ПЕРЕДАЧ С; ТЕПЛО; В БУДІВНИЦТВІ
ТЕПЛОПЕРЕВОД В БУДІВНИЦТВА
Залежно від категорії комфорту, до якої вона відноситься, будівельна фізика поділяється на:
гігротермічний є частиною будівельної фізики, яка вивчає процеси передачі маси та тепла в конструкціях, відповідно передачу водяної пари (higro) та тепла (термо) через замикаючі або розділові елементи конструкції між середовищами з різними характеристиками, а також вплив на які мають їх на умовах мікроклімату в приміщенні, на умовах гігієни та комфорту, на довговічності та на фізичних характеристиках елементів конструкції
Основними факторами, що визначають умови комфорту в номерах, є:
- температура поверхні обмежувальних елементів,
- швидкість руху повітря.
Це основний компонент загального комфорту тепловий комфорт. Тепловий комфорт повинен забезпечувати підтримку постійної температури людського тіла на основі балансу між виробництвом тепла в організмі та викидами в навколишнє середовище, що досягається фізично конвекцією, випромінюванням та провідністю, а фізіологічно потовиділенням та диханням.
Вирішальним фактором для відчуття комфорту є саме це температура повітря. Через різницю між відчуттями людей (залежно від віку, статі, звички тощо), температура комфорту мінлива; однак, якщо інші параметри мають відповідні значення, можуть бути дозволені такі комфортні температури:
- 1920 ° C для статичної роботи;
- 10 ° C для важкої фізичної роботи.
Середня температура поверхні елементів яке надходить в обмін на тепло випромінюванням з мешканцями приміщень, повинно співвідноситися як температура повітря в приміщенні: підвищення середньої температури обмежувальних поверхонь повинно супроводжуватися зниженням температури повітря в приміщенні і навпаки, оскільки тіло людини.
Поняття в будівельній термотехніці
1.Температура - параметр скалярного стану, що характеризує ступінь нагрівання тіл.
2. Теплове поле являє собою сукупність значень температури, що характеризують певний простір в даний момент.
3. Ізотермічна поверхня - геометричне розташування всіх точок з однаковою температурою в тепловому полі.
4. Ізотермічна лінія - геометричне розташування точок однакової температури на площині.
5. Градієнт температури - межа відношення між різницею температур ΔT і відстанню Δx між двома точками, коли Δx → 0. Тепловий градієнт має протилежний напрямок до напрямку розповсюдження тепла;
6. Кількість тепла (Q) представляє кількість енергії і вимірюється в джоулях (J) в СІ або в традиційних одиницях, специфічних для калорій (кал) або кілокалорій (ккал).
7. Тепловий потік або тепловий потік (Q) - кількість тепла, яке проходить через площу за одиницю часу:
8. Щільність теплового потоку або питомий тепловий потік (q) чисельно представляє кількість тепла, яке проходить через одиницю поверхні в одиниці часу, і фізично є вектором, спрямованим після нормалі до ізотерми.
Теплопередача в будівництві
Основні форми теплопередачі (провідність, конвекція, випромінювання) зустрічаються також у конструкціях з деякими особливостями:
- матеріали мають капілярно-пористу структуру, так що, крім компактних (метали, скло), внутрішня передача має складний характер;
- геометричні форми захисних елементів різноманітні та неоднорідні, виготовлені з декількох матеріалів;
- при контакті елементів конструкції повітря одночасно відбувається передача за допомогою кондукції, конвекції та випромінювання;
- повітря і вологість сильно впливають на тепловіддачу в будівлях;
- діапазон змін температури обмежений.
Передача тепла за допомогою провідності
Це особливо характерно для твердих тіл і складається з майже близького до близького розповсюдження кінетичної енергії молекул, які коливаються з положення рівноваги.
У будівництві передача тепла за допомогою провідності відбувається через стіни, вікна, підлоги, дахи тощо. Кількість тепла, яке передається по трубі від однієї грані з температурою T до іншої грані з температурою T однорідного плоского елемента товщиною d, що має паралельні грані, з площею A, визначається співвідношенням Фурньє:
Q = λ A (T - T) t/d = λ A ΔT t/d
Константа λ являє собою коефіцієнт теплопровідності матеріалів і визначається, виходячи з вищевикладеного, як кількість тепла, що переходить від однієї грані до іншої однорідного будівельного елемента товщиною 1 м і площею 1 м 2, протягом однієї години протягом різниця температур у дівчаток 1 ° C (або 1K).
Теплопровідність
Коефіцієнт теплопровідності є теплофізичною характеристикою матеріалів, що має значення від 0,02 (повітря) 364 (мідь).
Для поточних будівельних матеріалів значення коефіцієнта λ складають:
кладка з цільної цегли: 0,80 Вт/мК;
- цегляна кладка з отворами: 0,460,75 Вт/мК;
- пінополістирол: 0,04 Вт/мК.
Вода має коефіцієнт теплопровідності в 0,52 Вт/мК в 25 разів вищий, ніж повітря, що пояснює підвищену теплопровідність вологих матеріалів.
l хороші провідники 10 - 300 Вт/м K
l ізолятори 0,04 - 0,20 Вт/мК
Факторами, що впливають на розмір теплопровідності капілярно-пористих матеріалів, є:
- щільність матеріалу, оскільки тверда частина має високу провідність (2,5 3,5) по відношенню до повітря (0,026);
- будова пір та капілярів, оскільки великі порожнини або з’єднання між ними сприяють конвекції повітря;
- вологість, оскільки вода має вищу теплопровідність, ніж повітря (рідина 0,50 та лід 2,21
D ensit atea теплового потоку, що передається по провідності:
У випадку однорідного плоского елемента товщиною d, виготовленого з матеріалу з коефіцієнтом теплопровідності λ, щільність теплового потоку, що проходить через провідність, призводить до:
R = d/λ визначається як стійкість до передачі тепла через провідність, або стійкість до теплопроникності конструктивного елемента обернений розмір
λ/d - теплопроникність елемента.
Конвекційна передача тепла
Це відбувається через рідини та гази і відбувається за рахунок транспорту тепла шляхом руху рідини (струмів). На відміну від провідності, при якій молекули не рухаються в напрямку теплового потоку, у разі конвекції відбувається зміщення маси рідини.
У будівництві передача тепла конвекцією відбувається між поверхнями елементів та повітрям у приміщенні або назовні.
Кількість теплоти, що отримується (Q c) або виділяється (Q`c) конвекцією будівельним елементом, може бути визначена як відношення Ньютона:
Т і і Т - температури внутрішньої та зовнішньої поверхонь елемента відповідно;
T i і T e - відповідно температура повітря в приміщенні та на вулиці;
c і α` c - коефіцієнти теплообміну (теплообміну) конвекцією при прийомі, відповідно при тепловіддачі;
Коефіцієнт конвекції являє собою кількість тепла, отриманого або відданого за одну годину поверхнею 1 м будівельного елемента, коли різниця температур рідини та поверхні елемента становить 1 ° C. Одиницями вимірювання коефіцієнтів теплової конвекції є: Вт/м К у СІ та Ккал/м год ° С.
Значення коефіцієнтів конвекції залежать від природи рідини, від характеру та зовнішнього вигляду поверхонь, від швидкості руху рідини. В якості орієнтиру значення αc складають: 310 для нерухомого повітря; 530 для вільного руху повітря (природна конвекція).
Теплообмін радіацією
Це відбувається у вигляді електромагнітних хвиль з довжиною хвилі 0,4 400 (калорійних хвиль) між тілами з різною температурою. У конструкціях теплове випромінювання втручається між нагрівальними тілами та елементами в кімнатах, між людським тілом та більш холодними оточуючими предметами, між поверхнями будівельних елементів та зовнішнім чи внутрішнім повітрям тощо.
Кількість теплоти, що передається випромінюванням від тіла як температури T до тіла як температури T, що має спільну поверхню A, визначається, як співвідношення Стефана - Больцмана:
T і T - абсолютні температури двох тіл
c коефіцієнт випромінювання у Вт/м K, що представляє кількість випромінюваного тепла 1 м тіла у вакуумі, протягом однієї години, при температурі 100 ° C.
Будівельні матеріали мають коефіцієнт випромінювання 4,9 Вт/м К
Передача тепла на поверхню елементів конструкції
Поверхні обмежувальних будівельних елементів отримують або віддають тепло конвекцією та випромінюванням
При тепловому розрахунку конструкцій обидва явища враховуються глобально, за допомогою деяких коефіцієнти тепловіддачі на внутрішній і зовнішній поверхні відповідно елементів конструкції (α i, α e
Тепло, що отримується або передається поверхнею елементів, є сумою кількості отриманого тепла, відповідно даного конвекцією та випромінюванням, коефіцієнтами теплопередачі на поверхню (поверхневий обмін):
Звичайними значеннями цих коефіцієнтів для теплового розрахунку конструкцій є: α i e = 23 (зима); α e = 12 (var).
Інверсія цих коефіцієнтів являє собою опори до прийому, відповідно до тепловіддачі поверхнями елементів конструкції:
Загальна передача тепла в будинках у стаціонарному тепловому режимі
Односпрямована теплопропускання
Передача тепла через закриваючі елементи відбувається з повітря всередині приміщення назовні в холодний період і навпаки в періоди з високою температурою зовнішнього повітря. У випадку плоских елементів з паралельними гранями з однорідними шарами тепловий потік є нормальним на поверхні, а передачу тепла можна вважати односпрямованою.
Загальний коефіцієнт тепловіддачі (теплопровід):
представляє кількість тепла, яке проходить в стаціонарному тепловому режимі через площу 1 м 2 елемента, протягом 1 години для різниці між температурами двох середніх значень 1 ° C (або 1 K).
Плоска та просторова теплопропускання. Теплові мости
У разі кутів між замикаючими елементами, стиками або елементами з неоднорідностями тепло поширюється в двох або трьох напрямках, теплове поле має бути рівним або просторовим. Площина або просторова передача сприяє посиленню втрат тепла, що вимагає локальних корекційних заходів.
Області в елементах конструкції, які завдяки геометричному складу та неоднорідній структурі дозволяють інтенсифікувати теплопередачу, називаються теплові точки.
Передача тепла в нестаціонарному режимі
Через мінливість часу реальних значень температури повітря тепловий режим практично мінливий. У нестаціонарному тепловому режимі тепловий потік також мінливий в залежності від товщини елементів, будучи функцією накопичення тепла та продуктивності конструкційних елементів.
Коефіцієнт (и) теплового засвоєння є теплофізичною характеристикою матеріалів, що вказує на їх здатність поглинати тепло, і розраховується для періоду T = 24 год із співвідношенням:
S = 0,59 (Вт/м К)
Індекс теплової інерції (D) відображає здатність акумуляції або тепловіддачі елементами і визначається співвідношенням:
На основі індексу теплової інерції визначається теплова маса елементів конструкції, що характеризується коефіцієнтом теплової маси:
залежно від того, які елементи вважаються низькою тепловою масою (m (m = 1,01,1) та високою (m> 1).
Згасання коливань температури
Завдяки властивості теплового засвоєння матеріалів та елементів, коливання температури на одній із граней розділюючого елемента проявляються з іншого боку з меншими амплітудами, таким чином, загасаючи.
Зменшення теплових коливань представляє здатність будівельного елемента зменшувати амплітуду коливань температури, коли тепло проходить через елемент. У конструкціях розглядається синусоїдальний тепловий коливання, оскільки амплітуди AT знаходяться зовні, відповідно AT, і всередині.
Він використовується для характеристики демпфуючої здатності елементів індекс теплового демпфування (ν), що визначається відношенням:
і чиє ефективне значення, що відповідає елементу, встановлюється розрахунком залежно від коефіцієнта теплової асиміляції матеріалів (sk) та компонентних шарів (Sk), а також загального показника теплової інерції (D), або визначається експериментально.
Фазовий зсув теплових коливань
У змінному тепловому режимі завдяки тепловій інерції елементів температурні коливання, що проявляються з одного боку, відчуваються з іншого боку із запізненням (і загасаються).
Інтервал часу від моменту теплової дії на одну з граней елемента до відчуття на іншій поверхні фазовий зсув теплових коливань (Η).
Тепловий фазовий зсув важливий щодо комфорту влітку, коли потрібно, щоб ефект нагрівання зовнішніх елементів через високу температуру повітря і сонячне світло відчувався в приміщенні з належною затримкою, щоб сприятливо втручатися вдень, коли повітря охолодження.
Для забезпечення цієї вимоги необхідно, щоб зовнішні елементи конструкції забезпечували ефективний фазовий зсув:
Тепловий розрахунок елементів конструкції
Зовнішні закриваючі елементи будівель (стіни, дахи) повинні бути виготовлені таким чином, щоб не допускати втрат тепла, більших за допустимі, встановлених з міркувань комфорту, гігієни, довговічності чи економічних критеріїв.
Глобальна стійкість до тепловіддачі елемента (R0) має бути принаймні рівним нормативному значенню, мінімально необхідному (R0, dn):
Тепловий розрахунок елементів конструкції, в принципі, складається з:
з - перевірка ступеня теплоізоляції, коли склад елемента встановлюється, виходячи із співвідношення:
b - розмір мінімальної товщини елемента або шару теплоізоляції, також виходячи з умови, R ≥ R 0, не враховується на межі.