Предмет строительной теплофизики

Предмет строительной теплофизики

Строительная теплофизика – наука, изучающая проблемы теплового, воздушного и влажностного состояний внутренней среды и ограждающих конструкций зданий любого назначения и занимающаяся вопросами создания микроклимата в помещениях, применяя системы кондиционирования (отопления –охлаждения и вентиляции) с учетом влияния наружного климата через ограждения.

Для понимания формирования микроклимата и определения возможных способов воздействия на него необходимо знать законы лучистого, конвективного и струйного теплообмена в помещении, уравнения общего теплообмена поверхностей помещения и уравнение теплообмена воздуха. На основе закономерностей теплообмена человека с окружающей средой формируются условия теплового комфорта в помещении.

Основное сопротивление потере теплоты из помещения оказывают теплозащитные свойства материалов ограждения, поэтому закономерности процесса теплопередачи через ограждения являются важнейшими при расчете системы отопления помещений. Влажностный режим ограждения является одним из основных при расчете теплопередачи, поскольку переувлажнение приводит к заметному снижению теплозащитных свойств и долговечности конструкции.

С тепловым режимом здания тесно связан и воздушный режим ограждений, поскольку инфильтрация наружного воздуха требует затрат теплоты на его подогрев, а эксфильтрация влажного внутреннего воздуха увлажняет материал ограждений.

Изучение выше рассмотренных вопросов позволят решать задачи создания микроклимата в зданиях в условиях эффективного и экономного расходования топливно-энергетических ресурсов.

Тепловой режим здания

Тепловым режимом здания называется совокупность всех факторов и процессов, определяющих тепловую обстановку в его помещениях.

Совокупность всех инженерных средств и устройств, обеспечивающих заданные условия микроклимата в помещениях здания, называют системой кондиционирования микроклимата (СКМ).

Под действием разности наружной и внутренней температур, солнечной радиации и ветра помещение теряет теплоту через ограждения зимой и нагревается летом. Гравитационные силы, действие ветра и вентиляция создают перепады давлений, приводящие к перетеканию воздуха между сообщающимися помещениями и к его фильтрации через поры материала и неплотности ограждений.

Атмосферные осадки, влаговыделения в помещениях, разность влажности внутреннего и наружного воздуха приводят к влагообмену в помещении, через ограждения, под влиянием которого возможно увлажнение материалов и ухудшение защитных свойств и долговечности наружных стен и покрытий.

Процессы, формирующие тепловую обстановку помещения, необходимо рассматривать в неразрывной связи между собой, так как их взаимное влияние может оказаться весьма существенным.

Общая схема теплообмена в помещении

Тепловая обстановка в помещении определяется совместным действием ряда факторов: температуры, подвижности и влажности воздуха помещения, наличием струйных течений, распределением параметров воздуха в плане и по высоте помещения, а также радиационным излучением окружающих поверхностей, зависящим от их температуры, геометрии и радиационных свойств.

Для изучения формирования микроклимата, его динамики и способов воздействия на него нужно знать законы теплообмена в помещении.

Виды теплообмена в помещении: конвективный - возникает между воздухом и поверхностями ограждений и приборов системы отопления – охлаждения, лучистый - между отдельными поверхностями. В результате турбулентного перемешивания неизотермических струй воздуха с воздухом основного объема помещения происходит «струйный» теплообмен. Внутренние поверхности наружных ограждений в основном теплопроводностью через толщину конструкций передают теплоту наружному воздуху.

Тепловой баланс любой поверхности i в помещении может быть представлен на основе закона сохранения энергии уравнением:

где Лучистая Лi, конвективная Кi, Тi кондуктивная, составляющие теплообмена на поверхности.

 

Влага воздуха помещения

При расчете влагопередачи через ограждения необходимо знать влажностное состояние воздуха в помещении, определяемое выделением влаги и воздухообменом. Источниками влаги в жилых помещениях являются бытовые процессы (приготовление пищи, мытье полов и пр.), в общественных зданиях - находящиеся в них люди, в промышленных зданиях - технологические процессы.

Количество влаги в воздухе определяется eгo влагосодержание d, г влаги на 1 кг сухой части влажного воздуха. Кроме тoгo, eгo влажностное состояние характеризуется упругостью или парциальным давлением водяных паров е, Па, или относительной влажностью водяных паров φ, %,

φ=е/Е*100%,

Е- максимальная упругость при данной температуре.

Воздух обладает определенной влагоудерживающей способностью.

Чем суше воздух, тем с большей силой удерживается в нём водяной пар. Упругость водяного пара е отражает свободную энергию влаги в воздухе и возрастает от 0 (сухой воздух) до максимальной упругости Е, соответствующей полному насыщению воздуха.

Диффузия влаги происходит в воздухе от мест с большей упругостью водяных паров к местам с меньшей упругостью.

Влагосодержание d возрастает с увеличением упругости водяного пара е и воздуха и изменение d от е определяет влагоёмкость воздуха. Влагоемкость воздуха η_возд, г/(кг·Па), показывает, на сколько возрастает влагoсодержание воздуха ∆d, г/кг, при увеличении упругости ∆е на 1 Па.

η_возд= ∆d /∆е.

Упругость полного насыщения воздуха Е, Па, зависит от температуры t_нас и с ее возрастанием увеличивается. Величина Е определяется:

Если необходимо знать температуру t_нас, которой соответствует то или иное значение Е, можно определить:

 

Воздушный режим здания

Воздушным режимом здания называют совокупность факторов и явлений, определяющих общий процесс обмена воздуха между всеми eгo помещениями и наружным воздухом, включающий перемещение воздуха внутри помещений, движение воздуха через ограждения, проемы, каналы и воздуховоды и обтекание здания потоком воздуха.

Воздухообмен в здании происходит под действием естественных сил и работы искусственных побудителей движения воздуха. Наружный воздух поступает в помещения через неплотности ограждений или по каналам приточных вентиляционных систем. Внутри здания воздух может перетекать между помещениями через двери и неплотности во внутренних конструкциях. Внутренний воздух удаляется из помещений за пределы здания через неплотности наружных ограждений и по вентиляционным каналам вытяжных систем.

Естественными силами, вызывающими движение воздуха в здании, являются гравитационное и ветровое давления.

Расчётная разность давлений:

1-ая часть-гравитационное давление, 2-ая-часть ветровое давление.

где Н-высота здания от поверхности земли до верха карниза.

-max из средних скоростей по румбам за январь.

С_н,С_п-аэродинамические коэффициенты с подветренной и наветренной поверхностей ограждения здания.

К_i-коэф. учёта изменения скоростного давления ветра.

Температура и плотность воздуха внутри и снаружи здания обычно неодинаковы, в результате чего гравитационное давление по сторонам ограждений оказывается разным. За счет действия ветра на наветренной стороне здания создается подпор, а на поверхностях ограждений возникает избыточное статическое давление. На заветренной стороне образуется разрежение и статическое давление оказывается пониженным. Таким образом, при ветре давление с внешней стороны здания отличается от давления внутри помещений. Воздушный режим связан с тепловым режимом здания. Инфильтрация наружного воздуха приводит к дополнительным затратам теплоты на его подогрев. Эксфильтрация влажного внутреннего воздуха увлажняет и снижает теплозащитные свойства ограждений. Положение и размеры зоны инфильтрации и эксфильтрации в здании зависят от геометрии, конструктивных особенностей, режима вентилирования здания, а также от района строительства, времени года и параметров климата.

Между фильтрующимся воздухом и ограждением происходит теплообмен, интенсивность которого зависит от места фильтрации в конструкции (массив, стык панелей, окна, воздушные прослойки). Так, возникает необходимость в расчетах воздушного режима здания: определении интенсивности инфильтрации и эксфильтрации воздуха и решении задачи теплопередачи отдельных частей ограждения при наличии воздухопроницания.

Инфильтрация-проникновение воздуха в помещение.

Эксфильтрация-уход воздуха из помещения.

 

 

Предмет строительной теплофизики

Строительная теплофизика – наука, изучающая проблемы теплового, воздушного и влажностного состояний внутренней среды и ограждающих конструкций зданий любого назначения и занимающаяся вопросами создания микроклимата в помещениях, применяя системы кондиционирования (отопления –охлаждения и вентиляции) с учетом влияния наружного климата через ограждения.

Для понимания формирования микроклимата и определения возможных способов воздействия на него необходимо знать законы лучистого, конвективного и струйного теплообмена в помещении, уравнения общего теплообмена поверхностей помещения и уравнение теплообмена воздуха. На основе закономерностей теплообмена человека с окружающей средой формируются условия теплового комфорта в помещении.

Основное сопротивление потере теплоты из помещения оказывают теплозащитные свойства материалов ограждения, поэтому закономерности процесса теплопередачи через ограждения являются важнейшими при расчете системы отопления помещений. Влажностный режим ограждения является одним из основных при расчете теплопередачи, поскольку переувлажнение приводит к заметному снижению теплозащитных свойств и долговечности конструкции.

С тепловым режимом здания тесно связан и воздушный режим ограждений, поскольку инфильтрация наружного воздуха требует затрат теплоты на его подогрев, а эксфильтрация влажного внутреннего воздуха увлажняет материал ограждений.

Изучение выше рассмотренных вопросов позволят решать задачи создания микроклимата в зданиях в условиях эффективного и экономного расходования топливно-энергетических ресурсов.

Тепловой режим здания

Тепловым режимом здания называется совокупность всех факторов и процессов, определяющих тепловую обстановку в его помещениях.

Совокупность всех инженерных средств и устройств, обеспечивающих заданные условия микроклимата в помещениях здания, называют системой кондиционирования микроклимата (СКМ).

Под действием разности наружной и внутренней температур, солнечной радиации и ветра помещение теряет теплоту через ограждения зимой и нагревается летом. Гравитационные силы, действие ветра и вентиляция создают перепады давлений, приводящие к перетеканию воздуха между сообщающимися помещениями и к его фильтрации через поры материала и неплотности ограждений.

Атмосферные осадки, влаговыделения в помещениях, разность влажности внутреннего и наружного воздуха приводят к влагообмену в помещении, через ограждения, под влиянием которого возможно увлажнение материалов и ухудшение защитных свойств и долговечности наружных стен и покрытий.

Процессы, формирующие тепловую обстановку помещения, необходимо рассматривать в неразрывной связи между собой, так как их взаимное влияние может оказаться весьма существенным.