книги / Строительная теплофизика

Современное гражданское здание должно быть, прежде всего, комфортным для человека, экологически чистым, соответствовать своему функциональному назначению. В нем необходимо обеспечить эффективное использование энергии и других материально-технических ресурсов. Оно должно быть экономически рациональным, то есть менее затратным.

До 50 % стоимости здания приходится на выполнение ограждающих конструкций. Поэтому правильный выбор ограждений имеет большое значение. Защищая помещение от внешних климатических воздействий, они формируют его интерьер и создают такую внутреннюю среду, которая необходима для нормального выполнения тех или иных функциональных процессов. Основным качеством ограждающих конструкций являются их теплозащитные свойства.

Строительная теплофизика изучает теплопередачу, воздухопроницание и влажностный режим ограждений в связи с процессами тепло - и массообмена, обусловленными действием внешних климатических факторов и работой инженерных систем создания микроклимата.

Изучение этой дисциплины приобретает особое значение в настоящее время в связи с повышением требований к комфортности внутреннего климата помещений и уменьшению затрат энергии и материальных ресурсов для инженерных систем.

В строительной теплофизике рассматриваются вопросы:

-теплозащиты (уменьшение теплопередачи через ограждающие конструкции);

-влагозащиты (уменьшение поступления влаги в ограждающие конструкции);

-шумозащиты (уменьшение передачи звука через ограждающие конструкции);

-пожарозащиты ( увеличение огнестойкости ограждающих конструкций).

.В данном пособии рассматриваются только тепло - и влагозащита, являющиеся наиболее значимыми при проектировании инженерных систем создания микроклимата.

1.ТЕПЛОЗАШИТА

Теплозащита это теплоизолирующая способность ограждающих конструкций.

Она подразделяется на зимнюю, когда необходимо уменьшать тепловые потери в окружающую среду, и летнюю, когда необходимо уменьшать теплопоступления снаружи внутрь помещения.

-температуры внутреннего воздуха, tB;

-температуры внутренних поверхностей стен, тв;

-относительной влажности воздуха в помещении, <рв;

-подвижности воздуха, г)в;

-деятельности человека, то есть от вида и тяжести выполняемой работы.

Задачи теплозащиты:

1.Напряжения от влияния температуры ведут к повреждениям конструкций (летом они расширяются, зимой - уменьшаются), поэтому необходимо разрабатывать новые материалы, не разрушающиеся при изменении температур.

2.Запросы людей возрастают, а сырьевые запасы не восполняются,

их количество ограничено. Следовательно, необходимо уменьшать затраты топлива на теплоснабжение, а также разрабатывать новые источники тепловой энергии.

3. Сжигание жидкого топлива для отопительной цели загрязняет окружающую среду выбросами вредных газов и кислот, поэтому теплозащитаэто еще и защита окружающей среды, так как уменьшение тепловых потерь уменьшает и количество сжигаемого топлива и вредных выбросов в атмосферу.

Существующие в настоящее время источники тепла для инженерных систем делятся на две группы: природные (возобновляемые) и искусственные.

Кприродным источникам относятся:

-солнечная энергия, накапливаемая в солнечных коллекторах для нагрева воды или в солнечных фотоэлементах для превращения в электрическую энергию;

-энергия воды, используемая в тепловых насосах для нагрева другого теплоносителя;

-воздух, отдающий в тепловых насосах свою теплоту другому теплоносителю;

-земля, отдающая в тепловых насосах теплоту, накопленную за теплый период, на обогрев зданий;

-грунт, используемый для выращивания растений, из которых затем получается газ;

-ветер, вращающий крылья ветряной мельницы и вырабатывающий электрическую энергию.

К искусственным источникам относятся:

-механические; температура объекта увеличивается при трении (по этому принципу работают вихревые водонагреватели);

-химические (не возобновляемые); тепло выделяется в реакции горения газа, нефти, угля;

-электрические, преобразующие ток в тепловую энергию;

-атомные, для нагрева используется атомная энергия.

1.3.Факторы, влияющие на теплозащиту

На теплозащиту зданий оказывают влияние следующие факторы:

1.теплоизоляция ограждающих конструкций;

2.тепловая инерция ограждающих конструкций;

3.расположение слоев в многослойной конструкции (это важно и для образования конденсата);

4.пропускание энергии окнами и другими светопрозрачными конструкциями;

5.отношение площади окон к площади поверхности наружных ограждений;

6.ориентация окон по сторонам света;

7.наличие вентиляции;

8.окраска наружных поверхностей: светлые отражают солнечные лучи, темные поглощают.

1.4.Теплопередача

Причинами того, что в помещении имеют место примерно одинаковые температуры, независимо от расположения источника тепла, или того, что температура в помещении после отключения отопления, понижается с различной скоростью, являются разные возможности передачи тепла:

-теплопроводность;

-тепловая конвекция;

-тепловая радиация.

Теплопроводность - передача теплоты от молекулы к молекуле за счет передачи кинетической энергии одних молекул другим. Наблюдается во всех трех агрегатных состояниях вещества. Выражается коэффициентом теплопроводности Ц Вт/м °С), равным количеству теплоты, передаваемой через 1 м2 ограждения, толщиной - 1 м за 1 час при разности температур в 1°С.Чем меньше X, тем меньше тепловые потери через конструкцию.

Конвекция - передача теплоты вместе с потоком жидкости или газа. При теплопроводности молекулы остаются на месте. При конвекции теплота переносится изменяющими свое положение частичками вещества, имеющими определенный тепловой потенциал.

Тепловая радиация передается через заполненное воздухом пространство, а также и без воздуха. Тепловые лучи не связаны с материей. Падающие на тело тепловые лучи частично поглощаются, частично отражаются, частично проходят через тело. Поглощение используется в лучистом отоплении. Отражение используется для задержания радиационного тепла в помещении. Для этого внутреннюю поверхность стекла покрывают отражающим слоем.

Теплозащитные качества ограждающих конструкций в значительной мере зависят от теплотехнических свойств материалов, из которых они изготовлены. Величины теплотехнических показателей материалов определяются экспериментальным путем.

Основными теплотехническими показателями являются: плотность, пористость, влажность, теплопроводность, теплоемкость.

Плотность материала - это масса единицы объема материала в сухом состоянии (кг/м3):

Г = — кг/м3,

V

где т- масса материала, кг;

V- объем материала в рабочем состоянии, м3

Пористость материала - степень заполнения его объема порами (%):

Р =(1--^)100,

Го

где у0 - объемная масса материала в том состоянии, в котором он используется в строительстве, кг/м3

Влажность - содержание в материале химически свободной воды, бывает объемная и массовая.

Объемная влажность (%)

Wv^V/ZV^WO,

где Vj - объем влаги, содержащейся в материале, м3;

V2- объем сухого материала, м3.

Влажность массовая (%)

Wm= HlZJÜL 100,

т,

где nti, т2- масса сухого и влажного материала, кг.

Определение объемной влажности связано с рядом трудностей, поэтому ее определяют через массовую влажность: