Основы строительной теплотехники

Строительная теплотехника изучает процессы, происходящие в ограждающих конструкциях при передачи теплоты. Это необходимо для разработки конструкций с заданными теплофизическими свойствами. К этим свойствам относят способность защитить помещения от охлаждения зимой, перегрева летом, обеспечить нормативный перепад между температурой внутреннего воздуха и внутренней поверхности стены, способность поддерживать внутри конструкции температурно-влажностный режим, обеспечить минимальное увлажнение материалов в процессе эксплуатации.

Виды теплопереноса:

• Теплопроводность ( кондукция)- перенос тепла при непосредственном соприкосновение тел или их частей с различной температурой. Характерен для твердых тел, а также для газов, жидкостей, в которых отсутствует видимый перенос массы.
• Конвекция- перенос теплоты за счет перемещения в пространстве массы газообразного, жидкого, сыпучего вещества.
• Тепловое излучение (радиация)- перенос теплоты от одних тел к другим электромагнитными волнами. В этом процессе внутренняя энергия тела превращается в энергию электромагнитного поля, поглощаемую другим телом и выделяемую в виде теплоты.

Теплопроводность

связана с разделением температур внутри тела.

Совокупность мгновенных значений температуры во всех точках тела называется температурным полем. Температура в общем случае- функция координат и времени τ, т.е. t=f(x;y;z; τ).

Если температура меняется во времени, то поле неустановившееся (нестационарное), если не меняется- установившееся (стационарное). В зависимости от числа рассматриваемых координат, поле может быть одно-, двух-, трехмерным.

Геометрическое место точек с одинаковой температурой представляют собой изотермическую поверхность. Наиболее интенсивное изменение температуры в теле происходит по нормали к изотермической поверхности. Предел отношения изменения температуры к расстоянию между изотермами называется градиентом температур и обозначается

Lim(∆t/∆n)= ∂t/∂n=grad t=∆t

∆

n→0

Градиент температур- вектор, направленный в сторону повышения температуры.

Фурье изучая теплопроводность в твердых телах установил, что количество теплоты, прошедшие через изотермическую поверхность, пропорциональны градиенту температур. Площади и времени

Q=- λ (∂t/∂n) F τ ; для плотности теплового потока q= Q / F τ =- λ ∂t/∂n (1)

Знак «-« показывает, что вектор градиента температур и теплового потока направлен навстречу друг другу. Плотность теплового потока измеряется в Вт/м2, в технической системе в ккал/(м2*ч).

Соотношение этих единиц 1 ккал/(м2*ч).=1,163 Вт/м2

Коэффициент теплопроводности λ- количество теплоты, переносимой через 1 м2 изотермической поверхности в единицу в единицу времени при градиенте температур равной 1. в соответствие с физическим смыслом Вт/м*К, в техническом смысле –ккал/(м*ч*оС). Для расчетов берется из справочника. Зависит от температуры, плотности, структуры, пористости, влажности.

Теплопроводность однородной стенки. Рассмотрим стенку толщиной δ, выполнена из однородного материала с постоянным коэффициентом теплопроводности. На внешней поверхности поддерживаются постоянные температуры t1ст> t2ст вектор q направлен вдоль оси x

Температурное поле одномерное, изотермические поверхности- плоские,

Режим- стационарный. Выделим внутри стенки слой dx, для найдем на основание уравнения (1) dt=-q/λ dx Получим

q=( λ/δ)( t1ст> t2ст)= (t1ст> t2ст) /R, величина δ/ λ= R –термическое сопротивление, определяющее интенсивность падения температуры в стенке м2*К/Вт; м2*ч* оС/ккал

Рассмотрим многослойную конструкцию, состоящую из слоев δ1, δ2, δ3 с коэффициентами теплопроводности λ1, λ2, λ3 . Температуры: внутреннего слоя- t1ст, внешнего слоя t4ст , в плоскости контакта слоев t2ст , t3ст .

При стационарном режиме плотность одинаковая для всех слоев, поэтому

q =( t1ст- t2ст ) /R1 = (t2ст- t3ст ) /R2= (t3ст –t4ст ) /R3 , получим q =(t1ст- t4ст )/ R1+R2 +R3