Тепловлагопередача через наружные ограждения, Основы теплопередачи в здании, Теплопроводность - Строительная теплофизика
Основы теплопередачи в здании
Перемещение теплоты всегда происходит от более теплой среды к более холодной. Процесс переноса теплоты из одной точки пространства в другую за счет разности температуры называется Теплопередачей И является собирательным, так как включает в себя три элементарных вида теплообмена: Теплопроводность (кондукцию), конвекцию и излучение. Таким образом, Потенциалом переноса теплоты является Разность температуры.
Теплопроводность
Теплопроводность - вид передачи теплоты между неподвижными частицами твердого, жидкого или газообразными вещества. Таким образом, теплопроводность - это теплообмен между частицами или элементами структуры материальной среды, находящимися в непосредственном соприкосновении друг с другом. При изучении теплопроводности вещество рассматривается как сплошная масса, его молекулярное строение игнорируется. В чистом виде теплопроводность встречается только в твердых телах, так как в жидких и газообразных средах практически невозможно обеспечить неподвижность вещества.
Большинство строительных материалов являются Пористыми телами. В порах находится воздух, имеющий возможность двигаться, то есть переносить теплоту конвекцией. Считается, что конвективной составляющей теплопроводности строительных материалов можно пренебречь ввиду ее малости. Внутри поры между поверхностями ее стенок происходит лучистый теплообмен. Передача теплоты излучением в порах материалов определяется главным образом размером пор, потому что чем больше поры, тем больше разность температуры на ее стенках. При рассмотрении теплопроводности характеристики этого процесса относят к общей массе вещества: скелету и порам совместно.
Ограждающие конструкции здания, как правило, является Плоско-параллельными стенками, теплоперенос в которых осуществляется в одном направлении. Кроме того, обычно при теплотехнических расчетах наружных ограждающих конструкций принимается, что теплопередача происходит при Стационарных тепловых условиях, то есть при постоянстве во времени всех характеристик процесса: теплового потока, температуры в каждой точке, теплофизических характеристик строительных материалов. Поэтому важно рассмотреть Процесс одномерной стационарной теплопроводности в однородном материале, который описывается уравнением Фурье:
,(2.1)
Где
QT - Поверхностная плотность теплового потока, проходящего через плоскость, перпе ндикулярную Тепловому потоку, Вт/м2;
Л - Теплопроводность материала, Вт/м.оС;
T - температура, изменяющаяся вдоль оси x,ОС;
Отношение, носит название Градиента температуры, ОС/м, и обозначается Grad t. Градиент температуры направлен в сторону возрастания температуры, которое связано с поглощением теплоты и уменьшением теплового потока. Знак минус, стоящий в правой части уравнения (2.1), показывает, что увеличение теплового потока не совпадает с увеличением температуры.
Теплопроводность л является одной из основных тепловых характеристик материала. Как следует из уравнения (2.1) теплопроводность материала - это мера проводимости теплоты материалом, численно равная тепловому потоку, проходящему сквозь 1 м2 площади, перпендикулярной направлению потока, при градиенте температуры, равном 1 ОС/м (рис. 1). Чем больше значение л, тем интенсивнее в таком материале процесс теплопроводности, больше тепловой поток. Поэтому теплоизоляционными материалами принято считать материалы с теплопроводностью менее 0,3 Вт/м.оС.
Рис.1 Направления теплового потока и градиента температуры.
_______ - изотермы; --------- - линии тока теплоты.
Изменение теплопроводности строительных материалов с изменением их Плотности происходит из-за того, что практически любой строительный материал состоит из Скелета - основного строительного вещества и воздуха. К. Ф.Фокин [2] для примера приводит такие данные: теплопроводность абсолютно плотного веществе (без пор) в зависимости от природы имеет теплопроводность от 0,1 Вт/мОС (у пластмассы) до 14 Вт/мОС (у кристаллических веществ при потоке теплоты вдоль кристаллической поверхности), в то время как воздух имеет теплопроводность около 0,026 Вт/мОС. Чем выше плотность материала (меньше пористость), тем больше значение его теплопроводности. Понятно, что легкие теплоизоляционные материалы имеют сравнительно небольшую плотность.
Различия в пористости и в теплопроводности скелета приводит к различию в теплопроводности материалов, даже при одинаковой их плотности. Например, следующие материалы (табл.1) при одной и той же плотности, с0=1800 кг/м3, имеют различные значения теплопроводности [2]:
Таблица 1. Теплопроводность материалов с одинаковой плотностью 1800 кг/м3 [2].
Материал |
Теплопроводность, Вт/(м ОС) |
Цементно-песчаный раствор |
0,93 |
Кирпич |
0,76 |
Асфальт |
0,72 |
Портландцементный камень |
0,46 |
Асбестоцемент |
0,35 |
С уменьшением плотности материала его теплопроводность уменьшается, так как снижается влияние кондуктивной составляющей теплопроводности скелета материала, но, однако при этом возрастает влияние радиационной составляющей. Поэтому, уменьшение плотности ниже некоторого значения приводит к росту теплопроводности. То есть существует некоторое значение плотности, при котором теплопроводность имеет минимальное значение. Существуют оценки того, что при 20ОС в порах диаметром 1мм теплопроводность излучением составляет 0,0007 Вт/(мС), диаметром 2 мм - 0,0014 Вт/(мС) и т. д. Таким образом, теплопроводность излучением становится значимой у теплоизоляционных материалов с малой плотностью и значительными размерами пор.
Теплопроводность материала увеличивается с повышением температуры, при которой происходит передача теплоты. Увеличение теплопроводности материалов объясняется возрастанием кинетической энергии молекул скелета вещества. Увеличивается также и теплопроводность воздуха в порах материала, и интенсивность передачи в них теплоты излучением. В строительной практике зависимость теплопроводности от температуры большого значения не имеет. Для пересчета значений теплопроводности матетиалов, полученных при температуре до 100ОС, на значения их при 0ОС служит эмпирическая формула О. Е.Власова [3]:
ЛО= лT/(1+в.T),(2.2)
Где лО - теплопроводность материала при 0 ОС;
ЛT - теплопроводность материала при t ОС;
В - температурный коэффициент изменения теплопроводности, 1/ОС, для различных материалов, равный около 0,0025 1/ОС;
T - температура материала, при которой его коэффициент теплопроводности равен лT.
Для плоской однородной стенки толщиной д (рис. 2) тепловой поток, передаваемый теплопроводностью через однородную стенку, может быть выражен уравнением:
,(2.3)
Где ф1,ф2 - значения температуры на поверхностях стенки, ОС.
Рис. 2. Распределение температуры в плоской однородной стенке
Из выражения (2.3) следует, что распределение температуры по толщине стенки линейное. Величина названа Термическим сопротивлением материального слоя и обозначена RТ, м2.оС/Вт:
,(2.4)
Следовательно, тепловой поток QТ, Вт/м2, через однородную плоскопараллельную стенку толщиной Д, м, из материала с теплопроводностью л, Вт/м.оС, можно записать в виде
,(2.5)
Термическое сопротивление слоя - это сопротивление теплопроводности, равное разности температуры на противоположных поверхностях слоя при прохождении через него теплового потока с поверхностной плотностью 1 Вт/м2.
Теплообмен теплопроводностью имеет место в материальных слоях ограждающих конструкций здания.
Похожие статьи
-
Отрицательные последствия увлажнения наружных ограждений - Строительная теплофизика
Известно, что с повышением влажности материалов ухудшаются Теплотехнические качества ограждения за счет увеличения коэффициента теплопроводности...
-
При выводе общего сопротивления теплопередаче рассматривалось плоско-параллельное ограждение. А поверхности большинства современных ограждающих...
-
Основное дифференциальное уравнение и методы его решения Процесс передачи теплоты через ограждение, все параметры которого остаются неизменными во...
-
Показатели теплозащиты здания СНиП [1] устанавливает три показателя тепловой защиты здания: А) приведенное сопротивление теплопередаче отдельных...
-
Воздухопроницаемость наружных ограждений, Основные положения - Строительная теплофизика
Основные положения 2. ч). Воздухопронием через ограждения называют процесс проникновения воздуха сквозь их неплотности. Проникновение воздуха снаружи...
-
Паропроницаемость ограждений - Строительная теплофизика
Исключение конденсации водяных паров на внутренней поверхности ограждения не может гарантировать отсутствия конденсации влаги в толще ограждения. Влага в...
-
Влажностный режим ограждений тесно связан с их тепловым режимом, поэтому он изучается в курсе Строительной теплофизики. Увлажнение строительных...
-
Коэффициент теплоусвоения материала - Строительная теплофизика
Если представить себе полуограниченный массив какого-либо однородного материала, на плоскую поверхность которого воздействует гармонический тепловой...
-
Конвекция - Строительная теплофизика
Конвекция - перенос теплоты движущимися частицами вещества. Конвекция имеет место только в жидких и газообразных веществах, а также между жидкой или...
-
Требуемое (нормируемое) сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции - это минимально допустимое сопротивление теплопередаче для рассматриваемого...
-
Коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения - Строительная теплофизика
Отношение амплитуды колебания теплового потока АQ, воздействующего на внутреннюю поверхность ограждения, к амплитуде колебаний температуры на этой...
-
Излучение - Строительная теплофизика
Излучение (лучистый теплообмен) - перенос теплоты с поверхности на поверхность через лучепрозрачную среду электромагнитными волнами, трансформирующимися...
-
Конструирование ограждающей конструкции с теплотехнической точки зрения В общем случае ограждение состоит из конструктивного слоя, теплоизоляционного...
-
Расчетные параметры наружной среды для теплотехнических расчетов Холодный период года и отопительный период Уровень теплозащиты ограждающих конструкций в...
-
Следует иметь в виду влияние на воздухопроницаемость конструкции, имеющиеся в ней какие-либо включения. Например, в кладке из кирпича или ячеистобетонных...
-
Требуемые сопротивления паропроницанию ограждения Требуемые сопротивления паропроницанию ограждения между внутренней средой и плоскостью возможной...
-
Теплопередача через многослойную стенку - Строительная теплофизика
Если с одной стороны многослойной стенки, состоящей из n слоев, поддерживается температура T В , а с другой стороны T Н < t В , то возникает тепловой...
-
Теплоустойчивость помещения, Температура помещения - Строительная теплофизика
Теплоустойчивость Помещения - это его свойство поддерживать относительное постоянство температуры при изменении тепловых воздействий. Теплоустойчивость...
-
Инъекционные растворы фирмы "Триада Холдинг" успешно решают проблемы протечек в строительстве. Они представляют, собой однокомпонентные полиуретановые...
-
Метод сложения проводимостей - Строительная теплофизика
Для плоских ограждающих конструкций с теплопроводными включениями толщиной больше 50% толщины ограждения теплопроводность которых не превышает...
-
Термическое сопротивление воздушной прослойки - Строительная теплофизика
Для внесения единообразия сопротивление теплопередаче Замкнутых воздушных прослоек , расположенных между слоями ограждающей конструкции, называют...
-
Постоянный рост цен на тепловую энергию, в последние годы происходящий наиболее быстро, делает весьма актуальной задачу по определению Экономически...
-
Расчетная температура наружного воздуха - Строительная теплофизика
Самые холодные погодные условия в пределах отопительного периода года описываются Расчетными значениями климатических параметров . Они не являются...
-
Теплоустойчивость ограждения Часто при определении нагрузок на системы кондиционирования воздуха возникают задачи, связанные с оценкой периодически...
-
Здание как единая энергетическая система - Строительная теплофизика
Совокупность всех факторов и процессов (внешних и внутренних воздействий), влияющих на формирование теплового микроклимата помещений, называется Тепловым...
-
Коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях - Строительная теплофизика
Рассмотрим стенку, отделяющую помещение с температурой tВ от наружной среды с температурой tН. Наруружная поверхность путем конвекции обменивается...
-
Назначение опалубки Большую часть объема монолитного бетона и железобетона применяют для возведения конструкций нулевого цикла и только 20...25%...
-
Воздухопроницаемость строительных материалов - Строительная теплофизика
Строительные материалы в основной своей массе являются пористыми телами. Размеры и структура пор у различных материалов неодинакова, поэтому...
-
Расчет колонн Для расчета колонны на несущую способность использованы следующие данные: Железобетонная колонна сечением 400Ч300 мм; бетон тяжелый класса...
-
Влажность материала, Сорбция и десорбция - Строительная теплофизика
В капиллярно-пористых материалах в естественной воздушной среде всегда находится некоторое количество химически несвязанной влаги. Если образец...
-
Основы производства керамических материалов - Керамические строительные материалы
Основным сырьевым компонентом керамических строительных материалов является Глина - осадочная горная порода, состоящая из природных водных алюмосиликатов...
-
Комфортность тепловой обстановки в помещении, Тепловой баланс человека - Строительная теплофизика
Внутренние Тепловые условия в помещении ( Микроклимат ) могут быть заданы с 3-х позиций: - Комфортность для человека - Оптимальность для технологического...
-
Связь влаги со строительными материалами - Строительная теплофизика
По характеру своего взаимодействия с водой твердые тела делятся на Смачиваемые (гидрофильные) и Несмачиваемые (гидрофобные) . К гидрофильным строительным...
-
Индустриализация строительства означает перевод его на методы стационарного промышленного производства. Иными словами, идет непрерывное превращение...
-
Определить термические сопротивления наружных ограждений Отапливаемые помещения теряют теплоту через ограждения вследствие разности температур...
-
Характеристика объекта Район строительства город Уфа. Назначение объекта: жилое 3-х этажное здание. Габариты здания: 32000*13000 Высота этажа 3 метра....
-
Величина приведенного сопротивления воздухопроницанию окон жилых, общественных и производственных зданий RИнф, м2.Ч/кг при ?P= 10 Па, должна по...
-
Общественные здания и их комплексы - это искусственная среда, в которой протекают один или несколько взаимно связанных процессов общественной...
-
Строительное производство, строительная продукция - Основы строительного производства
Термин "Организация" имеет множество толкований, но по своей сути он означает: анализ структуры, строения, состава чеголибо совокупность людей либо...
-
Условия комфортности температурной обстановки в помещении - Строительная теплофизика
I условие комфортности касается общей температурной обстановки в помещении. Оно устанавливает связь между температурой воздуха и радиационной...
Тепловлагопередача через наружные ограждения, Основы теплопередачи в здании, Теплопроводность - Строительная теплофизика