Рекомендуем вам также следующие ресурсы по темам, связаным с домами - строительство, недвижимость, дизайн интерьера :




 Новостройки и новые жилищные комплексы, обзоры

 



Архитектурное бюро Глушкова

ТЕПЛОФИЗИКА СТРОИТЕЛЬНАЯ

 
ТЕПЛОФИЗИКА СТРОИТЕЛЬНАЯ — раздел строительной физики, рассматривающий процессы передачи тепла и его влияние на другие физические процессы в зданиях и их конструкциях и устанавливающий методы расчета этих процессов. Методы строительной теплофизики широко используются при проектировании ограждающих конструкций, основное назначение которых — обеспечение (с учетом действия систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха) температурно-влажностных гигиенических условий в жилых и общественных зданиях и для производственных процессов — в промышленных. Значение строительной теплофизики особенно велико при широком распространении в строительстве индустриальных облегченных ограждающих конструкций.
 
В связи с необходимостью уточнения инженерных методов расчета в строительной теплофизике используются данные смежных областей науки, в частности для расчетов переноса тепла и вещества — методы моделирования и теории подобия, обеспечивающие практический эффект при разнообразии внешних условий теплообмена и геометрических соотношений поверхностей и объемов в зданиях.Одной из основных задач строительной теплофизики является обеспечение необходимых теплофизических качеств наружных ограждающих конструкций. Это достигается приданием конструкциям необходимого сопротивления теплопередачи, а также теплоустойчивости; допустимая проницаемость воздуха ограничивается требуемым сопротивлением воздухопроницанию; нормальное влажностное состояние обеспечивается уменьшением начальной влажности конструкции, соответствующим расположением конструктивных слоев с различными свойствами в отношении перемещения водяного пара и влаги и устройством влагоизоляции.
 
Величина обеспечивает в самый холодный период года гигиенически допустимые температурные условия на поверхности конструкции, обращенной в помещение, и ограничивает потери тепла. Теплоустойчивость конструкции выражается ее свойством сохранять относительное постоянство температуры при периодичных колебаниях температуры воздушной среды, граничащей с конструкцией, и потока тепла, проходящего через последнюю. Для определения необходимой теплоустойчивости ограждающих конструкций при периодических колебаниях температуры наружного воздуха (например, в летних условиях для юго-восточных районов СССР) или внутреннего воздуха в помещениях с неравномерно действующим отоплением (например, местными печами) в строительной теплофизике применяются методы расчета, вытекающие из решений дифференциальных уравнений для неустановившихся условий теплообмена, учитывающие гармоничные колебания температуры воздушной среды и вызываемые ими явления остывания и нагрева конструкций.
 
В этих условиях для технических расчетов важны следующие обобщенные характеристики данного процесса: 1) коэффициент теплоусвоения (S) поверхности конструкции, равный отношению амплитуды (Л колебаний потока тепла, проходящего через эту поверхность, к амплитуде (Ai) колебаний температуры самой поверхности (т. е. S = Aq/Ai); 2) безразмерная характеристика тепловой инерции (массивности конструкции Z), пропорциональная числу тепловых волн, укладывающихся по толщине данной конструкции; 3) величина сквозного затухания v, показывающая, во сколько раз уменьшается амплитуда колебаний температур при передаче тепла от наружного воздуха через ограждающую конструкцию до ее внутренней поверхности.
 
Коэффициент теплоусвоения поверхности однородной массивной конструкции зависит от физических свойств материала, а именно коэффициент теплопроводности л, удельной теплоемкости с и объемного веса у, а также от круговой частоты с периодичными колебаний температуры у поверхности конструкции. Понятие о коэффициенте теплоусвоения (S) поверхности массивной конструкции (S) = позволяет установить ее безразмерную характеристику тепловой инерции D = RS (где R = 6А — термическое сопротивление конструкции), а также толщину ее поверхностного слоя (65 = X/S) в котором резкие периодичные колебания температур затухают примерно в два раза.Физические свойства материала, из которого выполнен такой слой резких колебаний, в значительной мере определяют степень и особенности теплоустойчивости конструкции в целом (см. Теплоизоляция).
 
Нарушение одномерности температурного поля внутри ограждающих конструкций в углах, стыках, местах теплопроводных включений связано в зимнее время с понижением температуры на поверхности конструкции, обращенной в помещение, что требует соответствующего повышения теплозащитных свойств. Методы расчета связаны в этих случаях с численным решением дифференциального уравнения двухмерного температурного поля (уравнение Лапласа). Результаты такого решения обычно удается представить в виде формул или обобщенных графиков, с помощью которых можно определить температуру на внутренней поверхности конструкции или изменение ее фактического сопротивления теплопередаче.
 
Распределение температур в ограждающих конструкциях зданий существенно зависит от проникания внутрь конструкции холодного воздуха.Фильтрация воздуха происходит в основном через окна, стыки конструкций и другие неплотности, но в некоторой мере и сквозь толщину самих ограждений.Изменения температурного поля, вызванные фильтрацией, и снижение теплозащитных свойств конструкции определяются расчетами, учитывающими воздухопроницаемость и основанными на решении дифференциального уравнения температурного поля, осложненного наличием фильтрации воздуха. Сопротивление воздухопроницанию всех элементов ограждений зданий должно быть больше требуемых величин, установленных опытным путем и указанных в Строительных Нормах и Правилах.
 
При изучении влажностного состояния ограждающих конструкций в строительной теплофизике рассматриваются процессы переноса влаги. Теория переноса влаги развивается на основе потенциала влажности материалов, зависящего от их свойств влагопоглощения. В пределах гигроскопической влажности материалов перенос влаги происходит в основном только за счет диффузии в парообразной фазе и в качестве потенциала переноса в этом случае принимается парциальное давление водяного пара в воздухе, заполняющем поры материала. Получивший распространение в проектной практике СССР графоаналитический метод расчета количества конденсирующейся внутри конструкции влаги, при диффузии водяного пара в установившихся условиях, дает результаты, которые совпадают с действительностью и с данными более точных методов расчета (по нестационарным условиям) только в том случае, если ограждающая конструкция может быстро достигнуть состояния влажностного равновесия с окружающей средой. Это характерно для конструкций, внутренняя часть которых обладает малым сопротивлением паропроницанию, а теплоизоляционный материал — малой влагоемкостью.
 
При расчете количества конденсата внутри подобных конструкций температура наружного воздуха, необходимая для построения линий парциальных давлений внутри ограждений, должна приниматься средней за расчетную часть холодного периода года. В условиях установившейся диффузии водяного пара фактическая кривая парциального давления пара является прямой или ломаной линией, положение которой определяется значениями этого давления во внутреннем и в наружном воздухе и сопротивлениями паропроницанию отдельных слоев. Если эта линия нигде не пересекается с кривой давления насыщенного водяного пара, то, очевидно, конденсации не может быть, и влажность материала не будет превышать равновесной величины.
 
Рассмотренные выше процессы переноса тепла, воздуха и влаги взаимно связаны между собой и влияют друг на друга. Система дифференциальных уравнений, учитывающая сложность этих процессов и их взаимосвязь, аналитически может быть решена только для простейших случаев. Решение для сложных условий возможно с помощью счетно-решающих устройств. В строительной теплофизике широко применяются такие устройства, в том числе основанные на методах аналогии (электрические и гидравлические интеграторы).
 
Большое значение в строительной теплофизике имеют натурные и лабораторные исследования полей температуры и влажности в ограждающих конструкциях, а также определения теплофизических характеристик строительных материалов и конструкций в целом. Строительная теплофизика — один из наиболее развитых разделов строительной физики, оказавший большую практическую помощь строительству в СССР при переходе к индустриальным методам изготовления и монтажа крупноэлементных зданий.
 
Лит.: Фокин К. Ф., Строительная теплотехника ограждающих частей зданий, 3 изд., М., 1953; Шкловер А. М., Васильев Б. Ф., Ушков Ф. В., Основы строительной теплотехники жилых и общественных зданий, М., 1956; Лыков А. В., Теоретические основы строительной теплофизики, Минск, 1961; его же, Теория теплопроводности, М., 1952; Ильинский В. М., Проектирование ограждающих конструкций зданий (с учетом физико-климатических воздействий), 2 изд., М., 1964; Лукьянов B.C., Головко М. Д., Расчет глубины промерзания грунтов, М., 1957.
 
 
 

« ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ »