік і збільшити опір теплопередачі повітряного прошарку, рекомендують використовувати відбивну ізоляцію, тобто покриття однієї або обох поверхонь, наприклад, алюмінієвою фольгою (так зване «армування»). Таке покриття зазвичай влаштовують на теплій поверхні, щоб уникнути конденсації вологи, погіршує відбивні властивості фольги. «Армування» поверхні зменшує променистий потік приблизно в 10 разів.
Рекомендується розташовувати повітряні прошарки ближче до зовнішньої сторони огорожі, так як при цьому знижується температура, а значить, # 952; і # 945; л.
Термічний опір герметичній повітряного прошарку при постійній різниці температур на її поверхнях визначається за формулою
Термічний опір замкнутих повітряних прошарків
Товщина повітряного прошарку, м
Значення Ral для замкнутих плоских повітряних прошарків наведені в таблиці 3.6. До них можна віднести, наприклад, прошарку між шарами з щільного бетону, який практично не пропускає повітря. Експериментально показано, що в цегляній кладці при недостатньому заповненні швів між цеглинами розчином має місце порушення герметичності, тобто проникнення зовнішнього повітря в прошарок і різке зниження її опору теплопередачі.
При покритті однієї або обох поверхонь прошарку алюмінієвою фольгою її термічний опір слід збільшувати в два рази.
В даний час широкого поширення набули стіни з вентильованим повітряним прошарком (стіни з вентильованим фасадом). Навісний вентильований фасад - це конструкція, що складається з матеріалів облицювання і подоблицовочной конструкції, яка кріпиться до стіни таким чином, щоб між захисно-декоративної облицюванням і стіною залишався повітряний проміжок. Для додаткового утеплення зовнішніх конструкцій між стіною і облицюванням встановлюється теплоізоляційний шар, так що вентиляційний зазор залишається між облицюванням і теплоізоляцією.
Схема конструкції вентильованого фасаду показана на рис.3.15. Згідно СП 23-101 товщина повітряного прошарку повинна бути в межах від 60 до 150 мм.
Шари конструкції, розташовані між повітряним прошарком та зовнішньою поверхнею, в теплотехнічному розрахунку не враховуються. Отже, термічний опір зовнішнього облицювання не входить в опір теплопередачі стіни, що визначається за формулою (3.6). Як зазначалося в п.2.5, коефіцієнт тепловіддачі зовнішньої поверхні огороджувальної конструкції з вентильованими повітряними прошарками # 945; ext для холодного періоду становить 10,8 Вт / (м 2 × ° С).
Конструкція вентильованого фасаду має низку істотних переваг. В п.3.2 порівнювалися розподілу температур в холодний період в двошарових стінах з внутрішнім і зовнішнім розташуванням утеплювача (рис.3.4). Стіна з зовнішнім утепленням є більш
«Теплою», так як основний перепад температур відбувається в теплоізоляційному шарі. Чи не відбувається утворення конденсату всередині стіни, не погіршуються її теплозахисні властивості, не потрібно додаткової пароізоляції (глава 5).
Повітряний потік, що виникає в прошарку через перепад тиску, сприяє випаровуванню вологи з поверхні утеплювача. Слід зазначити, що значною помилкою є застосування пароізоляції на зовнішній поверхні теплоізоляційного шару, так як вона перешкоджає вільному відведення водяної пари назовні.