Строительная теплотехника Преподаватель Соколов Александр Николаевич 2

Строительная теплотехника Преподаватель Соколов Александр Николаевич

2 Лекция 01 - Тезисы • Процессы переноса тепла и вещества. Стационарные условия. Теплопередача. Температурное поле • Климат и микроклимат помещений. Влажность воздуха.

3 Литература - Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. Изд. 4 -е, перераб. и доп. / Фокин К. Ф. – М. , Стройиздат, 1973, с. 287. - Основы гидравлики и теплотехники: учебник для студ. учреждений высш. проф. образования / Н. Н. Лапшев, Ю. Н. Леонтьева. – М. : Издательский центр «Академия» , 2012. – 400 с.

4 Нормативные документы • СНи. П 23 -02 -2003 «Тепловая защита зданий» • СП 50. 13330. 2012 «Проектирование тепловой защиты зданий»

5 Региональные нормы • ТСН 23 -340 -2003 «Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий» • РМД (Региональные методические документы) «Рекомендация по обеспечению энергетической эффективности жилых и общественных зданий»

6 Строительная теплотехника Изучает теплопередачу и воздухопроницание через ограждающие конструкции (ОК) зданий, влажностный режим ОК, связанный с процессом теплопередачи, что необходимо для рационального проектирования наружных ОК

7 Процессы переноса тепла и вещества, происходящие в конструкциях и помещениях зданий • Процесс переноса тепла • Процесс переноса влаги • Процесс переноса воздуха

8 Потенциалы переноса - термодинамические параметры, вызывающие перенос, то есть определяющие направление и интенсивность процессов теплообмена и массообмена

9 Система, в которой устанавливается постоянное распределение значений температур или давлений, приходит в состояние постоянного равновесного обмена теплом или веществом с окружающей средой. Установившийся процесс такого постоянного обмена называется стационарным.

10 Тепловой режим здания - Совокупность всех факторов и процессов, определяющих тепловую обстановку в его помещениях Тепловой режим определяет ощущение теплового комфорта людей

11 Тепловой баланс человека

12 Общий тепловой (энергетический баланс человека Q ± Qк ± Qл - Qи - Qр - Qф ± ΔQ = 0 Q – количество энергии вырабатываемое организмом Qк, Qл, Qи – составляющие теплообмена конвекцией, излучением и за счёт испарения влаги Qр – расход тепла (энергии) на механическую работу Qф – расход тепла на физиологические процессы ΔQ – избыток или недостаток тепла в организме

13 Тепловой баланс человека • Количество тепла, отдаваемого организмом, зависит от параметров микроклимата в помещении • Величина и направление конвективного теплообмена человека с окружающей средой определяется: - температурой окружающей среды; - атмосферным давлением; - подвижностью и влагосодержанием воздуха. • Теплоотдача за счет теплопроводности мала.

14 Тепловой баланс человека • Лучистый поток при теплообмене излучением зависит от разности температуры тела человека и окружающей среды. Излучение тепла в окружающую среду происходит при температуре среды ниже температуры поверхности одежды (27 -30 о. С) и открытых частей тела (33, 5 о. С) и наоборот. • Количество теплоты, отдаваемой в окружающий воздух с поверхности тела при испарении пота, зависит от: - температуры воздуха и интенсивности работы; - скорости окружающего воздуха и его относительной влажности. • Комфортные условия для организма человека обеспечиваются при соблюдении теплового баланса.

15 Теплопродукция организма взрослого человека

16 Микроклимат помещений Создаётся воздушным и радиационным режимами

17 Воздушный режим - Взаимодействие температуры, влажности и подвижности воздуха

18 Температура внутреннего воздуха • Пониженная – 8 -12 °С – слабо отапливаемые помещения • Нормальная – 12 -15 °С – помещения, где люди заняты физической работой – 18 -20 °С – помещения, где люди находятся в малоподвижном состоянии, не требующем физического напряжения • Повышенная – 21 -23 °С – помещения для точной работы, не связанной с физическими усилиями

19 Радиационный режим - теплообмен излучением между человеком и окружающими его ОК и между человеком и наружным пространством через проёмы

20 Радиационная температура - усреднённая температура внутренних поверхностей помещения

21

22 Область температур обеспечивающая комфортное тепловое состояние человека в отапливаемом помещении

23 Параметры микроклимата воздушной среды, которые обуславливают оптимальный обмен веществ в организме и при которых нет неприятных ощущений и напряженности системы терморегуляции, называются комфортными. Основные параметры микроклимата помещений: - температура воздуха в помещении и ее колебания в течение суток и года; - температура внутренних поверхностей помещения; - влажность и чистота воздуха в помещении; - скорость движения (подвижность) воздуха. Для северных широт рекомендуется вводить дополнительный показатель микроклимата помещений – температуру пола

24 • • (Архитектурная физика под ред. Н. В. Оболенского) 24

25

26 Гигиенические требования к параметрам микроклимата жилища для различных возрастных групп

27 Влажность воздуха • • Влагосодержание Абсолютная влажность Упругость водяного пара Упругость насыщенного водяного пара (максимальная упругость) • Относительная влажность • Точка росы

28 Влагосодержание - масса водяного пара, приходящаяся на единицу массы сухого воздуха

29 Абсолютная влажность - масса влаги (водяного пара), содержащаяся в единице объёма воздуха

30 Упругость водяного пара - парциальное давление водяного пара

31 Упругость насыщенного водяного пара (максимальная упругость) - парциальное давление насыщенного водяного пара

32 Уравнение состояния идеального газа Из уравнения можно выразить где μ – молярная масса водяного пара; R – универсальная газовая постоянная; T – абсолютная температура воздуха (по шкале Кельвина).

33

34 Относительная влажность выражает степень насыщения воздуха водяным паром

35 Относительная влажность внутреннего воздуха • Менее 50% - сухие помещения • 50 -60% - помещения с нормальной влажностью • 61 -75% - влажные помещения • Более 75% - помещения с мокрым режимом

36

37 Точка росы - температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе данной влажности становится насыщенным

38

39 Исключение выпадения конденсата на внутренней поверхности ОК

40 Влажностный режим помещения Влажность воздуха в % при температуре До 12°С Свыше 12°С до 24°С Свыше 24°С Сухой До 60 До 50 До 40 Нормальный Св. 60 до 75 Св. 50 до 60 Св. 40 до 50 Влажный Св. 75 Св. 60 до 75 Св. 50 до 60 Мокрый - Св. 75 Св. 60

41 Нормируемый температурный перепад

42 Исходными данными для теплотехнического проектирования ОК являются • Климатические особенности местности (наружный климат) • Назначение здания (микроклимат здания)

43 Климат - многолетний режим погоды, характеризующийся однотипными показателями метеорологических элементов над обширными территориями

44 Элементы климата • • • Температура воздуха Влажность воздуха Ветер Солнечная радиация Осадки, снежный покров

45 • Климатология – наука о климате • Архитектурная климатология – изучает взаимодействие климата, архитектурнопланировочной структуры городов и архитектуры зданий • СНи. П 23 -01 -99 «Строительная климатология»

46 Климатологические параметры холодного периода года

47 Характерные виды погоды • Ниже -12°С – очень холодная • Ниже 8°С – холодная, требующая отопления • 8 -15°С – прохладная • 16 -28°С – тёплая • Выше 28°С – жаркая • Выше 32°С – очень жаркая

48 Температура наружного воздуха • Абсолютная температура • Средняя, максимальная и минимальная температуры • Средняя температура днём и ночью • Среднемесячную температуру воздуха, характеризующую сезон

49 В качестве расчётных температур принимается • Для массивных конструкций – средняя наиболее холодной пятидневки; • Для лёгких конструкций – средняя температура наиболее холодных суток; • Для конструкций средней массивности – полусумма этих температур

50 Ветер - перемещение воздуха, вызванное неравномерным распределением атмосферного давления на земной поверхности вследствие неодинакового нагрева подстилающей поверхности

51 Роза ветров и данные для её построения – роза ветров по повторяемости направления ветра, %; роза ветров по скорости, м/с

52 Температурное поле - одновременное распределение температур в рассматриваемой среде

53 Изолинии температур двумерного поля: x, y – направление координат t = f (x, y)

54 Градиент температуры

55 • Тепловой поток – количество теплоты переносимое за единицу времени • Плотность теплового потока – количество теплоты, переносимое за единицу времени через единицу площади

56 Однородное температурное поле в плоской протяжённой стене: t = f(x); t – изолинии температур; Q – направление потока тепла

57 Схема распределения температур и одномерного направления потоков тепла в плоских ограждающих конструкциях, однородных в теплофизическом отношении t 1 – конструкция, выполненная из одного материала; б – конструкция слоистая, выполненная из различных материалов; а -t 4 - изолинии распределения температур; Q – одномерное направление потока тепла нормальное к изолиниям температур

58 Элементы формирования двумерных (1, 2, 3, 4) и трёхмерных (5, 6, 7) температурных полей в наружных ограждениях здания

59 Двумерные (плоские) температурные поля геометрически сложных элементов однородных наружных стен: а – наружного угла; б - простенка