Строительная теплофизика является составной частью строительной физики, которая призвана решать вопросы обеспечения комфортных условий проживания человека во внутренней среде зданий. Строительная теплофизика базируется на данных строительной климатологии, содержащих обобщенную информацию о многолетних наблюдениях за состоянием погоды.
Цель курса «Строительная теплофизика» - с помощью системного изложения сформировать подход к физическойсущности теплового и влажностного режимов здания как к основе технологии обеспечения микроклимата.
В задачи дисциплины входит:
- формирование общего представления о теплотехнической роли внешней оболочки здания и работе инженерных систем, обеспечивающих его микроклимат, как о единой энергетической системе;
- обучение студента умению использовать теоретические положения и методы расчета в дальнейшей профессиональной работе.
В результате освоения дисциплины студент должен:
Знать:
- понятия, определяющие тепловой, воздушный и влажностный режимы здания, включая климатологическую и микроклиматическуютерминологию;
- законы передачи теплоты, влаги, воздуха в материалах, конструкциях и элементах систем здания и величины, определяющие тепловые и влажностныепроцессы;
- нормативы по теплозащите наружных ограждающих конструкций, нормирование параметров наружной и внутренней среды здания.
Уметь:
- формулировать и решать задачипередачитеплоты во всех элементах здания
- выполнять проверочныйрасчетзащитныхсвойств наружных ограждений.
Предмет курса. Строительная теплофизика изучает процессы передачи теплоты, переноса влаги, фильтрации воздуха в зданиях.
В основном строительная теплофизика изучает процессы, происходящие на поверхностях и в толще ограждающих конструкций здания. Значительное место в строительной теплофизике отведено наружным ограждениям, которые отделяют отапливаемые помещения от наружной среды или от неотапливаемых помещений (неотапливаемых техподполий, подвалов, чердаков, тамбуров и т.п.)
В проектировании и теплотехнической оценке наружных ограждений имеется ряд особенностей. Утепление здания - дорогостоящая и ответственная составляющая современного строительства, поэтому важно обоснованно принимать толщину утеплителя.
Научная база строительной теплофизики - теория общей термодинамики (которая требует, однако, высокой физико-математической подготовки специалистов), поэтому в инженерных расчетах используется с допущениями.
Основные понятия:
Теплообмен - любой процесс обмена энергией между телами, осуществляется при непосредственномвзаимодействии или между молекулами и атомами этих тел (теплопроводностью и конвекцией), или между молекулами и атомами одного тела и частицами (фотонами) электромагнитного излучения, испускаемого другими телами (излучение - лучистый теплообмен).
Теплота (количество тепла) - изменение энергии тела в процессе теплообмена.
Перенос тепла - в твердых материалах независимо от их структуры возникает всегда, когда имеется разница температур и количество переносимого тепла всегда пропорционально ей.
Перенос влаги и воздуха - происходит только тогда, когда энергетический уровень потенциала переноса выше энергетического уровня сопротивления переносу со стороны структуры конструкции.
Сезонная и суточная периодичность интенсивности воздействияклиматических факторов - определяет периодичность во времени атмосферныхвоздействий на ограждающие конструкции зданий.
Их значения имеют достаточно большой разброс, и описание их зависимостей лежит в рамках теории случайных величин. Строительная теплофизика стремится упростить, привести к закономерным периодическим функциям, представляя такие процессы как квазистационарных (нестационарные). Такие системы в термодинамике называются ограничено закрытыми: они закрыты для процессов массопереноса, но остаются открытыми для теплопереноса.
Ограждающие конструкцииздания - находятся в состоянии постоянного тепломассообмена ( открытые системы). При стабилизации во времени внешних условий в открытых системах устанавливается постоянное распределение значений термодинамическихпараметров. Система приходит в состояние равновесного обмена теплом и веществом с окружающей средой. Такой процесс обмена называется стационарным. Это очень удобная модель для анализа реальных условий.
Здание как единая энергетическая система.
При проектировании жилых, общественных, производственных зданий и сооружений (далее зданий и сооружений) необходимо обеспечивать их тепловую защиту с целью создания оптимальных санитарно-гигиенических условий при разумном расходовании энергоносителей на отопление зданий и сооружений.
К комплексу мероприятий по обеспечению надлежащей тепловой защиты зданий относятся:
- оптимальное объемно-планировочное решение зданий и сооружений при минимальной площади наружных ограждающих конструкций
- применение рациональных наружных ограждающих конструкций с использованием в них эффективных теплоизоляционных материалов
- использование современных методов расчета тепловой защиты зданий и сооружений, базирующихся на условиях энергосбережения.
Проектирование тепловой защиты зданий и сооружений осуществляется на основе требований:
ДСТУ-Н Б В.1.1–27:2011 «Будівельна кліматологія»;
ДБН В.2.6-31:2106 «Теплова ізоляція будівель»;
ДСТУ Б А.2.2-12:2015 «Метод розрахунку енергоспоживання при опаленні, охолодженні, вентиляції, освітленні та гарячому водопостачанні»,
а также соответствующих ДСТУ и норм проектирования зданий и сооружений, в которых приведены необходимые для расчета параметры микроклимата помещений.
То есть, помимо соответствующих теплотехнических расчетов, необходимо учитывать архитектурно-планировочные и конструктивные решения зданий (композиционное решение, ориентация, размеры и герметичность заполнения световых проемов, теплоизоляция ограждений), которые определяют эксплуатационную эффективность и экономичность искусственных средств (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха).
Следует помнить, что даже идеальные в теплотехническом отношении стены и покрытия не дадут ожидаемого эффекта, если композиция здания характеризуется чрезмерным периметром наружных стен, неглубокими помещениями, большими площадями остекления и нерациональной ориентацией по отношению к господствующим ветрам.
Поэтому, важно уже на первой стадии проектирования, когда выявляются принципиальные решения здания, определяющие его теплотехническую, гигиеническую и экономическую эффективность, правильно оценить тепловой климат и аэрационный режим места строительства по исходным данным и умело пользоваться картами строительно-климатического районирования и зон влажности территории (см. курс «Будівельна кліматологія»)
Специфика современного теплотехнического расчета наружных ограждений связана:
- с повысившимися требованиями к теплозащите зданий;
- с необходимостью учитывать роль эффективных утеплителей в ограждающих конструкциях, теплопроводность которых настолько мала, что требуют очень аккуратного отношения к подтверждению их величин в эксплуатационных условиях;
- с тем, что в ограждениях появились различные связи, сложные примыкания одного ограждения к другому, снижающие сопротивление теплопередаче ограждения. Оценка влияния различного рода теплопроводныхвключений на теплозащиту зданий должна опираться на специальные подробные исследования.
Здание как единая энергетическая система. Совокупность всех факторов и процессов (внешних и внутренних воздействий), влияющих на формирование тепловогомикроклимата помещений, называется тепловым режимом здания.
Ограждения не только защищают помещение от наружной среды, но и обмениваются с ним теплотой и влагой, пропускают воздух сквозь себя как внутрь, так и наружу.
Задача поддержания заданного теплового режима помещений здания (поддержания на необходимом уровне температуры и влажности воздуха, его подвижности, радиационной температуры помещения) возлагается на инженерные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Однако определение режима работы этих систем невозможно без учета влияния тепловлагозащитных и теплоинерционных свойств ограждений.
Поэтому система кондиционирования микроклимата помещений включает в себя:
- все инженерные средства, обеспечивающие заданный микроклимат обслуживаемых помещений;
- ограждающие конструкции здания;
- инженерные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Таким образом, современное здание – это сложная взаимосвязанная единая энергетическая система.
