Chương 3: Truyền nhiệt và cách nhiệt của các kết cấu bao che potx

Ψ psi – hệ số lệch pha của hai dao động tn và ttđ, Ψ ≤ 1 , tra bảng 3.3σ sigma – số hiệu chỉnh do lệch pha của hai dao động , tra bảng 3.3 Z1 – đại lượng có biên độ lớn hơn Dấu ± lấy sao

Trang 1

3.2 Cách nhiệt kết cấu mùa lạnh

3.2.1 Bài toán truyền nhiệt ổn định một chiều

- Giả thiết:

+ Mùa lạnh, nhiệt độ bên trong>nhiệt độ bên ngoài nhà: tt > tn,

+ Coi BXMT: I = 0;

+ Coi: tn = const, tt = const;

Vì vậy đảm bảo bài toán truyền nhiệt ổn đinh: q = const, chiều không thau đổi, từ trong nhà ra ngoài nhà;

+Tường: có chiều dày d (m), 1 lớp đồng nhất, làm bằng VL có hệ số dẫn nhiệt là: k (λ );

+ Nhiệt trở R đặc trưng cho sự cản trở truyền nhiệt:

Trang 2

3.2.1.Bài toán truyền nhiệt ổn định một chiều qua kết cấu bao che

Trang 3

Hệ số dẫn nhiệt k của vật liệu (conductivity)

Hệ số dẫn nhiệt k

Tỷ trọng (độ rỗng) của vật liệu

Trang 4

Vật liệu nhẹ không nung

( eco-materials, green materials )

 Bã mía, trấu, vỏ dừa, rơm, mạt cưa, … là nguồn nguyên liệu dồi dào cho các sản phẩm vật liệu xây dụng sinh thái bảo vệ môi trường

 LaMai là sản phẩm vật liệu xây dụng nhẹ không nung được làm từ vỏ trấu của Công ty Lâm Mai ( Việt Nam) mới được đưa ra thị trường sau 7 năm nghiên cứu Sản phẩm được sử dụng cho tấm tường, sàn, trần và mái

 LaMai gồm vỏ trấu nghiền, mụn dừa, hạt xốp, xi măng, phụ gia và lưới sợi thuỷ tinh Trọng lượng của vật liệu này nhẹ chỉ bằng một nửa so với gạch xây thông thường và có tính cách âm, cách nhiệt, không thấm nước cao

Trang 5

Vật liệu cách nhiệt -

KIF Phenolic Foam Thermal Insulation Material

Tường cách nhiệt gồm nhiều lớp vật liệu Thermal Insulation System (External Wall Cladding)

Gạch nhẹ block được làm từ xi măng, cát và chất

Trang 8

3.2.2 Yêu cầu cách nhiệt chống lạnh

R0 → q↓, nhiệt độ mặt trong kc → đem lại cảm giác ấm áp và tránh được hiện tượng đọng sương trên bề mặt kc

để chống lạnh và chống đọng sương bề mặt → R0 ( kết cấu cần có nhiệt trở đủ lớn)

giá trị của R0 được xác định căn cứ vào đâu ?

q = (tt – tn) /R0

Trang 9

Các điều kiện xác định nhiệt trở yêu cầu

a) Điều kiện về tiện nghi nhiệt : nhiệt độ mặt trong kc

phải bằng hoặc vượt một giá trị cho phép

T t ≥ [ T t ]

Nếu đk này được thỏa mãn → nhiệt độ mặt trong kc

không gây cảm giác lạnh

b) Điều kiện không đọng sương trên bề mặt : nhiệt độ

mặt trong kc phải vượt một giá trị nhiệt độ điểm sương

T t > ts

Trang 10

Nhiệt trở yêu cầu đối với KCBC

1 Nhiệt trở yêu cầu đảm bảo tiện nghi nhiệt

Trang 12

Kết luận

• Nhiệt độ mặt trong không được quá thấp

• Dòng nhiệt truyền qua nhỏ

t t - tn

τt = tt - - Rt , 0C

R0

q = (tt – tn) /R0 , w/ m2 hoặc kCal/m2h

Trang 13

Ví dụ 1: Nhiệt trở tổng

Tính nhiệt trở tổng của một bức trường gạch đặc dày 25 cm

kể cả vữa trát (xi măng - cát) Biết rằng hệ số trao đổi nhiệt mặt trong tường là 7,5 và mặt ngoài tường là 20 kCal/m2h0C.

Giải

Để tính nhiệt trở tổng, cần tìm tổng sau:

nhiệt trở lớp vật liệu + nhiệt trở mặt trong + nhiệt trở mặt ngoài

Trang 17

Dòng nhiệt và nhiệt độ mặt trong tường khi

Trang 18

3.3 Cách nhiệt kết cấu mùa nóng

Trang 19

3.3 Truyền nhiệt dao động điều hòa trong mùa nóng

3.3.1.Bài toán

- BXMT: Chu kỳ 24 h, dao động hình sin, cực đại phụ thuộc vị trí

và hướng kết cấu:

+ Mái: 12h;

+ Tường Đông, Đông – Bắc, Đông Nam: 8h;

+ Tường Tây, Tây Nam, Tây Bắc: 16h;

- Nhiệt độ ngoài nhà: thay đổi chu kỳ hình sin;

+ Hà Nội: Cực đại lúc 15h, cực tiểu lúc 6h, biện độ dao động nhiệt: 3 – 6oC

Trang 21

• Tính lượng nhiệt 1m2 mặt ngoài kc nhận được từ môi trường trong 1 giờ:

- Lượng nhiệt do không khí:

qkk= hn(tn- τn)

- Lượng nhiệt do BXMT:

qi =  I

  là hệ số hút BXMT của kc ( xem phụ lục VIII)

• I là cường độ BXMT chiếu tới kc, kCal/m2h

Trang 22

Vì cả tn và I đều là đại lượng dao động điều hòa ( có đồ thị hình sin)

→ ttg cũng là đại lượng dao động điều hòa ( có đồ thị hình sin)

Trang 23

Ψ (psi) – hệ số lệch pha của hai dao động tn và ttđ, Ψ ≤ 1 , (tra bảng 3.3)

σ (sigma) – số hiệu chỉnh do lệch pha của hai dao động , (tra bảng 3.3)

Z1 – đại lượng có biên độ lớn hơn

Dấu ± lấy sao cho nhiệt độ tổng cực đại vào khoảng giữa của hai thời điểm cực đại của Imax và tn,max

(Vì vậy tường hường tây bất lợi (vì độ lệch pha nhỏ, kết hợp hai đại lượng bức xạ và tn vào lúc cực đại, giá trị ttổng lớn) hơn tường hướng đông

Trang 24

Nhiệt độ tổng

• Nhận xét:

+ I biến thiên mạnh theo thời gian: Coi là đại lượng dao động điều hòa chu

kỳ 24h và thời điểm đạt cực đại tùy thuộc vào kết cấu và hướng.

Cực đại vào buổi trưa (trên mặt ngang);cực đại vào buổi chiều – 16h (mặt đứng hướng Tây), cực đại vào 8h sáng (mặt đứng hướng Đông).

+ Nhiệt độ không khí ngoài nhà: biến thiên, chu kỳ 24h, coi tn là đại lượng dao động điều hòa, thời điểm đạt cực đại vào 15h.

+ Vậy ttổng cũng là 1 đại lượng dao động điều hòa được đặc trưng bởi

- ttổng tb

- A ttổng

- Ttổng max

Trang 25

Nhiệt độ tổng

• Ý nghĩa của nhiệt độ tổng: là nhiệt độ đặc trưng cho sự tác

động của 2 yếu tố bức xạ mặt trời (I) và nhiệt độ bên ngoài (tn), giúp đưa bài toán truyền nhiệt về dạng chính tắc

• Xác định t tổng: cộng dao động điều hòa của I và tn: xác định

được giá trị trung bình của ttổng, biên độ dao động A ttổng, thời

điểm cực đại;

Trang 26

Hình minh họa tổng hợp của các dao động thành phần của nhiệt độ tổng đối với mái

Trang 27

Ví dụ tính toán nhiệt độ tổng

• Tính nhiệt độ tổng cực đại tác dụng lên một mái nhà có lớp bề

mặt trên cùng là gạch lá nem, khi biết hệ số trao đổi nhiệt mặt

như sau:

BXMT trên mặt ngang

Nhiệt độ kk bên ngoài nhà Giá trị trung bình Itb = 366 kCal/m2h tn,tb= 30,5 0C Biên độ dao động AI = 741 kCal/m2h Atn = 4,1 0C

Thời điểm cực đại ZI,max = 12 h Ztn,max = 15 h

Trang 28

Hệ số lêch pha dao động

Số hiệu chỉnh lêch pha

…trước khi áp dụng các công thức tính

Trang 29

3.3.2 Khái quát về truyền nhiệt qua kết cấu

1 Khi t tổng ngoài nhà dao động hình sin theo chu kỳ 24 h thì dòng nhiệt truyền qua kết cấu, nhiệt độ tại mặt trong, mặt ngoài và trong nội bộ kết cấu cũng dao động hình sin theo chu kỳ 24 h;

Trang 30

2 Dao động nhiệt độ trên các bề mặt kết cấu có tính tắt dần từ ngoài vào trong, biên độ dao động của chúng sẽ nhỏ tương ứng Nếu kết cấu đủ dày dao động nhiệt

Trang 31

3 Dao động nhiệt độ trong kết cấu có tính chậm dần, nghĩa là thời điểm xuất hiện cực đại nhiệt độ tại các lớp chậm dần so với thời điểm cực đại của nhiệt độ tổng khi tiến dần vào trong kết cấu;

4 Đặc trưng cho dao động nhiệt mặt trong kết cấu so với nhiệt độ tổng:

- Hệ số tắt dao động của nhiệt độ mặt trong kết cấu so với nhiệt độ tổng: ϑo

ϑo = A t tg/ Aτt , lần

- Độ trễ của dao động nhiệt độ mặt trong kết cấu so với nhiệt độ tổng: εo

εo = Zτtmax – Z ttg max , giờ

Trang 32

5 Tính ổn định nhiệt của kết cấu:

-Hệ số tắt dao động ϑo và độ trễ dao độngεo đặc trưng cho tính ổn định nhiệt của kết cấu là khả năng KC có thể giữ nhiệt độ bên trong nó ổn định khi nhiệt độ ngoài thay đổi

-Hai hệ số này càng lớn, thì dao động nhiệt mặt trong kết cấu càng nhỏ, độ lêch pha dao động càng lớn

- Độ ổn định nhiệt của kết cấu phụ thuộc:

+ Các chỉ tiêu nhiệt lý của VLXD : Hệ số hàm nhiệt S (kcal/m2 h oC), hệ số dẫn nhiệt k (phụ lục 7);

+ Trở nhiệt của kết cấu: tổng nhiệt trở của các lớp kết cấu;

+ Chỉ số quán tính nhiệt: D = R.S

D≥ 1: kết cấu “dày” về nhiệt;

D nhỏ hơn 1: kết cấu “mỏng” về nhiệt

Trang 33

3.3.3 Xác định nhiệt độ mặt trong và dòng nhiệt truyền qua kết cấu

- Nhiệt độ mặt trong kết cấu đặc trưng bởi các đại lượng sau:

Trang 34

3.3.4 Yêu cầu cách nhiệt chống nóng

-Nhiệt độ mặt trong cực đại phải nhỏ hơn 1 giá trị cho phép :

Trang 35

3.4 Cách nhiệt cho các kết cấu bao che ( mái và tường)

Nguyên tắc chung

- Kết hợp chống nóng và chống lạnh : thường làm tăng nhiệt trở Nhưng nếu

kết cấu dày quá thì độ trễ lớn, ban ngày tích nhiệt nhiều và tỏa nhiệt vào ban đêm, cách nhiệt tốt nhưng chống nóng chưa chắc đã tốt Vì vậy phải chú ý khi tăng chiều dày lớp vật liệu, tránh tích nhiệt và bức xạ ngược vào mùa

nóng.Chiến lược này thường sử dụng ở các nước ôn đới ;

- Chống lạnh : Đối với mái không đặt ra nhiều vấn đề lắm Với tường : hạn chế

vách kính do lượng nhiệt xâm nhập qua vách kính mỏng và bức xạ thâm nhập lớn Tường gạch dày 220 nhìn chung tạm chấp nhận được ;

-Chống nóng : giảm t tổng, chọn vật liêu và màu sắc để có hệ số hút bức xạ

nhỏ (ρ) : màu sáng Quy hoạch công trình dành diện tích cho cây xanh, mặt

nước để có thể giảm được nhiệt độ bên ngoài (tn) Che nắng để giảm I - bức xạ mặt trời

Cấu tạo kết cấu để cách nhiệt tốt ban ngày, tỏa nhiệt nhanh ban đêm, làm cho

Trang 37

Cách nhiệt cho mái :

- Đặc điểm : Chịu tác động mạnh nhất

của các yếu tố KH : BXMT (lớn gấp 5 lần chiếu lên tường), mưa Vì vậy yêu cầu : chống nóng cách nhiệt và tổ chức thoát nước mưa, chống thấm ;

Các lớp kết cấu mái : Lớp chịu lực – lớp chống nóng (cách nhiệt) – lớp

+ Sử dụng lớp không khí ở trong kết cấu mái : lớp không khí kín, cách nhiệt mùa đông tốt, lớp không khí lưu thông,

áp dụng cho cả mái dốc và mái bằng ; + Dùng mái phụ : giàn cây, nan bê

tông, mái tôn…, mái sinh thái : vườn treo

Trang 38

greenroof

Trang 40

Green roof at the School of Art, Design and Media

at Nanyang Technological University in Singapore

Trang 41

Mái kính của nhà ga T1 Nội Bài bị nứt và gây dột vào

mùa mưa 2008

“Vật liệu có phù hợp với điều kiện khí hậu nóng ẩm ?”

“…thiết kế và thi công kém Vật liệu xây dựng không tốt, không phù hợp với điều kiện khí hậu của VN cũng góp phần làm cho

nhà ga xuống cấp nhiều hơn.”

Trang 42

Cách nhiệt cho tường :

- Nhận ít BXMT hơn mái nhưng tổng S lại lớn hơn S mái

Lưu ý tường hướng Tây và tường hướng Đông nên có cách nhiệt

- Chú ý tạo bóng đổ trên tường ;

- Sử dụng KCCN ngang và cây xanh che nắng

- Vật liệu và màu sắc ;

- Hạn chế vách kính do đây là vật liệu xuyên bức xạ gây nóng

Trang 44

Sustainable Design – Case Study

Nam Cuong 5.4ha Residential Complex – Hanoi, Vietnam

Trang 45

1 Strong touch of modern residential

design in the form of façade treatment,

variation of heights & the play of solid

materials and colour

2 Enjoy lush greenery close to home…

Trang 46

3 Sky garden

Add elements of interest along the façade

A place to mingle and interact among residents

Give interesting panoramic views

4 Shop houses is introduced to demarcate podium and residential towers, giving privacy

to the residents

5 Shared facilities easily access from the whole development

6 Well oriented individual Drop off point to residential tower facing street

Trang 47

2.6 Shadow Analysis

Trang 48

2.9 Layout Plans

Primary school

Mid-end Residential Low-end Residential

Community facilities Commercial podium

Office Tower

Swimming Pool

Low-end Residential

Mid-end Residential Swimming Pool Badminton Court

Badminton Court Pedestrian Path

Trang 49

08/05/14 National University of Civil Engineering Bioclimatic Devision

49

Landscape concept

Trang 50

Internal garden

Trang 51

Trang 52

Trang 53

Sustainable Design – Case

Study

Trang 54

Sustainable Design – Case

Study

Định dạng
Số trang	54
Dung lượng	16,57 MB