Строительная теплотехника,строительная теплофизика, научная дисциплина, рассматривающая процессы передачи тепла, переноса влаги и проникновения воздуха в здания и их конструкции и разрабатывающая инженерные методы расчёта этих процессов; раздел строительной физики.
Методы и выводы С. т. используются при проектировании ограждающих конструкций, которые предназначены для создания необходимых температурно-влажностных и санитарно-гигиенических условий (с учётом действия систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха) в жилых, общественных и производственных зданиях. Значение С. т. особенно возросло в связи с индустриализацией строительства, значительных увеличением масштабов применения (в разнообразных климатических условиях) облегчённых конструкций и новых строительных материалов.
Задача обеспечения необходимых теплотехнических качеств наружных ограждающих конструкций решается приданием им требуемых теплоустойчивости и сопротивления теплопередаче. Допустимая проницаемость конструкций ограничивается заданным сопротивлением воздухопроницанию. Нормальное влажностное состояние конструкций достигается уменьшением начального влагосодержания материала и устройством влагоизоляции, а в слоистых конструкциях, кроме того, — целесообразным расположением конструктивных слоев, выполненных из материалов с различными свойствами.
Теплотехника в каркасном доме по СНиП. Построй Себе Дом.
Сопротивление теплопередаче должно быть достаточно высоким, с тем чтобы в наиболее холодный период года обеспечивать гигиенически допустимые температурные условия на поверхности конструкции, обращенной в помещение. Теплоустойчивость конструкций оценивается их способностью сохранять относительное постоянство температуры в помещениях при периодических колебаниях температуры воздушной среды, граничащей с конструкциями, и потока проходящего через них тепла. Степень теплоустойчивости конструкции в целом в значительной мере определяется физическими свойствами материала, из которого выполнен внешний слой конструкции, воспринимающий резкие колебания температуры. При расчёте теплоустойчивости применяются методы С. т., основанные на решении дифференциальных уравнений для периодически изменяющихся условий теплообмена. Нарушение одномерности передачи тепла внутри ограждающих конструкций в местах теплопроводных включений, в стыках панелей и углах стен вызывает нежелательное понижение температуры на поверхностях конструкций, обращенных в помещение, что требует соответствующего повышения их теплозащитных свойств
Распределение температур в ограждающих конструкциях зданий изменяется и при проникновении внутрь конструкций холодного воздуха. Фильтрация воздуха происходит в основном через окна, стыки конструкций и др. неплотности, но в некоторой степени и сквозь толщу самих ограждений. Разработаны соответствующие методы расчёта изменений температурного поля при установившейся фильтрации воздуха. Сопротивление воздухопроницанию у всех элементов ограждений должно быть больше нормативных величин, установленных Строительными нормами и правилами.
Основы теплотехники. Лекция 1. Основные понятия и определения (предварительная версия)
Источник: studopedia.ru
Строительная теплотехника
Строительная теплотехника (теплофизика) рассматривает вопросы теплопередачи, воздухопроницания и влажностного режима (паропроницаемости) ограждающих конструкций здания в связи с процессами тепло — и массообмена, обусловленными действием внешних климатических факторов, внутренних источников и работой систем отопления, вентиляции или кондиционирования воздуха.
Теплопередача. Основные понятия
Основу строительной теплофизики, как и многих явлений, наблюдаемых в природе и технике, составляет теплопередача. Она изучает процессы распределения теплоты в пространстве с неоднородным полем температуры из области повышенных температур в область пониженных.
Применительно к нашей дисциплине теплота передается через ограждающие конструкции отапливаемых помещений, стенки теплообменных аппаратов. Расчет теплопередачи заключается в определении теплотехнических показателей ограждающих конструкции, количества теплоты, проходящей через разделяющую поверхность, параметров теплоносителя и т.д.
Сложный процесс теплопередачи условно разбивается на три более простых процесса, каждый из которых подчиняется своим законам: теплопроводность, конвекция (конвективный теплообмен) и теплообмен излучением (лучистый теплообмен).
При этом различают молекулярный и конвективный механизм переноса теплоты.
Молекулярный перенос теплоты осуществляется посредством теплового движения микрочастиц в среде с неоднородным распределением температуры.
Конвективный перенос теплоты осуществляется макроскопическими элементами при их перемещении в среде с неоднородным распределением скорости и температуры.
Теплопроводность — молекулярный перенос теплоты в сплошной среде или процесс распространения теплоты внутри тела путем непосредственного соприкосновения его микрочастиц (молекул, атомов).
Теплопроводность наблюдается во всех трех агрегатных состояниях тел, но наиболее четко она проявляется в твердых телах, т. к. в них не происходит перемещения микрочастиц.
Установлено, что тепловой поток или количество теплоты, Вт, передаваемое через какую-нибудь плоскую стенку за единицу времени, прямо пропорционально разности температур горячей ф1 и холодной ф2 сторон стенки, площади стенки, коэффициенту пропорциональности л и обратно пропорционально толщине этой стенки.
где л-коэффициент пропорциональности, характеризующий способность тела проводить теплоту и называемый коэффициентом теплопроводности материала, Вт/м °С; — удельный тепловой поток, Вт/м 2 ; л/д — тепловая проводимость, Вт/м 2 .°С, а величина обратная — тепловое или термическое сопротивление теплопередаче RT.
Распространение теплоты выражается в дифференциальной форме уравнением Фурье (1822), имеюшим вид
Для однослойной стенки
Для многослойной стенки (3.4)
Коэффициент л зависит от химического состава, объемного веса, структуры материала, его влажности и температуры. Для строительных материалов аморфной структуры л = 2,5 — 12,5; кристаллической = 16,8 — 50,5 и органического происхождения = 1,05 — 1,50 Вт/м°С. Для чистого серебра и меди л = 400, для пористых материалов (пробка, минвата) л = 0,035 — 0,05 Вт/м°С.
Конвективный теплообмен — процесс, обусловленный совместным действием конвективного и молекулярного переносов теплоты или перемешиванием в объеме неравномерно нагретой массы жидкости или газа. При этом перенос теплоты непрерывно связан с переносом самой среды, т.е. массообменном.
Совместное протекание процессов теплообмена и массообмена называется тепломассообменом.
Тепловой поток при конвективном теплообмене определяется по формуле Ньютона — Рихмана
где бк — коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом конвективного теплообмена Вт/м 2 °С;
Тж- температура (жидкости или газа); Т- температура поверхности стенки.
Коэффициент бк зависит от свойств жидкости, омывающей поверхность (плотность, вязкость, теплоемкость), расположения, формы и размеров поверхности, природы возникновения и скорости движения среды. Коэффициент бк при конвекции принимается на основе экспериментальных данных и определятся по эмпирическим формулам.
Благодаря конвекции происходит теплообмен между поверхностью твердого тела и омывающим эту поверхность воздухом.
Теплообмен излучением — процесс передачи внутренней энергии излучения (энергии фотонов или электромагнитных волн), которая поглощается другим веществом, стоящим на пути фотонов или электромагнитных волн. Тепловое или инфракрасное излучение характеризуется длинами волн в пределах от 0,8 мк до 0,8 мм.
Количество теплоты, Вт, излучаемой поверхностью F1, имеющей абсолютную температуру T1, на поверхность F2 с температурой T2 определяется по формуле (закону) Стефана-Больцмана (I879-I88I).
где Cпр- приведенный коэффициент излучения системы тел, между которыми происходит лучистый теплообмен, Вт/м2 °С;
ц1-2 — коэффициент облученности, зависящий от взаимного положения и размеров поверхностей и показывающий долю лучистого потока, приходящуюся на поверхность F2 от всего потока, излучаемого поверхностью F1.
Например, до нашей планеты доходит только 2,2 млрд. части лучистой энергии Солнца, испускаемой им в мировое пространство.
Приведенный коэффициент Cпр равен
где Епр1-2-приведенный коэффициент теплового излучения при теплообмене между двумя серыми поверхностями (приведенная степень черноты системы тел);
Cо — коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,77 Вт/ м 2 ° С.
Для расчета лучистого теплообмена пользуются более простой формулой
где бл — коэффициент лучистого теплообмена на поверхности, Вт/м 2 °С. В инженерных расчетах лучистого теплообмена в помещении бл принимается равным 4,9 Вт/м 2 °С.
Для двух параллельных поверхностей, например, расположенных на сравнительно близком расстоянии
Для малых поверхностей или удаленных друг от друга
Для поверхностей, расположенных по схеме цилиндр в цилиндре
— относительные коэффициенты излучения поверхностей, зависящие не только от вида материала, состояния его поверхности, но и от угла направления излучения к поверхности, или степени черноты.
Источник: studbooks.net
Основы теплотехники в строительстве
Чтобы научиться проектировать здания необходимо освоить целый ряд дисциплин. Часть из них посвящена вопросам разработки объемно-планировочных решений, другие рассматривают прочность и надежность конструкций, третьи фокусируют внимание на их эстетике и привлекательности. Отдельно следует обозначить целый ряд дисциплин, которые позволяют создать комфортные условия внутри зданий и обеспечить соответствие реальных показателей шума, влажности, температуры внутри помещений нормативным.
Строительная теплотехника
Будущим строителям приходится осваивать множество дисциплин, связанных с возведением зданий и сооружений. Основы теплотехнического расчета знает уже каждый студент третьего курса, после освоения программы курса строительной физики или строительной теплотехники. Последняя является одним из разделов строительной физики и изучает тепловые свойства строительных веществ и материалов.
Основные параметры материалов, изучаемые в теплотехнике:
- сопротивление теплопередаче;
- сопротивление воздухопроницанию;
- сопротивление паропроницанию;
- теплоустойчвость;
- теплоусовение поверхности.
От совокупности свойств зависят качественные характеристики материала. Благодаря проведению расчетов этих параметров, обеспечивается целесообразная и оптимальная тепловая защита здания, которая с одной стороны должна соответствовать требованиям СП, а с другой не должна допускать образование конденсата или влаги в толще утеплителя.
Работа системы отопления, которой снабжены здания, связана с решениями по тепловой защите здания. Выполнение расчетов тепловых потерь, связанных с функционированием системы вентиляции, потерь через двери и окна позволяет создать единую гармоничную систему и создать оптимальный микроклимат.
Теплоусовение – это свойства материала воспринимать тепло при колебании температуры на поверхности, в тех случаях, когда он является частью ограждающей конструкции. Оно выражается через коэффициент теплоусвоения, который показывает какое количество тепла в ккал необходимо для увеличения температуры одного квадратного метра поверхности за один час на один градус.
Готовые работы на аналогичную тему
Рисунок 1. Пример схем распределения температуры в толще стены. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Основы строительной теплотехники
Ключевые разделы теплотехники:
- стационарная теплопередача, где рассматриваются общие понятия теплотехники, теплопроводность, конвекция, излучение, теплопередача через наружное ограждение, сопротивление теплопередаче;
- нормирование теплозащиты, а именно требуемое сопротивление теплопередаче, сопротивление теплопередаче по условиям энергосбережения, сопротивление теплопередаче из экономических условий, расчетное сопротивление теплопередаче и требования строительных норм;
- нестационарная теплопередача, вопросы теплоустойчивости помещений и теплоусовения;
- влажностный режим помещений, его значение, источники поступления влаги, основные понятия влажностного режима, условия образования конденсации на внутренней поверхности и расчет влажностного режима;
- воздухопроницание, физические основы процесса, проверка ограждающих конструкций на инфильтрацию, определение затрат тепла на нагрев инфильтрующегося воздуха;
- методика теплотехнического расчета.
Все теплотехнические расчеты оперируют конкретными величинами, к примеру температура наиболее холодной пятидневки или нормируемая температура воздуха в помещении. Но в реальных условиях, как тепловой поток, так и параметры окружающей среды не статичны, они меняются. Причиной этому могут служить и изменение температуры, и воздействие солнечной радиации, и изменение теплопоступлений в помещение, а также аварийные режимы эксплуатации.
Методика проведения теплотехнического расчета одинакова для всех зданий, но в каждом случае мы должны учитывать особенности эксплуатации проектируемого объекта. К примеру, в производственных помещениях существуют особенности изменения тепловых потоков, создаваемых оборудованием и технологическим процессом. За счет поглощения тепла от долго остывающего оборудования ограждающими конструкциями могут быть сокращены расходы на обогрев самого здания.
Строительная теплотехника — это важная дисциплина, которая позволяет понять, как устроена тепловая защита зданий, как происходят теплопотери и, как меняются ограждающие конструкции в зависимости от климата.
Источник: spravochnick.ru
Теплотехника
Н аружные ограждающие конструкции (стены, окна, крыша) зданий защищают наш дом от низких температур, осадков в виде дождя, снега, града, сильного ветра. Одновременно они препятствуют прониканию тепла из внутреннего помещения наружу. Величина этого проникания зависит от сопротивления теплопередаче материала, из которого построена ограждающая конструкция. О том, что такое теплотехника, мы и поговорим в этой статье.
Строительная теплотехника
Нормы DIN 4108 по строительной теплотехнике:
• Учитывают только строительно-физические величины.
• Требуют минимально-допустимые значения сопротивления теплопередаче R.
• Наружных стен
• Стен лестничных клеток
• Перекрытий над подвалами
• Перекрытий, отделяющих помещения для пребывания людей от наружного воздуха.
• Требуют минимально-допустимые значения R и максимально допустимые значения U в наиболее неблагоприятных местах перекрытий, например в местах опирания сборных балок перекрытий на стены.
• Требуют минимально допустимые значения R в легких конструкциях с поверхностной плотностью ниже 100 кг/м2.
• Требуют указать слабые места с точки зрения строительной физики.
• Защищают строительные материалы и строительные конструкции от слишком больших температурных напряжений (=напряжений вследствие повышения или соответственно понижения температуры).
Метод по ограждающим конструкциям (поэлементный)
Метод по ограждающим конструкциям (поэлементный):
• Требует обеспечения минимальных коэффициентов теплопередачи (величин K * (* В СНиП 11-4-79* обозначение а . Выше в книге — обозначение U)) для определенных ограждающих конструкций, таких, как:
• Наружные стены
• Окна
• Перекрытия
• Крыши
• Перекрытия над подвалами
• Требует указать слабые с точки зрения теплофизики места.
Теплотехника — метод энергетического баланса
Метод энергетического баланса:
• Требует, чтобы не была превышена максимально допустимая потребность в энергии на отопление в год в зависимости от отношения площади теплопроводящих частей здания к объему отапливаемого здания.
• в: кВт • ч на м 3 отапливаемого объема здания в год (кВт • ч/м 3 • год) или
• в: кВт • ч на м 2 полезной площади здания в год (кВт • ч/м 2 • год)
Существует два варианта:
1. Учет солнечных теплопоступлений в среднем эквивалентном значении величины U окна. При этом годовая потребность в энергии на отопление определяется по формуле:
Учет окон при получении
2. Раздельное определение солнечных теплопоступлений QS.
Годовой расход тепловой энергии на отопление определяется по формуле:
Учет окон при получении
(* Здесь Um,eq,F — средняя эквивалентная величина U окна, АF — площадь окна, UF — величина U окна без учета теплопоступлений.)
Руководство по использованию норм по теплозащите
Законодательство по теплозащите (WSchVO) должно применяться в следующих случаях:
- В зданиях с нормальными внутренними температурами, таких, как жилые здания, здания бюро, управлений, школы, больницы, рестораны.
- Производственные здания с внутренними температурами минимум + 19°С.
- Здания для спортивных занятий, соревнований и собраний с внутренними температурами минимум +15°С и отопительным периодом не менее 3 месяцев в год.
- В зданиях, подлежащих реконструкции или строительным изменениям.
Указания по теплозащите по DIN 4108
Расчетные значения коэффициентов тепловосприятия и теплоотдачи и соответственно величин сопротивлений тепловосприятию и теплоотдаче по DIN 4108.
Номера строчек в таблице соответствуют номерам на рисунках
- Для многослойных кладок с воздушной прослойкой по DIN 1053 действительна строчка 1.
- Эти значения следует применять также при расчете сопротивления теплопередаче Rτ у панелей каркасно-панельных зданий с воздушной прослойкой по DIN 4108.
- При расположенных внутри здания ограждающих конструкциях следует принимать коэффициенты теплообмена одинаковыми для обеих сторон конструкции.
Основой указаний по DIN являются таблицы выше. Требования DIN 4108 считается выполненными в том случае, если для отдельных конструкций значения сопротивления теплопередаче R не ниже указанных в таблицах.
Рис. «Коэффициенты тепловое приятия и теплоотдачи. Номера на рисунках соответствуют номерам строчек в таблице»
 |
 |
Минимальные значения сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций по DIN 4108
Минимальные значения этой таблицы действительны для всех ограждающих конструкций с поверхностной массой минимум 100 кг/м 2 и температуры в помещении минимум 19°С. Минимальные значения действительны также для наиболее неблагоприятных мест.
Требования к отдельным строительным конструкциям
Теплотехника стены
У ниш, подоконников, оконных откосов, кожухов, свертывающихся жалюзи значения должны быть выдержаны. В многослойных наружных стенах с воздушной прослойкой изолирующая способность воздушной прослойки и наружной оболочки стены (мин. d=90 мм) может рассчитываться вместе. Это относится также к деревянным конструкциям с обкладкой кирпичом и с воздушной прослойкой перед кирпичной облицовкой. Здания с температурой внутреннего воздуха 12°С К/Вт.
Теплотехника легких ограждающих конструкций
Для наружных стен, чердачных перекрытий в холодных чердаках и для крыш с поверхностной общей массой менее 100 кг/м 2 требуется большая теплозащита R ⩾ 1,75 м 2 К/Вт. В рамных и каркасных сооружениях эти значения справедливы только вблизи перегородок. Для всей ограждающей конструкции в среднем эта величина должна составлять 1,0 м 2 К/Вт.
Источник: www.ocenin.ru