Слайд 2
Ограждающие конструкции, архитектурно-планировочное решение здания должны обеспечивать комфортные
условия микроклимата, световой режим помещений.
При решении данных архитектурно-строительных задач
не обойтись без учета влияния окружающей среды.
Обезвредить отрицательные факторы климата и использовать положительные позволяют сведения о климатических нормативах, которые являются предметом изучения строительной климатологии
Ограждающие конструкции как объект проектирования тепловой защиты зданий
Слайд 3
Обеспечение микроклимата, установленного для проживания и деятельности людей
в здании; необходимой надежности и долговечности конструкций, климатических условий работы
технического оборудования при минимальном расходе тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий за отопительный период осуществляют проектированием ограждающих конструкций в соответствии с требованиями к тепловой защите зданий
Ограждающие конструкции как объект проектирования тепловой защиты зданий
Слайд 4Передача тепла может осуществляться тремя способами:
Теплопроводностью;
Конвекцией;
Излучением
Все эти способы теплопередачи обусловлены,
разностью температур - тепло всегда переходит от более нагретого тела
к менее нагретому
Три способа передачи тепла
Слайд 5Теплопроводность
Передача тепла путем теплопроводности происходит в одном и том же
теле там, где в нем существует перепад температур или где
соприкасаются два различных телас различной температурой.
При этом передача тепла обусловливается движением молекул и атомов тела; поэтому распространение тепла теплопроводностью необходимо представить себе как следствие того, что более нагретые и поэтому колеблющиеся быстрее молекулы отдают часть своей энергии колебания соседним молекулам, колеблющимся медленнее. Таким образом происходит распространение тепла путем теплопроводности.
Кроме того, в переносе тепла участвуют Электроны. Передача тепла путем теплопроводности зависит от величины температурного перепада, геометрических размеров и физических свойств тела.
Слайд 6Теплопроводность
Различают установившуюся (стационарную) и неустановившуюся (нестационарную) проводимости тепла.
Установившийся тепловой
поток проходит через тело, температура которого в каждой точке не
изменяется со временем, т. е. через такое тело, температурное поле которого не зависит от времени.
В этом случае через определенное сечение тела за один час проходит всегда неизменное количество тепла
Слайд 7Теплопроводность
Если же у рассматриваемого тела температура изменяется повсеместно или в
отдельных его частях, то это вызывает соответствующее изменение теплового потока:
он становится неустановившимся (нестационарным), т. е. зависимым от времени.
При этом изменении температур изменяется и теплосодержание тела. Количество тепла, которое соответствует этому изменению теплосодержания, соответствует и отклонению от равномерного теплового потока -
Слайд 8Конвекция
Передача тепла конвекцией может происходить лишь в газах и жидкостях.
Она осуществляется следующим образом: к поверхности нагрева поступают все новые
и новые частички газа или жидкости, которые отдают ей свое тепло.
Следовательно, тепло к поверхности нагрева переносится механическим путем (конвейерное перемещение).
Естественно, что теплопередача конвекцией происходит тем интенсивнее, чем больше скорость движения частичек жидкости или газа. Если это движение поддерживается искусственно, например мешалкой или путем создания перепада давления в трубопроводах, то это соответствует искусственной, или вынужденной, конвекции.
Слайд 9Излучение
Передача тепла излучением происходит в том случае, когда две поверхности,
характеризуемые различной температурой, располагаются в пространстве одна против другой и
между ними находится прозрачная для излучения среда.
Для лучистого потока прозрачными являются «пустое» пространство и сухой воздух
Слайд 10
В соответствии с теплотехническими требованиями ограждающие конструкции зданий
должны обладать следующими свойствами:
Ограждающие конструкции как объект проектирования
тепловой защиты зданий
не допускать потерь тепла в холодное время года и перегрева помещений летом в условиях жаркого климата;
температура внутренней поверхности ограждения не должна
опускаться ниже определенного уровня, чтобы исключить конденсацию пара на ней и одностороннее охлаждение тела человека от излучения тепла на эту поверхность
обладать достаточным сопротивлением воздухо- и паропроницанию, влияющими на теплозащитные качества и долговечность зданий
Слайд 11 наружные стены - 29-30% потерь тепловой энергии,
светопрозрачные наружные
ограждения-25-26%,
пол первого этажа и потолок последнего - 4-5%,
теплопотери
с инфильтрацией - 40%.
Потенциал экономии составляет 50%.
Структура теплопотерь в многоэтажном жилом здании
Слайд 13
Ограждающие конструкции как объект проектирования тепловой защиты зданий
На ограждение,
постоянно подвергающееся различным климатическим воздействиям, с одной стороны действует температура
наружного воздуха, с другой стороны — температура внутреннего воздуха. Из-за отсутствия теплового равновесия внутри конструкции происходит перемещение тепла из более нагретой среды через ограждение в менее
нагретую среду, в результате чего изменяется температура в толще конструкций. Этот процесс называют теплопередача или теплообмен
Слайд 14Расчет приведенного сопротивления теплопередаче конструкции R0 ,
м2 оС/Вт
Расчет температуры
по сечению конструкции
i , оС
Основные задачи оценки теплозащитных качеств ограждающих
конструкций
Слайд 15Ограждающие конструкции как объект проектирования тепловой защиты зданий
Слайд 16Интенсивность теплопередачи посредством теплопроводности
называют тепловым потоком Q
При рассмотрении процесса перехода
тепла через однородное ограждение от внутреннего воздуха к наружному следует
различать три
этапа:
тепловосприятие ►
теплопроницание через ограждение ►
теплоотдача
Ограждающие конструкции как объект проектирования тепловой защиты зданий
Слайд 17Ограждающие конструкции как объект проектирования тепловой защиты зданий
Слайд 18
Количество тепла (мощность теплового потока), проходящее через конструкцию, может
быть определена на основании закона Фурье
Ограждающие конструкции как объект проектирования
тепловой защиты зданий
Где λ – коэффициент теплопроводности материала, Вт/(М∙ºС);
τsi и τ se - температура внутренней и наружной поверхности
ограждения, ºС;
σ - толщина ограждения, м;
F - площадь ограждения, м.кв;
z - время передачи тепла, час
Слайд 19Если толщину ограждения, площадь, время теплопередачи и разность температур принять
равными единице, то
Таким образом, коэффициент теплопроводности λ - это количество
тепла, которое проходит в единицу времени 1час через единицу поверхности 1 м.кв однородного ограждения толщиной 1 м при разности температур на его поверхностях в 1 ºС.
Коэффициент теплопроводности – одна из основных характеристик строительных материалов.
Ограждающие конструкции как объект проектирования тепловой защиты зданий
Слайд 20
Коэффициент теплопроводности материалов зависит:
пористости (плотности) материала;
структуры материала;
влажности
материала;
вида взаимосвязи влаги с материалом;
температуры;
химико-минералогический состав материала
Ограждающие
конструкции как объект проектирования тепловой защиты зданий
Слайд 21Ограждающие конструкции как объект проектирования тепловой защиты зданий
Слайд 22
Сравнение коэффициентов теплопроводности материалов
Ограждающие конструкции как объект проектирования тепловой
защиты зданий
Чем меньше пористость материала, образуемая относительно мелкими порами, т.е.
тем больше плотность материала, тем больше его коэффициент теплопроводности
Теплопроводность кирпича различной плотности
Слайд 23Расчет приведенного сопротивления теплопередаче конструкции R0 ,
м2 оС/Вт
Расчет температуры
по сечению конструкции
i , оС
Расчет теплопотерь помещений
tint - text
Qогр = ---------- Аогр
R0 пр
1. Оценка возможности выпадения конденсата на поверхности конструкции
min > d
2. Обеспечение нормируемого температурного перепада
tn = tint - int
Ограждающие конструкции как объект проектирования тепловой защиты зданий
Слайд 24Коэффициент теплопроводности зависит от природы материала,
его химического состава и особенностей
кристаллической структуры
. Вода обладает высоким коэффициентом теплопроводности
λ = 0,5 Вт/(м
·°С), поэтому увлажнение материалов и тем более образование в них льда (λ = 2 Вт/(м ·°С)) увеличивает теплопроводность;
В металлах значительная часть тепла переносится потоком электронов.
Чем выше электропроводность металла, тем больше его теплопровод-
ность (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.
Ограждающие конструкции как объект проектирования тепловой защиты зданий
Слайд 25Процессы передачи тепла через конструкции
Слайд 26Основная задача теплофизического расчета конструкций — при-
дание ограждениям необходимых теплозащитных
качеств, показателем которых является термическое сопротивление R.
Термическое сопротивление однородного слоя
зависит от его
толщины и коэффициента теплопроводности материала и может быть
определено по формуле:
[м2·°С/ Вт ]
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
1 ккал.
Теплотехнический расчет ограждающих конструкций при установившемся режиме
Слайд 27tint
text
Qл
Qк
Qл
Qк
Теплопередача – процесс передачи (переноса) теплоты через ограждающую конструкцию, происходящий
посредством конвекции, теплового излучения и теплопроводности
Конвекция – перенос теплоты вследствие
перемещения и перемешивания частиц тела или вещества
Теплопроводность – перенос теплоты при непосредственном соприкосновении частиц тела
Тепловое излучение – перенос теплоты электромагнитными волнами, возникающими вследствие сложных молекулярных и атомных возмущений, обусловленных тепловым состоянием тела
Теплопередача через конструкции
Слайд 28Теплотехнический расчет ограждающих конструкций при установившемся режиме
При проходе теплового потока
через ограждение падение температуры
происходит не только в материале, но и
у поверхностей ограждения.
При этом общий температурный перепад tint – text складывается из трех частных перепадов:
tint – τsi — у внутренней поверхности ограждения;
τ si – τse — в толще ограждения;
τ se – text — у наружной поверхности ограждения.
Такое падение температуры свидетельствует о наличии дополни-
тельных термических сопротивлений переходу тепла от внутреннего
воздуха к внутренней поверхности ограждения и от наружной поверх-
ности ограждения к наружному воздуху.
Это сопротивление теплоотдаче обозначают Rint и Rext , м2 · С/Вт.
Слайд 29tint
text
+20
-20
0
t, оС
Qогр
Кирпич
Распределение температур по сечению однослойной конструкции
Слайд 30Rint
Rext
tint – τsi
τsi – τse
τse – text
tint – text
tint
τsi
text
text
Теплопередача
при установившемся режиме
Теплотехнический расчет ограждающих конструкций при установившемся режиме
Слайд 31tint
text
+20
-20
0
t, оС
tint
text
+20
-20
0
t, оС
Минераловатная
плита
Кирпич
int
int
Распределение температур по
сечению двухслойной конструкции
Слайд 32Минераловатные плиты «URSA» =50 мм λБ=0,046 Вт/(моС)
Железобетонное
перекрытие
tint = +21o
3
20
380
1
150
120
2
4
Чердачное
перекрытие
640
1
Однослойная стена
Многослойная стена без теплопроводных включений
Утепленный пол первого этажа
утеплитель
Плита перекрытия
стяжка
из бетона
Теплотехнически однородные конструкции
Слайд 33tint = +21o
3
20
380
1
150
120
2
4
Стена с разной площадью тепловосприятия и теплоотдачи
Fвых
Fвх
Многослойная стена
с теплопроводными включениями
А – неоднородность первого рода
Б – неоднородность второго
рода
Теплотехнически неоднородные конструкции
Слайд 34Теплотехнический расчет ограждающих конструкций при установившемся режиме
Для определения требуемых климатических
параметров составляют климатический паспорт района строительства, состав которого приведен в
приложении Б;
При этом используют нормативную литературу 3, таблицы 1, 2, 3, рисунок 1 и 4, карта глубины промерзания грунта;
При отсутствии данных для конкретного пункта климатические параметры следует принимать для ближайшего населенного пункта.
Слайд 35Теплотехнический расчет ограждающих конструкций при установившемся режиме
Основными расчетными параметрами считают:
расчетную температуру наружного воздуха text , °С;
продолжительность отопительного
периода zht , сут,;
среднюю температуру наружного воздуха tht , °C, в
течение отопительного периода.
Слайд 36Теплотехнический расчет ограждающих конструкций при установившемся режиме
Расчетную температуру наружного воздуха
text принимают по средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью
0,92 [3, таблица 1] для всех зданий, кроме производственных, предназначенных для сезонной эксплуатации 1, пункт 5.4;
Слайд 37Теплотехнический расчет ограждающих конструкций при установившемся режиме
В производственных зданиях, предназначенных
для сезонной эксплуатации, в качестве расчетной температуры наружного воздуха в
холодный период года text, °C, принимают минимальную температуру наиболее холодного месяца, определяемую как среднюю месячную температуру января 3, таблица 3, уменьшенную на среднюю суточную амплитуду температуры воздуха наиболее холодного месяца 3, таблица 1.
Слайд 38Теплотехнический расчет ограждающих конструкций при установившемся режиме
Продолжительность zht и среднюю
температуру наружного воздуха tht отопительного периода принимают для периода со
средней суточной температурой наружного воздуха не более 8оС [3, таблица 1];
при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домов интернатов для престарелых данные принимают для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10оС 1, пункт 5.3.
Слайд 39Теплотехнический расчет ограждающих конструкций при установившемся режиме
Микроклиматические параметры помещения
Параметры воздуха
внутри зданий – температуру tint и относительную влажность воздуха φint
– определяют из условий комфортности по нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений
Слайд 40Таблица 1 – Оптимальная температура и допустимая
относительная влажность воздуха
внутри здания
Теплотехнический расчет ограждающих конструкций при установившемся режиме
Слайд 41Теплотехнический расчет ограждающих конструкций при установившемся режиме
В зависимости от относительной
влажности и температуры внутреннего воздуха по таблице 2 1, таблица
1 устанавливают влажностный режим помещений в холодный период года.
Расчетную относительную влажность внутреннего воздуха φint для помещений жилых зданий, больничных учреждений, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, школ и детских дошкольных учреждений принимают равной 55 %, для помещений кухонь – 60 %, для ванных комнат – 65 %, для теплых подвалов и подполий с коммуникациями – 75 %, для теплых чердаков жилых зданий – 55 %, для помещений общественных зданий (кроме указанных) – 50 % 1, примечание пункта 5.9.
Слайд 42Таблица 2 – Влажностный режим помещений зданий
Теплотехнический расчет ограждающих конструкций
при установившемся режиме
Слайд 43Теплотехнический расчет ограждающих конструкций при установившемся режиме
В расчетах используют обратные
величины:
α int — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности огра-
ждающих конструкций (или
коэффициент тепловосприятия), Вт/м2 · С;
α ext — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограж-
дающих конструкций, Вт/м2 · С;
Слайд 44Теплотехнический расчет ограждающих конструкций при установившемся режиме
Общие величины сопротивления теплопередаче
ограждения
однослойного:
многослойного:
Слайд 45Расчет толщины ограждения
На основе закономерности теплопередаче при установившемся
режиме тепловой поток
Q, Вт/м2, проходящий за 1 секунду через 1 м2 ограждения,
определяют по формуле:
Тепловой поток Q, Вт/м2, проходящий через внутреннюю поверхность ограждения, определяют по формуле:
Слайд 46Расчет толщины ограждения
Левые части этих уравнений равны, так как тепловой
поток при установившемся потоке одинаков в любом сечении ограждения.
Поэтому:
Слайд 47Расчет толщины ограждения
Основным нормируемым показателем принят температурный перепад
(tint –τsi
) = Δtn
Нормируемый температурный перепад tn между температурой внутреннего воздуха
и температурой внутренней поверхности ограждения зависит от назначения здания и вида ограждения, имеет большое санитарно-гигиеническое значение.
Слайд 48Расчет толщины ограждения
Температурный перепад устанавливают во избежание появления конденсата
водяных паров на поверхности ограждения, а также излишнего охлаждения тела
человека.
Человек в жилом помещении чувствует себя комфортно,
с точки зрения температуры, в том случае, если температура внутренней поверхности стен зимой не более , чем на 3 °С ниже, а летом не более, чем на 3 °С выше температуры воздуха в помещении.
Для стен Δtn допускается большим, чем для потолков и полов, в противном случае возникают токи холодного воздуха вниз.
.
Слайд 49Теплообмен через ограждения, не соприкасающиеся непосредственно с наружным воздухом (например,
чердачные перекрытия, перекрытия над холодными подвалами), отличается от условий теплообмена
с
наружным воздухом.
Поэтому введен поправочный безразмерный коэффициент n, зависящий от положения наружной поверхности ограж-
дения по отношению к наружному воздуху
Расчет толщины ограждения
Слайд 50Расчет толщины ограждения
Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции Ro должно быть больше
или равно величине, при которой ограждение будет удовлетворять теплотехническим требованиям,
называемой приведенным сопротивлением теплопередаче Rreq .
Требуемые значения Rreq определяют исходя из санитарно-
гигиенических и комфортных условий по формуле и условий энергосбережения.
Слайд 51Расчет толщины ограждения
Формула для определения требуемого сопротивления имеет вид:
п —
коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций
по отношению к наружному воздуху;
tint — расчетная температура внутреннего воздуха, °С ;
text — расчетная температура зимнего наружного воздуха, °С , равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92;
Δtint— нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции;
αint — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций
Слайд 52Для определения Rreq из условий энергосбережения введена величина ГСОП (градусо–сутки
отопительного периода) , определяемая по формуле:
Расчет толщины ограждения
где tht —
средняя температура, °С, периода со средней суточной темпе-
ратурой воздуха ниже или равной 8 °С;
zht — продолжительность, сут., периода со средней суточной тем-пературой воздуха ниже или равной 8 °С
Слайд 53 В строительных нормах приведены минимальные сопротивления теплопередаче ограждений в
зависимости от назначения зданий и помещений и района строительства, учитываемого
градусо-сутками отопительного периода;
При расчетах влажностного режима ограждений, определении возможности образования конденсата требуется знать распределение температуры в толще конструкции.
Расчет толщины ограждения
Слайд 54Формулы для определения температуры на внутренней и наруж-
ной поверхностях ограждения:
Расчет
толщины ограждения
Слайд 55Расчет толщины ограждения
Температуру на внутренней поверхности любого слоя многослойного ограждения,
считая от внутренней поверхности, определяют
по формуле:
где Ri — сопротивление теплопередаче
слоев ограждения, расположен-
ных между внутренней поверхностью и расчетной плоскостью
в толще ограждения
Слайд 56Расчет точки
росы
Точку росы можно считать своего рода индикатором повышенной
концентрации в воздухе водяных паров.
Если уровень влажности повышается, то
вместе с ним повышается и точка росы
(если будут определенные условия – такие, например, как температура или давление).
Слайд 57Расчет точки
росы
Температура точки росы td воздуха внутри здания при
расчетной относительной влажности φint и расчетной температуре внутреннего воздуха tint
для холодного периода года приведена в таблице 3 2, таблица 3;
Для различных значений температуры tint и относительной влажности φint воздуха в помещении температура точки росы может быть определена по приложению В [2, приложение Л].
Слайд 58Расчет точки
росы
Точка росы не может быть
выше температуры
воздуха.
Если разогретый воздух
соприкасается с холодными
поверхностями, но
наблюдается выпадение
влажности – этот процесс
называется конденсацией.
В результате образуются
капельки воды, которые способны
превратиться в осадки, туман,
иней и т.д.
Самым распространенным примером можно считать
кипящий чайник, изнутри крышки в котором можно наблюдать водяные
капельки. При этом температура этой поверхности и считается
точкой росы.
Слайд 59Влажность
(когда присутствует высокая концентрация влаги, тогда точка росы-повышается)
Температура (сильно варьируется
и зависит от конкретной местности)
Расчет точки
росы
Слайд 60Расчет точки
росы
1 случай
2 случай
3 случай
Слайд 61
Если стена не утеплена, то точка росы начнет колебаться под
воздействием климатических условий. При стабильной погоде точка росы сместится поближе
к наружной поверхности стены. Сам дом в таком случае не пострадает.
В случае наружного утепления стен точка росы сдвинется внутрь утепляющего слоя. При покупке материала для термоизоляции это нужно учитывать и правильно определить требуемую толщину;
Расчет точки
росы
Если резко похолодало, то эта точка сместится к внутренней поверхности стены. Помещение насытится конденсатом и стены будут медленно намокать;
Слайд 62
Если стена утеплена изнутри, то точка росы будет располагаться где-то
в центре между ней и утеплителем.
При повышенной влажности после
внезапного похолодания точка росы сместится ближе к стыку с утеплителем, что окажет разрушительное действие на сооружение.
Расчет точки
росы
При влажном климате проводить утепление изнутри можно лишь при эффективной системе, способной обеспечивать одинаковые температурные условия во всех комнатах
Слайд 63Расчет точки
росы
Температура предмета, на котором начнет конденсироваться пар, т.е.
точка росы, зависит в основном от двух параметров:
температуры воздуха;
влажности воздуха.
В
нормативах указаны тепловые сопротивления ограждающих поверхностей для конкретных климатических зон. Это значение уменьшать – запрещено законом.
Норматив требует меньшую толщину утеплителя, чем та, что нужна для смещения точки росы в утеплитель. Поэтому желательно подбирать утеплитель под все поверхности .
Эти значения сравниваются с нормативным требованием, а принимается, как правило, еще большее-кратное толщине утеплителей, которые находятся в продаже.
Слайд 64Расчет точки
росы
Утепление стены считается достаточным, если точка росы в
холодное время в основном в утеплителе и не смещается в
стену.
При максимальных отрицательных температурах, которые для несколько дней(недель) и наступают периодически, точка росы может смещаться и в стену.
Слайд 65Расчет точки
росы
Для стены из плотных тяжелых материалов - это
неопасно. Но для стены из пористых материалов, которые хорошо пропускают
пар и впитывают влагу, появление точки росы должно быть коротким, особенно когда они сочетаются с утеплителями – пароизоляторами.
Такие стены требуют наибольшего утепления, особенно с учетом того, что они сами по себе теплые.
Чтобы сместить точку росы потребуется в 2 раза больше утеплителя. С паропрозрачными утеплителями, они сочетаются намного лучше, так как здесь можно осуществить вывод влаги, но только при условии вентиляции утеплителя.
Слайд 66Расчет точки
росы
Наглядные графики изменения температур с различными схемами утепления.
Точка росы приблизительно указана как 160 С, достигается, когда внутри
дома комфортная обстановка +25 0 С,
55-60% влажности
Слайд 67Расчет точки
росы
Стена без утеплителя;
Недостаточный слой утепления – точка росы
находится внутри стены. Ее постоянное нахождение вызовет намокание неплотной стены,
опасность разрушения материала, если слой утепления имеет большее сопротивление движению пара, чем сама стена (неправильное утепление);
Достаточное утепление, точка росы – в утеплителе (основное время), нормальное сохранение материалов стены и тепла в доме, если тепловое сопротивление конструкции стен не меньше нормативного, так как для холодных стен сместить точку росы из них можно и тонким слоем утепления.
Слайд 68Расчет точки
росы
Внутреннее утепление – худшее решение. Точка росы на
поверхности стены или близка к этому, влечет намокание стены, мокрое
замораживание и разрушение конструкций. Применяется при условии сплошного закрытия стены утеплителем-пароизолятором, который предотвращает проникновение пара к точке росы, т.е. образование конденсата невозможно из-за влажности, близкой к 0%.
