Физико-технические основы проектирования зданий и сооружений

ВВЕДЕНИЕНа теплоснабжение зданий и сооружений расходуется 40 % добываемого топлива, поэтому даже незначительноеснижение теплопотерь зданиями обеспечивает существенную экономию теплоэнергетическихресурсов. Потери тепла происходят через наружные ограждения, имеющие значительный удельныйвес в стоимости здания. Защищая помещения от внешних климатических воздействий, они должныобеспечить требуемые параметры микроклимата, соответствующие условиям протекания в них функциональныхпроцессов. Правильный выбор конструктивных решений ограждений, отвечающих назначениюздания и санитарно-гигиеническим условиям внутри него, имеет большое значение для эксплуатациизданий.При проектировании требуемые теплозащитные и другие эксплуатационные качества огражденийдостигаются на основе данных теплофизических расчетов путем целесообразного выбора строительныхматериалов с учетом их физико-технических свойств и рационального решения конструкций.1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯСТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕПЛОФИЗИКИ1.1 ВИДЫ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА В ОГРАЖДЕНИЯХПередача тепла в среде происходит при наличии разности температур. При этом тепло распространяетсяиз области повышенных температур в область пониженных. Например, зимой в отапливаемыхзданиях теплопередача происходит через наружные ограждения из здания, а летом при сильном нагревеповерхностей стен за счет солнечной радиации – в здание. Различают три вида теплопередачи: теплопроводностью,конвекцией, излучением.Теплопроводность – вид передачи тепла, при котором энергия последовательно передается в твердыхтелах (диэлектриках) и жидкостях упругими волнами, а в газах – диффузией атомов или молекул. Вметаллах энергия передается за счет диффузии электронов. Наиболее полно теплопроводность проявляетсяв сплошных твердых телах.Конвекция – процесс передачи тепла движущими массами жидкости и газа. Движение это можетбыть естественным за счет температурного перепада в пределах среды или искусственным, вызваннымкаким-либо внешним возбуждением, например, работой вентилятора.Тепловое излучение – перенос энергии в газообразной среде или пустоте (вакууме) в виде электромагнитныхволн. При взаимном облучении двух поверхностей происходит двойной процесс преобразованияэнергии. Вначале на поверхности излучающего тела происходит преобразование тепловойэнергии в лучистую, а затем лучистой в тепловую на поверхности тела, поглощающего лучистое тепло.Процессы передачи тепла в зданиях и их ограждающих конструкциях связаны со всеми тремя видамитеплообмена. При этом в воздушной среде у поверхности ограждений, в воздушных прослойках ипустотах преобладает теплообмен конвекцией и излучением. В твердых материалах конструкций основнымвидом передачи тепла является теплопроводность.1.2 ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ. ОСНОВНОЙ ЗАКОНТЕПЛОПРОВОДНОСТИ. УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИПроисходящие процессы теплопередачи приводят к постоянному или изменяющемуся во временираспределению температур в рассматриваемой материальной среде или конструкции. Температура вслучае ее временных и пространственных изменений является функцией координат x, y, z и времени τ,т.е.t = f ( x,y,z,τ). (1)Совокупность значений температуры для всех точек пространства в заданный момент времени называетсятемпературным полем. Выражение (1) является математической формулировкой поля. Приэтом, если температура меняется во времени, поле называется нестационарным, а если не меняется –стационарным. Температура может быть функцией одной, двух или трех координат и, соответственно,поля будут одно-, двух- и трехмерными.