ТРАНСФЕР НА Ц; ГРЕЕЕ; ВО ГРАДЕЕ
Трансфер на топлина во градежништвото
Во зависност од категоријата удобност на која се однесува, физиката за градење е поделена на:
хигротермална е дел од градежната физика што ги проучува процесите на пренесување на масата и топлината во конструкциите, односно преносот на водена пареа (хигро) и топлина (термо) преку елементите за конструкција на затворање или раздвојување помеѓу средини со различни карактеристики, како и ефектите врз кои имаат услови за внатрешна микроклима, услови за хигиена и удобност, издржливост и физички карактеристики на елементите на конструкцијата
Главните фактори кои ги одредуваат условите за удобност во просториите се:
- површинската температура на ограничувачките елементи,
- брзина на движење на воздухот.
Тоа е основната компонента на општата удобност термички комфор. Топлинската удобност мора да обезбеди одржување на постојана температура на човечкото тело, заснована на рамнотежата помеѓу производството на топлина на телото и ослободувањата во околината, што се постигнува физички со конвекција, зрачење и спроводливост, и физиолошки со потење и дишење.
Одлучувачки фактор за чувството на удобност е тоа температура на воздухот. Поради разликите помеѓу сензациите на луѓето (во зависност од возраста, полот, навиката итн.), Температурата на удобноста е променлива; сепак, ако другите параметри имаат соодветни вредности, може да се дозволат следниве температури на удобност:
- 1920 ° C за статичка работа;
- 10 ° C за тешка физичка работа.
Просечна температура на површината на елементите што влегува во замена за топлина со зрачење со жителите на просториите, мора да биде во корелација со температурата на воздухот во затворените простории: зголемувањето на просечната температура на ограничувачките површини мора да биде придружено со намалување на внатрешната температура на воздухот и обратно, бидејќи човечкото тело.
Поими во градежната термотехника
1. Температура - параметар на скаларна состојба што го карактеризира степенот на загревање на телата.
2. Термичко поле претставува вкупност на температурните вредности што карактеризираат одреден простор во даден момент.
3. Изотермална површина е геометриска локација на сите точки со иста температура во термичко поле.
4. Изотермална линија е геометриска локација на точки на еднаква температура во рамнина.
5. Температурен градиент е граница на односот помеѓу температурната разлика ΔT и растојанието Δx помеѓу две точки, кога Δx → 0. Топлинскиот градиент има спротивна насока од насоката на ширење на топлина;
6. Количината на топлина (П) претставува количина на енергија и се мери во џули (Ј) во СИ, или во традиционални единици специфични за калории (кал) или килокалории (ккал).
7. Проток на топлина или проток на топлина (П) е количина на топлина што поминува низ област во единица време:
8. Густина на флукс на топлина или специфичен проток на топлина (q) претставува нумерички количина на топлина што поминува низ единицата на површината во единицата на времето, и физички е вектор насочен по нормалното на изотермата.
Пренос на топлина во градежништвото
Основните форми на пренос на топлина (спроводливост, конвекција, зрачење) се наоѓаат и во конструкции со некои особености:
- материјалите имаат капиларно-порозна структура, така што освен компактните (метали, стакло), внатрешниот пренос има комплексен карактер;
- геометриските форми на заштитните елементи се разновидни и нехомогени, изработени од неколку материјали;
- при контакт на воздушните градежни елементи истовремено има пренесување со спроводливост, конвекција и зрачење;
- воздухот и влажноста во голема мера влијаат на преносот на топлина во зградите;
- опсегот на варијација на температурата е ограничен.
Пренос на топлина преку спроводливост
Особено е карактеристично за цврстите тела и се состои од ширење на кинетичката енергија на молекулите близу до блиско што осцилира во однос на положбата на рамнотежата.
Во градежништвото, преносот на топлината преку спроводливоста се одвива преку wallsидови, прозорци, подови, покриви итн. Количината на топлина што се пренесува преку цевката од едното лице со температура Т на другото лице со температура Т на хомоген рамнински елемент со дебелина d, со паралелни лица, со површина А, се определува со односот на Фурние:
Q = λ A (T - T) t/d = λ A ΔT t/d
Константата λ претставува коефициент на топлинска спроводливост од материјали и се дефинира, врз основа на горенаведеното, како количина на топлина што поминува од едно на друго лице на хомоген градежен елемент со дебелина од 1 m и површина од 1 m 2, за еден час за температурна разлика помеѓу девојчиња од 1 ° C (или 1K).
Топлинска спроводливост
Коефициентот на топлинска спроводливост е термофизичка карактеристика на материјалите, кои имаат вредности помеѓу 0,02 (воздух) 364 (бакар).
За тековните градежни материјали, вредностите на коефициентот λ се:
solidидарски од цврста тула: 0,80 W/mK;
- brickидарски тули со дупки: 0,460,75 W/mK;
- експандиран полистирен: 0,04 W/mK.
Водата има коефициент на топлинска спроводливост 0,52 W/mK 25 пати поголема од воздухот, што ја објаснува зголемената топлинска спроводливост на влажните материјали.
l добри проводници 10 - 300 W/m К.
л изолатори 0,04 - 0,20 W/mK
Факторите кои влијаат на големината на топлинската спроводливост на капиларно-порозните материјали се:
- густина на материјалот, бидејќи цврстиот дел има висока спроводливост (2,5 3,5) во однос на воздухот (0,026);
- структурата на порите и капиларите, бидејќи големите шуплини или со врски помеѓу нив ја фаворизираат конвекцијата на воздухот;
- влажност бидејќи водата има топлинска спроводливост поголема од онаа на воздухот (во течна состојба 0,50 и мраз 2,21
Густина на топлинскиот проток пренесен преку спроводливоста:
Во случај на хомоген рамнински елемент со дебелина d, направен од материјал со коефициент на топлинска спроводливост λ, густината на топлинскиот флукс пренесена преку спроводливоста резултира:
R = d/λ се дефинира како отпорност на пренос на топлина преку спроводливост, или отпорност на топлинска пропустливост на елементот за конструкција обратна големина
λ/d е топлинска пропустливост на елементот.
Пренос на топлина со конвекција
Се јавува преку течности и гасови и се должи на транспорт на топлина со движење на течност (струи). За разлика од преносот на спроводливост, во кој молекулите не се движат во насока на проток на топлина, во случај на конвекција има поместување на масата на флуидот.
Во градежништвото, преносот на топлина со конвекција се јавува помеѓу површините на елементите и внатрешниот или надворешниот воздух.
Количината на примена на топлина (Q c) или дадена (Q`c) со конвекција од конструктивен елемент може да се одреди како врска на Newутн:
Т и и Т се температури на внатрешната и надворешната површина на елементот, соодветно;
Т и Т е - температура на воздухот во затворените и надворешните простории, соодветно;
c и α` c се коефициенти на топлинска размена (термички пренос) со конвекција при прием, соодветно при пренос на топлина;
Коефициент на конвекција претставува количина на топлина примена или пренесена за еден час од површина од 1 m од конструктивен елемент, кога температурната разлика помеѓу течноста и површината на елементот е 1 ° C. Единиците за мерење на коефициентите на топлинска конвекција се: W/m K во SI и Kcal/m h ° C.
Вредностите на коефициентите на конвекција зависат од природата на флуидот, природата и изгледот на површините, брзината на движење на течноста. Како водич, вредностите на αc се: 310 за неподвижен воздух; 530 за слободен подвижен воздух (природна конвекција).
Пренос на топлина со зрачење
Се јавува во форма на електромагнетни бранови со бранови должини од 0,4 400 (калорични бранови), помеѓу тела со различни присутни температури. Во конструкциите, термичкото зрачење интервенира помеѓу грејните тела и елементите во просториите, помеѓу човечкото тело и постудените околни објекти, помеѓу површините на елементите на конструкцијата и надворешниот или внатрешниот воздух итн.
Количината на топлина што се пренесува со зрачење од тело како температура Т на тело како температура Т со заедничка површина А, се определува како однос Стефан - Болцман:
Т и Т се апсолутни температури на двете тела
c коефициент на зрачење во W/m K што претставува количина на зрачена топлина од 1 m тело во вакуум, за еден час, за температура од 100 ° C.
Градежните материјали имаат коефициент на зрачење 4,9 W/m K
Пренос на топлина на површината на градежните елементи
Површините на ограничувачките градежни елементи примаат или добиваат топлина со конвекција и зрачење
При термичката пресметка на конструкциите и двата феномени се земени во предвид на глобално ниво, со помош на некои коефициенти на пренос на топлина, соодветно, на внатрешната и надворешната површина на елементите на конструкцијата (α i, α e
Топлината примена или дадена од површината на елементите е збир на количините на примена на топлина, соодветно дадени со конвекција и зрачење, коефициентите на термички пренос на површината (размена на површина):
Вообичаените вредности на овие коефициенти за топлинска пресметка на конструкциите се: α i e = 23 (зима); α e = 12 (вар).
Инверзната од овие коефициенти претставува отпор кон приемот, соодветно на преносот на топлина од површините на елементите на конструкцијата:
Општ пренос на топлина во згради во стационарен термички режим
Еднонасочен термички пренос
Преносот на топлината преку елементите на затворање се одвива од внатрешниот воздух кон надворешниот дел во студениот период и обратно во периодите со високи температури на воздухот на отворено. Во случај на рамни елементи, со паралелни лица со хомогени слоеви, термичкиот проток е нормален на површината, а преносот на топлина може да се смета за еднонасочен.
Коефициент на вкупен пренос на топлина (термички пренос):
што претставува количина на топлина, која поминува во стационарен термички режим низ површина од 1 м 2 на елемент, за 1 час за разлика помеѓу температурите на двата просеци од 1 ° C (или 1 K).
Рамен и просторен термички пренос. Термички мостови
Во случај на агли помеѓу елементите за затворање, на споеви или на елементи со нехомогеност, топлината се шири во две или три насоки, а термичкото поле е рамно или просторно. Рамно или просторно пренесување фаворизира интензивирање на загубите на топлина, што бара локални мерки за корекција.
Областите во градежните елементи кои поради геометрискиот состав и нехомогената структура овозможуваат засилување на преносот на топлина се нарекуваат топлински точки.
Пренос на топлина во нестационарен режим
Поради временската варијабилност на реалните вредности на температурата на воздухот, термичкиот режим е практично променлив. Во нестационарниот термички режим, протокот на топлина е исто така променлив во зависност од дебелината на елементите, што е функција на акумулацијата на топлината и капацитетот на принос од елементите на конструкцијата.
Коефициент (и) на топлинска асимилација е термофизичка карактеристика на материјалите, што укажува на нивната способност да апсорбираат топлина и се пресметува за периодот Т = 24 ч со врската:
S = 0,59 (W/m K)
Индекс на топлинска инерција (Г) го рефлектира капацитетот на акумулација или пренос на топлина од страна на елементите и се одредува според односот:
Врз основа на индексот на топлинска инерција е дефиниран топлинска маса на градежни елементи, карактеризирани со коефициент на топлинска маса:
во зависност од тоа кои елементи се сметаат за мала топлинска маса (m (m = 1,01,1) и висока (m> 1).
Амортизација на температурни осцилации
Поради својството на топлинска асимилација на материјалите и елементите, температурните осцилации на едното од лицата на елементот за одвојување се манифестираат од другата страна со помали амплитуди, со што се придушуваат.
Амортизацијата на топлинските осцилации претставува капацитет на градежниот елемент да ја намали амплитудата на температурните осцилации кога топлината поминува низ елементот. Во конструкциите, се смета синусоидалната топлинска осцилација, бидејќи амплитудите AT се надвор, соодветно AT и внатре.
Се користи за карактеризирање на амортизациониот капацитет на елементите индекс на топлинска амортизација (ν), дефинирано со релацијата:
и чија ефективна вредност што одговара на елемент е утврдена со пресметка, во зависност од коефициентот на топлинска асимилација на материјалите (sk) и компонентните слоеви (Sk), како и вкупниот индекс на топлинска инерција (D), или се определува експериментално.
Фазно поместување на топлинските осцилации
Во променливиот термички режим, поради термичката инерција на елементите, температурните осцилации што се манифестираат од едната страна, се чувствуваат со задоцнување од другата страна (и пригушени).
Временскиот интервал од моментот на термичко дејство на едно од лицата на елементот до чувството на другата површина фазно поместување на топлинските осцилации (Η).
Термичката фаза смена е важна во однос на удобноста во лето, кога се бара ефектот на загревање на надворешните елементи поради високата температура на воздухот и сонцето да се почувствува во затворено со соодветно доцнење, да се интервенира поволно во текот на денот кога воздухот ладење.
Со цел да се обезбеди ова барање, потребно е надворешните градежни елементи да обезбедат ефективно поместување на фазата:
Термичка пресметка на градежните елементи
Надворешните елементи за затворање на зградите (wallsидови, покриви) мора да бидат направени на таков начин што не дозволува загуби на топлина поголеми од дозволените, утврдени заради удобност, хигиена, издржливост или економски критериуми.
Глобална отпорност на пренос на топлина на елементот (R0) мора да биде барем еднаква на нормативната вредност, потребната минимум (R0, нед):
Термичката пресметка на елементите на конструкцијата, во принцип, се состои од:
на - проверка на степенот на топлинска изолација, кога се утврдува составот на елементот, врз основа на релацијата:
б - димензионирање на минималната дебелина на елементот или на слојот на топлинска изолација, исто така, врз основа на состојбата, R ≥ R 0, не се смета на границата.