ТРАНСФЕР НА C; ТОПЛИНА; В СТРОИТЕЛСТВО
ТРАНСФЕР В СТРОИТЕЛСТВА
В зависимост от категорията на комфорт, за която се отнася, строителната физика е разделена на:
хигротермална е частта от строителната физика, която изучава процесите на пренос на маса и топлина в конструкциите, съответно предаването на водна пара (higro) и топлина (термо) през затварящите или разделителните конструктивни елементи между среди с различни характеристики, както и въздействието върху които ги имат върху условията на вътрешен микроклимат, върху условията за хигиена и комфорт, за издръжливостта и за физическите характеристики на конструктивните елементи
Основните фактори, които определят условията на комфорт в стаите, са:
- температурата на повърхността на ограничаващите елементи,
- скорост на движение на въздуха.
Това е основният компонент на общия комфорт топлинен комфорт. Топлинният комфорт трябва да осигурява поддържането на постоянна температура на човешкото тяло, основаващо се на баланса между производството на топлина в тялото и изпусканията в околната среда, което се постига физически чрез конвекция, радиация и проводимост и физиологично чрез изпотяване и дишане.
Решаващият фактор за усещането за комфорт е той температура на въздуха. Поради разликите между усещанията на хората (в зависимост от възрастта, пола, навика и т.н.), температурата на комфорта е променлива; ако обаче другите параметри имат подходящи стойности, могат да бъдат разрешени следните комфортни температури:
- 1920 ° C за статична работа;
- 10 ° C за тежка физическа работа.
Средна повърхностна температура на елементите който влиза в замяна на топлина от радиация с обитателите на помещенията трябва да се корелира като температурата на въздуха в помещенията: повишаването на средната температура на ограничаващите повърхности трябва да бъде придружено от спада на температурата на въздуха в помещенията и обратно, защото човешкото тяло забелязва комбинираното влияние на двете температури.
Понятия в строителната термотехника
1. Температура - скаларен параметър на състоянието, който характеризира степента на нагряване на телата.
2. Термично поле представлява съвкупността от температурните стойности, които характеризират определено пространство в даден момент.
3. Изотермична повърхност е геометричното разположение на всички точки с еднаква температура в топлинно поле.
4. Изотермична линия е геометричното разположение на точки с еднаква температура в равнина.
5. Температурен градиент е границата на съотношението между температурната разлика ΔT и разстоянието Δx между две точки, когато Δx → 0. Термичният градиент има посока, обратна на посоката на разпространение на топлината;
6. Количеството топлина (Q) представлява количество енергия и се измерва в джаули (J) в SI или в традиционни единици, специфични за калории (cal) или килокалории (kcal).
7. Топлинен поток или топлинен поток (Q) е количеството топлина, което преминава през дадена област за единица време:
8. Плътност на топлинния поток или специфичен топлинен поток (q) представлява количествено количеството топлина, което преминава през единицата на повърхността в единица време и физически е вектор, насочен след нормалата към изотермата.
Топлопредаване в строителството
Основните форми на топлопредаване (проводимост, конвекция, излъчване) се срещат и в конструкции с някои особености:
- материалите имат капилярно-пореста структура, така че с изключение на компактните (метали, стъкло), вътрешното предаване има сложен характер;
- геометричните форми на защитните елементи са разнообразни и нехомогенни, изработени от няколко материала;
- при контакта на въздушно-конструктивни елементи има едновременно пренос чрез проводимост, конвекция и излъчване;
- въздухът и влажността оказват силно влияние върху топлообмена в сградите;
- диапазонът на температурни вариации е ограничен.
Топлопредаване чрез проводимост
Той е особено характерен за твърдите тела и се състои от почти до почти разпространението на кинетичната енергия на молекулите, които се колебаят спрямо равновесното положение.
В строителството предаването на топлина чрез проводимост се осъществява през стени, прозорци, подове, покриви и т.н. Количеството топлина, което се предава през тръбата от едното лице с температура T към другото лице с температура T на хомогенен плосък елемент с дебелина d, имащ успоредни повърхности, с площ A, се определя от съотношението на Fournier
Q = λ A (T - T) t/d = λ A ΔT t/d
Константата λ представлява коефициент на топлопроводимост на материалите и се определя, въз основа на горното, като количеството топлина, преминаващо от едно лице към друго на хомогенен конструктивен елемент с дебелина 1 m и площ 1 m 2, за един час за температурна разлика между момичетата от 1 ° C (или 1K).
Топлопроводимост
Коефициентът на топлопроводимост е термофизична характеристика на материалите, имащи стойности между 0,02 (въздух) 364 (мед).
За настоящите строителни материали стойностите на коефициента λ са:
зидария от масивна тухла: 0,80 W/mK;
- тухлена зидария с отвори: 0,460,75 W/mK;
- експандиран полистирол: 0,04 W/mK.
Водата има коефициент на топлопроводимост 0,52 W/mK 25 пъти по-висок от въздуха, което обяснява повишената топлопроводимост на мокрите материали.
l добри проводници 10 - 300 W/m K
l изолатори 0,04 - 0,20 W/mK
Факторите, които влияят върху размера на топлопроводимостта на капилярно-порести материали, са:
- плътност на материала, тъй като твърдата част има висока проводимост (2,5 3,5) по отношение на въздуха (0,026);
- структурата на порите и капилярите, тъй като големите кухини или с връзки между тях благоприятстват конвекцията на въздуха;
- влажност, тъй като водата има по-висока топлопроводимост от въздуха (течност 0,50 и лед 2,21
D ensit atea на топлинния поток, предаван през проводимостта:
В случай на хомогенен плосък елемент с дебелина d, направен от материал с коефициент на топлопроводимост λ, плътността на топлинния поток, предаван през проводимостта, води до:
R = d/λ се определя като устойчивост на топлопредаване чрез проводимост, или устойчивост на термична пропускливост на конструктивния елемент обратния размер
λ/d е топлинната пропускливост на елемента.
Конвекционно предаване на топлина
Това се случва чрез течности и газове и се дължи на транспорта на топлина чрез движението на течност (течения). За разлика от предаването на проводимост, при което молекулите не се движат по посока на топлинния поток, в случай на конвекция има изместване на течната маса.
В строителството предаването на топлина чрез конвекция се осъществява между повърхностите на елементите и вътрешния или външния въздух.
Количеството топлина, получено (Q c) или освободено (Q`c) чрез конвекция от конструктивен елемент, може да бъде определено като отношение на Нютон:
T и и T са съответно температурите на вътрешната и външната повърхности на елемента;
T i и T e - съответно температури на въздуха в помещенията и на открито;
c и α` c са коефициентите на термичен обмен (термичен трансфер) чрез конвекция при приемане, съответно при топлообмен;
Коефициент на конвекция представлява количеството топлина, получено или предадено за един час от повърхност от 1 m от конструктивен елемент, когато температурната разлика между флуида и повърхността на елемента е 1 ° C. Мерните единици на коефициентите на топлинна конвекция са: W/m K в SI и Kcal/m h ° C.
Стойностите на коефициентите на конвекция зависят от естеството на флуида, естеството и външния вид на повърхностите, скоростта на движение на флуида. Като ориентир стойностите на αc са: 310 за неподвижен въздух; 530 за свободно движещ се въздух (естествена конвекция).
Топлопредаване чрез радиация
Той се появява под формата на електромагнитни вълни с дължини на вълната 0,4 400 (калорични вълни), между тела с различни температури. В конструкциите топлинното излъчване се намесва между нагревателните тела и елементите в помещенията, между човешкото тяло и по-студените околни предмети, между повърхностите на конструктивните елементи и външния или вътрешния въздух и т.н.
Количеството топлина, предадено от радиация от тялото като температура T към тялото като температура T, имаща обща повърхност A, се определя, като отношението на Стефан - Болцман:
T и T са абсолютните температури на двете тела
c коефициентът на излъчване в W/m K, представляващ количеството излъчена топлина от 1 m тяло във вакуум, за един час, за температура от 100 ° C.
Строителните материали имат коефициент на излъчване от 4,9 W/m K
Пренос на топлина към повърхността на строителните елементи
Повърхностите на ограничаващите конструктивни елементи получават или отделят топлина чрез конвекция и излъчване
При термичното изчисляване на конструкциите и двете явления се вземат предвид в световен мащаб, посредством някои коефициенти на топлопреминаване съответно на вътрешната и външната повърхност на конструктивни елементи (α i, α e
Топлината, получена или отдадена от повърхността на елементите, е сумата от получените количества топлина, съответно дадени чрез конвекция и излъчване, коефициентите на топлинен пренос към повърхността (повърхностен обмен):
Обичайните стойности на тези коефициенти за термично изчисляване на конструкции са: α i e = 23 (зима); α e = 12 (var).
Обратното на тези коефициенти представлява съпротивленията към приемането, съответно към топлопредаването от повърхностите на конструктивните елементи:
Общо предаване на топлина в сгради в стационарен термичен режим
Еднопосочно предаване на топлина
Топлопредаването през затварящите елементи се осъществява от вътрешния въздух навън през студения период и обратно в периодите с високи температури на външния въздух. При плоските елементи с успоредни повърхности с хомогенни слоеве топлинният поток е нормален на повърхността и топлопредаването може да се счита за еднопосочно.
Общ коефициент на топлопреминаване (термично предаване):
представляващо количеството топлина, което преминава в стационарен термичен режим през площ от 1 m 2 от даден елемент, за 1 час за разлика между температурите на двете средни стойности от 1 ° C (или 1 K).
Плоско и пространствено предаване на топлина. Термични мостове
В случай на ъгли между затварящите елементи, на фугите или на елементите с нехомогенност, топлината се разпространява в две или три посоки, като топлинното поле е плоско или пространствено. Плоското или пространственото предаване благоприятства засилването на топлинните загуби, изисквайки локални корективни мерки.
Наричат се областите в конструктивните елементи, които поради геометричния състав и нехомогенната структура позволяват засилване на топлопредаването. термични точки.
Пренос на топлина в нестационарен режим
Поради вариацията във времето на реалните стойности на температурата на въздуха, термичният режим е практически променлив. В нестационарния термичен режим топлинният поток също е променлив в зависимост от дебелината на елементите, като е функция от акумулирането на топлина и капацитета на добив от конструктивните елементи.
Коефициент (и) за термично усвояване е термофизична характеристика на материалите, показваща способността им да абсорбират топлина и се изчислява за периода T = 24 h със съотношението:
S = 0,59 (W/m K)
Индекс на топлинна инерция (Д) отразява способността за акумулиране или пренос на топлина от елементите и се определя от съотношението:
Въз основа на индекса на топлинна инерция се определя топлинна маса на строителни елементи, характеризиращи се с коефициент на топлинна маса:
в зависимост от това кои елементи се считат за ниска топлинна маса (m (m = 1.01.1) и висока (m> 1).
Затихване на температурните трептения
Поради свойството на термично усвояване на материалите и елементите, температурните трептения на едната страна на разделителния елемент се проявяват от другата страна с по-ниски амплитуди, като по този начин се намаляват.
Затихването на топлинните трептения представлява способността на конструктивния елемент да намали амплитудата на температурните трептения, когато топлината преминава през елемента. В конструкциите се разглежда синусоидалното топлинно трептене, тъй като амплитудите AT са отвън, съответно AT и отвътре.
Използва се за характеризиране на амортизационната способност на елементите индекс на термично затихване (ν), дефинирано от съотношението:
и чиято ефективна стойност, съответстваща на елемент, се установява чрез изчисление, в зависимост от коефициента на термично усвояване на материали (sk) и съставни слоеве (Sk), както и общия индекс на топлинна инерция (D), или се определя експериментално.
Фазово изместване на топлинните трептения
При променливия термичен режим, поради топлинната инерция на елементите, температурните трептения, които се проявяват от едната страна, се усещат от другата страна със закъснение (и затихващи).
Интервалът от време от момента на топлинно въздействие върху едната от страните на елемента до усещането на другата повърхност представлява фазово изместване на топлинните трептения (Η).
Термичното изместване на фазата е важно по отношение на комфорта през лятото, когато се изисква ефектът от нагряването на външните елементи поради високата температура на въздуха и слънчевата светлина да се усеща на закрито с подходящо забавяне, за да се намеси благоприятно през деня, когато въздухът е охлаждане.
За да се осигури това изискване, е необходимо външните конструктивни елементи да осигурят ефективно изместване на фазата:
Термично изчисление на конструктивни елементи
Външните затварящи елементи на сградите (стени, покриви) трябва да бъдат направени по такъв начин, че да не позволяват топлинни загуби, по-големи от допустимите, установени от съображения за комфорт, хигиена, трайност или икономически критерии.
Глобална устойчивост на топлообмен на елемента (R0) трябва да бъде поне равна на нормативната стойност, минимално необходима (R0, н.д.):
Термичното изчисление на конструктивните елементи се състои по принцип от:
на - проверка на степента на топлоизолация, когато се установява съставът на елемента, въз основа на връзката:
б - оразмеряване на минималната дебелина на елемента или на топлоизолационния слой, също въз основа на условието, R ≥ R 0, което не е взето предвид при границата.