бөлім Құрылыс жылу техникасының негіздері

Тема 3 тақырып Қоршаулардың жылу қорғау қасиеттері. (2 сағ.)

Жоспар

3.1 Қоршаушы құрылымдардан жылудың таратылуы.

3.2 Тұрақталған ағымдағы қоршаушы құрылымдардың теплофизикалық есебі.

3.3 Қоршаудың қалындығын есептеу

3.4 Бірқабатты қоршаудың қалындығын есептеу

3.5 Көпқабатты қоршаудың қалындығын есептеу

3.7 Жылу өткізгіштік қосылыс бойынша қоршаудың қалындығын есептеу

3.8 Қоршаудың ішкі температурасын графикалық әдісімен анықтау.

Құрылыс жылу техникасы құрылыс теплофизика білмдеріне негізделеді.

Құрылыс теплофизаканың басты мақсаты – адамдарға еңбек етуге және дем алуға жағымды жағдайларды қамтасыз ететін қоршаушы құрылымдардың тиімді шешімін таңдау.

Құрылыс теплофизика - температуралары, ылғалдылықтары және ауа алмастыру жылдамдылықтары әртүрлі орталарды бөлетін қоршаушы құрылымдардың жылу беріліс, әуәөткізгіштік және ылғалдылық тәртіптер үрдістерін зерттейді.

3 Қоршаулардың жылу қорғау қасиеттері Теплозащитные свойства ограждения

3.1 Қоршаушы құрылымдардан жылуды тарату. Передача тепла через ограждения

Кез келген қоршауды қарастыратын болсақ, ол әртүрлі климаттық әсерлерді қабылдайды. Бір жағынан сыртқы температура әсер етеді, екінші жағынан ішкі ауаның температурасы әсер етеді. Температуралар біркелкі болмағандықтан құрылымның ішінде жылу алмасып тұрады – жоғары температуралы ортадан температурасы төмендеу ортаға.Бұл себептен құрылымның ішкі қабатында температура өзгеріледі. Бұл үрдіс жылу беріліс (теплопередача) немесе жылу алмасу (теплообмен) деп аталады.

Жылу өткізгіштік арқылы жылу берілістің шапшандығы жылу ағыны Q деп табылады.

Бір келкі қоршаудан сыртқы ауадан ішкі ауаға қарай жылу өтудің үш кезеңі болады:

жылуды қабылдау – жылудың қоршаудан өтіуі –жылу беріліс.

Рисунок 8 сурет – Жылу беріліс үрдісі (Процесс теплопередачи)

Құрылымнан өтетін жылу мөлшері Фурье заңы бойынша анықталады

Количество тепла, проходящее через конструкцию, может быть определено на основании закона Фурье:

(3)

Мұндағы t_в и t_н – қоршаудың ішкі және сыртқы беттерінің температурасы температура внутренней и наружной поверхности ограждения, °С;

l – материалдың жылу өткізгіштік коэффициенті коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м°С);

d – қоршаудың қалындығы толщина ограждения, м;

F – қоршаудың аумағы площадь ограждения, м²;

z – жылу берілістің уақыты время передачи тепла, час.

Егер қоршаудың қалындығын, аумақты, жылу беріліс уақытын және температура айырмашылығын бірге теңейтсек, яғни 1 деп қабылдасақ, онда l = Q. Если толщину ограждения, площадь, время теплопередачи и разность температур принять равными единице, то l = Q.

Сонымен, жылу өткізгіштік коэффициенті l - сыртқы мен ішкі беттеріндегі температура айырмашылығы 1°С, біркелкі қоршаудың қалындығы 1 м болғанда, 1 сағат уақытта 1м² қоршау бетінен өтетін жылу мөлшері. Таким образом, коэффициент теплопроводности l– это количество тепла, которое проходит в единицу времени 1 ч через единицу поверхности 1 м² однородного ограждения толщиной 1 м при разности температур на его поверхностях в 1°С.

жылу өткізгіштік коэффициенті l құрылыс материалдардың негізгі сипаттамалаардың бірі болып табылады. Коэффициент теплопроводности – одна из основных характеристик строительных материалов.

Кестеде әртүрлі матералдардың жылу өткізгіштік коэффициенті l көрсетілген

В таблице 7 для сравнения приведены коэффициенты теплопроводности различных материалов.

7 кесте – жылу өткізгіштік коэффициенті l

Жылу өткізгіштік коэффициенті l материалдың келесі сипаттамаларымен байланысты: тығыздық, құрылым, ылғалдылық, ылғалдың материалмен байланысу түрі, температура, материалдың химиялық-минералдық құрылымы. Коэффициент, теплопроводности материалов зависит от пористости (плотности), структуры, влажности, вида взаимосвязи влаги с материалом, температуры, химико-минералогического состава материала.

Неғұрлым материалдың тығыздығы жоғары болса, соғұрлым жылу өткізгіштік коэффициенті l жоғары болады. Чем меньше пористость материала, образуемая относительно мелкими порами, т.е. чем больше плотность материала, тем больше его коэффициент теплопроводности (таблица 8).

Таблица 8 кесте – Тығыздығы әртүрлі кірпіштердің жылу өткізгіштігі

Теплопроводность кирпича различной плотности

Судың жылу өткізгіштік коэффициенті жоғары болғандықтан l = 0,5 Вт/(м°С), материалдардың сулануына, әсіресе мұз пайда болуына, жол бермеу керек. Вода обладает высоким коэффициентом теплопроводности l = 0,5 Вт/(м°С), поэтому увлажнение материалов и тем более образование в них льда (l = 2 Вт/(м°С)) увеличивает теплопроводность.

Жылу өткізгіштік коэффициенті l материалдың табиғатына, химиялық құрылымына және кристалдық құрылым ерекшеліктеріне тәуелелді. Металдарда жылудың көбі электрондар ағымымен ауысады. Неғұрлым металдардың электр өткізгіштігі жоғары болса, соғұрлым олардың жылу өткізгіштігі де жоғары болады. Тас тәрізді материалдардың жылу өткізгіштігі құрылымның жылу серпімді тербелістердің толқындарынан пайда болады. Неғұрлым кристалды құрастыратын атомдар немесе атом топтары ауыр болса және өзара байланыстары әлсіз яғни жұқа болса, соғұрлым материалдың жылу өткізгіштігі төмен болады. Коэффициенты теплопроводности зависят от природы материала, его химического состава и особенностей кристаллической структуры. В металлах значительная часть тепла переносится потоком электронов. Чем выше электропроводность металла, тем больше его теплопроводность (медь, алюминий). Теплопроводность камневидных материалов вызвана волнами тепловых упругих колебаний структуры. Чем тяжелее атомы или атомные группы, образующие кристаллы в структуре материала, и чем слабее они между собой связаны, тем меньше теплопроводность материала.

3.2 Тұрақталған ағымдағы қоршаушы құрылымдардың теплофизикалық есебі. Теплофизический расчет ограждающих конструкций при установившемся потоке.

Қоршаушы құрылымдардың жылуфизикалық есебінің негізгі мақсаты – олардың қажетті жылу оқшаулағыш қаситтерін қамтамасыз ету, яғни термиялық қарсыласу R коэффициент көрсеткіштігін анықтау. Основная задача теплофизического расчета ограждающих конструкций – придание им необходимых теплозащитных качеств, показателем которых является термическое сопротивление R.

Термическое сопротивление однородного слоя:

(4)

Численно термическое сопротивление равно разности температур на противоположных поверхностях ограждения, при которой через каждый 1 м² ограждения в течение 1 ч проходит тепловой поток, равный 1 ккал.

При проходе теплового потока через ограждение падение температуры происходит не только в материале, но и у поверхностей ограждения (рисунок 9). При этом общий температурный перепад t_в – t_н складывается из трех частных перепадов:

t_в – t_в – у внутренней поверхности ограждения;

t_в – t_н – в толще ограждения;

t_н – t_н – у наружной поверхности ограждения.

Такое падение температуры свидетельствует о наличии дополнительных термических сопротивлений переходу тепла от внутреннего воздуха к внутренней поверхности ограждения, и от наружной поверхности ограждения к наружному воздуху. Это сопротивление теплоотдаче обозначают R_в и R_н, м²°С/Вт.

Рисунок 9 – Теплопередача при установившемся режиме

В расчетах чаще используют обратные величины:

a_в – коэффициент тепловосприятия, Вт/м²°С;

a_н – коэффициент теплоотдачи, Вт/м²°С;

(5)

Общие величины сопротивления теплопередаче:

(6)

(7)

3.3 Расчет толщины ограждения

На основе закономерности теплопередаче при установившемся потоке теплоты этот поток Q, Вт/м², проходящий за 1 секунду через 1 м² ограждения, определяется по формуле:

(8)

Тепловой поток Q, Вт/м², проходящий через внутреннюю поверхность ограждения, определяется по формуле:

(9)

Левые части этих уравнений равны, т.к. тепловой поток при установившемся потоке одинаков в любом сечении ограждения (см. рисунок 9).

Поэтому , (10)

откуда (11)

Основным нормируемым показателем принят температурный перепад . Нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения зависит от назначения здания и вида ограждения [2], имеет большое санитарно-гигиеническое значение. Для стен Dtⁿ допускается большим, чем для потолков и полов, в противном случае возникают токи холодного воздуха вниз. Значительные перепады температур понижают комфортность помещений.

Теплообмен через ограждения, не соприкасающиеся непосредственно с наружным воздухом, (например, чердачные перекрытия, перекрытия над холодными подвалами), отличается от условий теплообмена с наружным воздухом поэтому в формуле (11) введен поправочный безразмерный коэффициент n, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху [2, табл. З*].

Для проектирования ограждающих конструкций СНиП установлено минимальное или требуемое сопротивление теплопередаче R₀^ТР.

Формула для определения требуемого сопротивления принимает вид:

(12)

Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции R₀ должно быть больше или равно величине, при которой ограждение будет удовлетворять теплотехническим требованиям, называемой требуемым сопротивлением теплопередаче R₀^ТР.

Требуемые значения R₀^ТР определяются исходя из санитарно - гигиенических и комфортных условий по формуле и условий энергосбережения по таблице 1б* [2].

Для определения R₀^ТР из условий энергосбережения в [2] введена величина ГСОП (градусо–сутки отопительного периода), определяемая по формуле:

(13)

где t_от.пер. и Z_от.пер. – средняя температура, °С, и продолжительность, сут., периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С [1].

В таблице 1б* [2] приведены минимальные сопротивления теплопередаче ограждений в зависимости от назначения зданий и помещений и района строительства, учитываемого ГСОП.

При расчетах влажностного режима ограждений, определении возможности образования конденсата требуется знать распределение температуры в толще конструкции. Решая уравнения (10) относительно t_в, получим формулу для определения температуры на внутренней поверхности:

(14)

Аналогично выводится температура на наружной поверхности ограждения:

(15)

Температура на внутренней поверхности любого слоя многослойного ограждения, считая от внутренней поверхности, определим по формуле:

(16)

где R_n – сопротивление теплопередаче слоев ограждения, расположенных между внутренней поверхностью и расчетной плоскостью в толще ограждения (см. рисунок 9).

3.4 Расчет толщины однослойного ограждения

Рисунок 10 – Расчетная схема однослойной конструкции