Строительная теплофизика

1. Строительная теплофизика

профессор, д.т.н.
НЕВЗОРОВА
Алла Брониславовна

2. Строительная теплофизика

научная дисциплина, рассматривающая процессы
передачи тепла,
переноса влаги
и проникновения воздуха в здания и
их конструкции
и разрабатывающая инженерные
методы расчёта этих процессов.
24.09.2018
2

3. Задачи строительной теплотехники

достаточные теплоизоляционные параметры наружного
ограждения, обеспечивающие комфортную температуру внутри
помещения.
Для этого определяют сопротивление теплопередаче R тр
для конструкции в зависимости от климатического района
и назначения
нормативный перепад между температурой внутреннего воздуха
и температурой внутренней поверхности ограждения
(в пределах 6-12 оС)
исключение появления конденсата
на внутренней поверхности ограждения.
достаточное сопротивление воздуха к паропроницанию
24.09.2018
3

4. Теплопотери через ограждающие конструкции

5.

6. Два способа проведения тепловых процессов

7. Модель теплопередачи через ограждающую конструкцию

24.09.2018
7

8. Схема передачи теплоты через воздушную прослойку

1 - конвекция;
2 - излучение;
3 – теплопроводность
24.09.2018
8

9. Коэффициент теплопроводности материала

λ, Вт/(м·°С),одна из основных тепловых харак-к материала.
Выражает меру проводимости теплоты материалом,
численно равную тепловому потоку
qт, Вт, проходящему сквозь 1 м2 площади,
перпендикулярной направлению потока, при градиенте
температуры, равном 1 °С/м.
Чем больше значение λ, тем интенсивнее в материале
процесс теплопроводности и значительнее тепловой поток.
Поэтому теплоизоляционными материалами принято
считать материалы с коэффициентом теплопроводности
менее 0,3 Вт/(м·°С).
24.09.2018
9

10.

11.

12.

13. Распределение температуры в плоскопараллельной стенке при переносе теплоты теплопроводностью

(2)
(3)
тепловой поток qт, Вт/м2
Термическое сопротивление слоя Rт, м2·°С/Вт,
Термическое сопротивление слоя - это сопротивление теплопроводности, равное разности температур на
противоположных поверхностях слоя при прохождении через него теплового потока с поверхностной
плотностью 1 Вт/м2.
24.09.2018
13

14.

15. Конвекция

- перенос теплоты
движущимися частицами
вещества.
Совместное воздействие
конвекции и
теплопроводности в
пограничной области
у поверхности тела
называют
КОНВЕКТИВНЫМ
ТЕПЛООБМЕНОМ.
24.09.2018
15

16. Конвективный теплообмен

В практических расчетах конвективного теплового
потока qк, Вт, передаваемого конвекцией от
движущейся среды к поверхности или наоборот,
применяют уравнение Ньютона
qк = αн(tн - τ),
где αн - коэффициент конвективного теплообмена
(теплоотдачи конвекцией) на поверхности стенки, Вт/(м2·°С);
ta - температура воздуха, омывающего поверхность стенки, °С;
τ - температура поверхности стенки, °С.
24.09.2018
16

17. Теплообмен на наружной поверхности ограждений в основном определяется направлением и скоростью ветра

24.09.2018
17

18. Излучение

или лучистый теплообмен,
- это перенос теплоты с поверхности
на поверхность через лучепрозрачную
среду электромагнитными волнами,
трансформирующимися в теплоту
Структура лучистых потоков
на поверхности серого тела: Вт/м2;
q погл - поглощенный лучистый поток,
qпад - падающий лучистый поток,
qотр - отраженный лучистый поток,
q - собственное излучение поверхности,
qэфф - эффективное излучение
поверхности,
24.09.2018
18

19. Классификация тел по степени поглощения излучения

Если на поверхность падает лучистая энергия, то, как
известно, часть ее поглощается телом, повышая его
температуру, часть отражается, а если это
лучепрозрачное тело, то часть падающей энергии
пропускается сквозь него.
Тело, которое поглощает всю падающую на него
лучистую энергию, называется абсолютно
черным;
частично отражает лучистый поток,
- серым;
отражает всю падающую лучистую энергию, абсолютно белым;
пропускающее всю энергию через себя, абсолютно прозрачным.
24.09.2018
19

20. Длины волн

Каждая поверхность тела в зависимости от
своей температуры излучает энергию в
виде волн различной длины.
Видимые световые лучи имеют длину
волны от 0,4 до 0,8 мк,
а инфракрасные - тепловые –
от 0,8 до 800 мк.
Это излучение называется собственным
24.09.2018
20

21. Кривые распределения температуры при стационарном тепловом режиме: а - в масштабе толщин, б - в масштабе термических

сопротивлений
24.09.2018
21

22. Общее приведенное термическое сопротивления многослойной конструкции

23. Термическое сопротивление

24. Коэффициент теплопередачи

25. Конструкции стен

Без утепления
С утеплением

26. Конструкции стен

27.

Экономическая эффективность
теплоизоляционных материалов
24.09.2018
27

28. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций дома

29. Чердачное перекрытие Rнорм = 6,0 (м2 оС/Вт)

30. Подвальное перекрытие Rнорм = 2,5 (м2 оС/Вт)

31. Rнорм =3,2 (м2 оС/Вт)

Rнорм =3,2 (м
2 оС/Вт)

32. Теплотехнический расчет наружных ограждений

24.09.2018
32

33.

24.09.2018
33

34.

24.09.2018
34

35. Условия эксплуатации ограждающих конструкций

Влажностное состояние материалов в
ограждающих конструкциях зданий зависит
от климата района строительства
и от влажностного режима помещений.
Различные сочетания наружных
и внутренних влажностных режимов
формируют два типа условий эксплуатации
ограждающих конструкций:
А и Б.
(40-50 %) и (50-60 %)
24.09.2018
35

36. Требования по тепловой защите здания

оценивается по двум показателям:
а) приведенному сопротивлению теплопередаче Rо;
б) температурному перепаду Δt
между температурой внутреннего воздуха tв
и температурой внутренней поверхности ограждения tст.
При проектировании конструкции должны быть выполнены три условия.
1. Приведенное сопротивление теплопередаче
Rо должно быть не ниже нормируемого значения Rн,
2. Расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и
температурой внутренней поверхности ограждения не должен превышать
нормируемых значений Δtn, приведенных в табл. П.4.
3. Температура внутренней поверхности ограждения должна быть
не ниже точки росы внутреннего воздуха при расчетной температуре
наружного воздуха в зимний период.

37. Требуемое термическое сопротивление

38.

Термическое сопротивление
теплоизоляционного слоя находится как
Rх = Rнорм – (R1 + R2 +…+ Rn-1).
Предварительную толщину слоя утеплителя
находят
х = [Rнорм – (1/ в + Rк + 1/ н)] х
С учетом изменения № 1
к ТКП 45-2.04-43-2006 (02250)
«Строительная теплотехника.
Строительные нормы
проектирования» нормативные
значения сопротивления
теплопередаче ограждающих
конструкций Rт.норм, м2 С/Вт,
зданий применительно к
строительству, реконструкции
и модернизации зданий
записаны следующие:
для наружных стен
совмещенных
покрытий,
чердачных
перекрытий
и
перекрытий над проездами
перекрытий
над
неотапливаемыми подвалами и
техническими подпольями
заполнения световых проемов
(окно)
24.09.2018
3,2
6,0
2,5
1,0
38

39. Температура и влажность воздуха точки росы

при повышении температуры воздуха, относительная
влажность уменьшается, т.к. тёплый воздух может
"содержать в себе" большее количество влаги в виде
пара;
при понижении температуры воздуха, относительная
влажность увеличивается (и в какой-то момент
достигнет 100% и тогда будет иметь место абсолютная
влажность), т.к. холодный воздух может "принять в
себе" меньшее количество влаги в газообразном
состоянии.
24.09.2018
39

40. Динамика относит. влажности 1м3 воздуха, содержащего 9,4 г пара, при изменении температуры

При температуре +5 0С из 9,41 грамм
пара выпадает 2,61 грамм воды.
При температуре 0 0С из 9,41 грамм
пара выпадает 4,56 грамм воды.
24.09.2018
40

41. Меры против конденсации влаги на поверхности ограждения

Основной мерой против конденсации влаги на
внутренней поверхности ограждения является
снижение влажности воздуха в помещении, что
может быть достигнуто усилием его вентиляции.
Во избежание конденсации влаги на внутренней
поверхности ограждения достаточно повысить
температуру его поверхности выше точки росы.
Повышение температуры может быть достигнуто
или увеличением сопротивления теплопередаче
ограждения или уменьшением сопротивления
тепловосприятию .

42. Конденсация отсутствует

24.09.2018
42

43.

24.09.2018
43

44. Точка росы

24.09.2018
44

45. Проверка стены на тепловлажностной расчет

24.09.2018
45

46. Меры против конденсации влаги на поверхности ограждения

вентиляция.
повышение
температуры
поверхности
выше точки росы.

47. Меры против конденсации влаги в ограждении

рациональное расположение в ограждении
слоёв различных материалов.
Материалы ограждения должны располагаться в
следующем порядке:
у внутренней поверхности-материалы плотные,
теплопроводные и малотеплопроводные,
а к наружной поверхности наоборот, пористые ,
малотеплопроводные и более паропроницаемые.
Пароизоляционный слой должен располагаться
первым в направлении потока пара ,
т.е. в наружных ограждениях отапливаемых
зданий на их внутренней поверхности.

48. Меры против конденсации влаги в ограждении

Пароизоляционный слой должен располагаться первым в
направлении потока пара , т.е. в наружных ограждениях
отапливаемых зданий на их внутренней поверхности.

49. Теплоустойчивость ограждения

- свойство ограждения сохранять
относительное постоянство
температуры при периодическом
изменении тепловых воздействий
со стороны наружной и внутренней
сред помещения.
В теории теплоустойчивости рассматриваются два аспекта
периодических тепловых воздействий:
- по отношению к внутренним тепловым воздействиям;
- по отношению к наружным тепловым воздействиям.

50.

1.При остывании отдает тепло внутрь
2. При остывании отдает тепло наружу помещения

51. Теплоустойчивость ограждения

При выборе зимней расчетной
температуры tн принимается во внимание
теплоинерционность ограждения,
поэтому расчет одновременно учитывает
теплоустойчивость ограждения при
разовом понижении температуры зимой.
В летних условиях теплоустойчивость ограждений должна
обеспечивать колебание температуры
на их внутренней поверхности с определенной амплитудой

52. Итак,

С учетом изменения № 1 к ТКП 45-2.04-43-2006 (02250)
«Строительная теплотехника. Строительные нормы
проектирования»
для наружных стен
совмещенных покрытий, чердачных перекрытий и
перекрытий над проездами
перекрытий над неотапливаемыми подвалами и
техническими подпольями
заполнения световых проемов (окно)
3,2
6,0
2,5
1,0

53.

24.09.2018
53