Тема 3,1 Основы строительной теплотехники

Строительная теплотехника изучает процессы, происходящие в ограждающих конструкциях при передачи теплоты. Это необходимо для разработки конструкций с заданными теплофизическими свойствами. К этим свойствам относят способность защитить помещения от охлаждения зимой, перегрева летом, обеспечить нормативный перепад между температурой внутреннего воздуха и внутренней поверхности стены, способность поддерживать внутри конструкции температурно-влажностный режим, обеспечить минимальное увлажнение материалов в процессе эксплуатации.

Виды теплопереноса:

• Теплопроводность (кондукция)- перенос тепла при непосредственном соприкосновение тел или их частей с различной температурой. Характерен для твердых тел, а также для газов, жидкостей, в которых отсутствует видимый перенос массы.
• Конвекция- перенос теплоты за счет перемещения в пространстве массы газообразного, жидкого, сыпучего вещества.
• Тепловое излучение (радиация)- перенос теплоты от одних тел к другим электромагнитными волнами. В этом процессе внутренняя энергия тела превращается в энергию электромагнитного поля, поглощаемую другим телом и выделяемую в виде теплоты.

Теплопроводность связана с разделением температур внутри тела.

Совокупность мгновенных значений температуры во всех точках тела называется температурным полем. Температура в общем случае- функция координат и времени τ, т.е. t=f(x; y; z; τ).

Если температура меняется во времени, то поле неустановившееся (нестационарное), если не меняется- установившееся (стационарное). В зависимости от числа рассматриваемых координат, поле может быть одно-, двух-, трехмерным.

Геометрическое место точек с одинаковой температурой представляют собой изотермическую поверхность. Наиболее интенсивное изменение температуры в теле происходит по нормали к изотермической поверхности. Предел отношения изменения температуры к расстоянию между изотермами называется градиентом температур и обозначается

Lim(∆ t/∆ n)= ∂ t/∂ n=grad t=∆ t

∆ n→ 0

Градиент температур- вектор, направленный в сторону повышения температуры.

Фурье изучая теплопроводность в твердых телах установил, что количество теплоты, прошедшие через изотермическую поверхность, пропорциональны градиенту температур. Площади и времени

Q=- λ (∂ t/∂ n) F τ; для плотности теплового потока q= Q / F τ =- λ ∂ t/∂ n (1)

Знак «-«показывает, что вектор градиента температур и теплового потока направлен навстречу друг другу. Плотность теплового потока измеряется в Вт/м², в технической системе в ккал/(м²*ч).

Соотношение этих единиц 1 ккал/(м²*ч).=1, 163 Вт/м²

Коэффициент теплопроводности λ - количество теплоты, переносимой через 1 м² изотермической поверхности в единицу в единицу времени при градиенте температур равной 1. в соответствие с физическим смыслом Вт/м*К, в техническом смысле –ккал/(м*ч*^оС). Для расчетов берется из справочника. Зависит от температуры, плотности, структуры, пористости, влажности.

Теплопроводность однородной стенки. Рассмотрим стенку толщиной δ, выполнена из однородного материала с постоянным коэффициентом теплопроводности. На внешней поверхности поддерживаются постоянные температуры t₁^ст> t₂^ст.. вектор q направлен вдоль оси x

Температурное поле одномерное, изотермические поверхности- плоские,

Режим- стационарный. Выделим внутри стенки слой dx, для найдем на основание уравнения (1) dt=-q/λ dx Получим

q=(λ /δ)(t₁^ст> t₂^ст)= (t₁^ст> t₂^ст) /R, величина δ / λ = R –термическое сопротивление, определяющее интенсивность падения температуры в стенке м²*К/Вт; м²*ч* ^оС/ккал

Рассмотрим многослойную конструкцию, состоящую из слоев δ ¹, δ ², δ ³ с коэффициентами теплопроводности λ ¹, λ ², λ ³. Температуры: внутреннего слоя- t₁^ст, внешнего слоя t₄^ст, в плоскости контакта слоев t₂^ст, t₃^ст.

При стационарном режиме плотность одинаковая для всех слоев, поэтому

q =(t₁^ст- t₂^ст) /R₁ = (t₂^ст- t₃^ст) /R₂= (t₃^ст –t₄^ст) /R_3, получим q =(t₁^ст- t₄^ст)/ R₁+R₂ +R₃

при большем числе слоев получим q =(t₁^ст- t_n+1^ст)/ Σ ⁿ_i+1R_i

температуру в любом сечение удобно определять графически. По оси ординат откладывают температуру в интервале от t₁^стдо t_n+1^ст, по оси асбцисс- R_i . при коэффициенте теплопроводности точки 1 и n+1 соединяются прямой.

Тема 3, 2 Микроклимат помещений

В помещениях, где пребывают люди, необходимо поддерживать определенный микроклимат. В производственных помещениях он должен соответствовать и технологическому процессу, в сельскохозяйственных- интенсивному выращиванию культур, содержанию животных.

Нарушение теплового баланса ухудшает самочувствие и трудоспособность. Тепловыделения человека зависят от возраста, веса, деятельности. В спокойном состояние взрослый человек отдает окружающей среде ≈ 120Вт, при легкой работе ≈ 250 Вт, при тяжелой ≈ 500 Вт. Большая часть отдается лучеиспусканием, меньшая испарением и конвекцией.

Для обеспечение комфортной среды необходимо совокупное воздействие температуры в помещение, влажности, скорости движения воздуха и температуры внутренних поверхностей ограждения, мебели и т.д.

Температура внутренних поверхностей различна и поэтому вводят понятие средняя температура всех поверхностей или «радиационная» температура. Связь ее с температурой в помещение представлена на графике и зависит от времени года. Температура пола в помещение должна быть ниже температуры в помещение не более чем на 2-2, 5 ^оС и не более 24-26 ^оС.

За расчетную температуру в помещение принимают температуру воздуха на высоте 1, 5 м от пола и не ближе 1 м от стены. Она должна быть в жилых помещениях-18 ^оС, для угловых помещений и

районов с расчетной зимней -30 ^оС и ниже-20 ^оС, на кухнях-15 ^оС и т.д. по СНиПам.

Тепловой и влажностный режим в помещение влияет на самочувствие человека. Большая относительная влажность воздуха в помещение при высокой температуре снижает возможность эффективного испарения и ухудшает тепловое состояние человека. Сочетание высокой температуры и низкой влажности вызывает у человека неприятные ощущения в дыхательных путях.

Внешние признаки нарушения нормального температурно-влажностного режима являются резкие колебания температуры в морозные и ветреные дни, плесень на предметах, затхлость и сырость воздуха, длительное сохранение запахов в помещениях и т.д.

Оптимальные условия для человека это относительная влажность 45%, температура 18-20 ^оС, скорость воздуха-5-10 м/с

Влажностный режим помещений зависит от относительной влажности (отношение давления водяных паров в воздухе при заданной температуре к давлению насыщения) и температуры в помещение, в соответствие со СНиПами устанавливают режимы помещений при t=12-24 ^оС:

сухой- до 50%; нормальный- до 60%; влажный до 75%; мокрый- более 75%.

Влажный режим конструкций зависит от режима содержания, н-р усилить отопление за счет включения газовых кухонных плит приводит к сухости воздуха и насыщения его продуктами сгорания. Большие стирки, сушка белья в помещение приводит к переувлажнению воздуха.

Защита ограждающих конструкций от атмосферной влаги достигается подбором влаго- и морозо-

стойких материалов, конструктивными приемами (воздушная прослойка, пароизоляция и т.д.). проверяется расчетом конструкция на возможность образования конденсата на внутренней поверхности и в толще конструкции.

Воздух всегда содержит влагу, количество влаги на 1 м3 воздуха называется абсолютной влажностью. Наличие влаги в атмосфере определяет парциальное (самостоятельное) их давление, которое называют упругостью водяного пара Е (кПа). При определенном атмосферном давление и температуре упругость водяного пара увеличивается до определенного предела, выше которого наступает насыщение воздуха влагой и образуется конденсат.

При повышение температуры относительная влажность уменьшается, при понижение- увеличивается. Температура воздуха при которой относительная влажность достигает 100%, называется точкой росы, при дальнейшем понижение температуры образуется конденсат.

Необходимость расчета на образование конденсата определяется СНиПом.

При необходимости исключить образование конденсата прибегают к различным мерам: устраивают пароизоляцию на внутренней поверхности стены, окрашивают стены масляной краской, покрывают лаками, битумом, смолами, комбинацией из таких материалов.