Теплофизические свойства ограждающих конструкций. Теплофизические свойства ограждающей конструкции. Контрольная работа Теплофизические свойства ограждающей конструкции
 Скачать 473.22 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Строительный институт «Кафедра строительных конструкций» Контрольная работа «Теплофизические свойства ограждающей конструкции» Выполнил: студент группы ПГСб-20-6 Плаксин Артём Проверил: Жайсамбаев Е.А. Тюмень ТИУ 2023 Содержание Введение……………………………………………………………………………...3 Виды, определения и назначения ограждающих конструкций…………….....4 Теплозащитные свойства ограждающих конструкций………………………...6 Теплофизические свойства…………………………………………………..7 Теплофизические характеристики…………………………………………10 Теплотехнический расчет…………………………………………………..11 Условия эксплуатации ограждающих конструкций…………………………11 Требования по тепловой защите здания…………………………………...11 Список литературы……………………………………………………………...13 Введение В настоящее время происходит интенсивная смена структуры и материалов строительных конструкций с целью повышения энергоэффективности здания, а также улучшения его внешнего облика и прочности. На данный момент накоплен определенный опыт исследования в области технологий строительства ограждающих конструкций и их монтажа, изучены и разработаны методы энергосбережения в возведении зданий промышленного и гражданского применения, выведены основные теплотехнические и эксплуатационные свойства материалов данных конструкций. Но, несмотря на огромный вклад многих специалистов и исследователей данной области, проблема теплоэффективности и долговечности используемых материалов, несомненно, остается актуальной. Ограждающие конструкции являются важнейшей частью здания, от которой зависит получение требуемого санитарно-гигиенического режима и комфортных условий в помещениях. Поскольку именно создание комфортной и благоприятной среды обитания для человека является основной задачей строительства в целом, возводимые конструкции должны обладать необходимой прочностью, долговечностью и теплостойкостью, удовлетворять общим архитектурно – художественным требованиям и, вместе с тем, быть экономически выгодными в своей реализации. Виды, определения и назначения ограждающих конструкций Ограждающие конструкции - конструкции, разделяющие пространства внутри здания на отдельные объемы или ограждающие внутренний объем здания от внешней среды. Основное назначение - защита (ограждение) помещений от температурных воздействий, ветра, влаги, шума, радиации, в чём состоит их отличие от несущих конструкций, воспринимающих силовые нагрузки. По назначению ограждающие конструкции разделяют на внешние и внутренние Внешние служат главным образом для защиты от атмосферных воздействий. В современном мире предъявляются повышенные требования к теплоизоляционным свойствам материалов, входящих в состав ограждающих конструкций зданий и сооружений. Это необходимо для повышения качества внутреннего воздуха, снижению расходов тепловой и электрической энергий. Поэтому постоянно проводится работа по разработке новых технологий производства строительных материалов и изделий с повышенными теплофизическими характеристиками. В настоящее время выпускается много различных облегченных строительных материалов с повышенными теплозащитными свойствами. Однако у таких изделий есть один основной недостаток: значительные потери тепла из-за конвекции в воздушных прослойках. Для снижения воздействия на систему теплоснабжения необходима оптимизация конструкций с точки зрения энергоэффективности и теплозащиты, которая осуществима только при использовании слоистых ограждающих конструкций с применением эффективного материала в качестве утеплителя. Задача внутренних конструкций – это не только деление пространства по зонам, но и выступать в качестве звукоизоляции. Например, звукопоглощающие панели на стенах в студиях аудиозаписи. Также стены из кирпича могут аккумулировать тепло. Ограждающие конструкции классифицируют по способу их изготовления: Сборные - монтируются из готовых элементов заводского изготовления. К ним можно отнести материалы из железобетона, бетона, металла, древесины, камня Возводимые на месте строительства – монолитные конструкции. В зависимости от конструктивного решения подразделяют на: Простые, также называемые однослойные. Комплексные – многослойные. Однослойсные ограждающие конструкции выполняют из одного материала или из однородных штучных изделий (кирпичные стены, легкобетонные панели, гипсовые перегородки) Многослойные ограждающие конструкции состоят из нескольких элементов или слоев, например несущих, изоляционных, отделочных. Как показывает анализ развития конструктивных элементов, для обеспечения достаточной прочности, стойкости против воздействия атмосферы, имеет требуемые тепло-, воздухо- и звукоизоляционные параметры, быть огнестойкими, а также обеспечивать экономическую рентабельность, максимальная эффективность достигается в том случае, когда конструкции являются многослойными. Применительно к элементам стен объектов недвижимости можно сказать, что наиболее эффективными являются трехслойные конструктивные решения. Выделяют два вида таких решений: в первом случае изолирующий слой расположен между несущих слоев; во втором – несущий слой находится между изолирующих слоев. Второе решение проще в изготовлении, однако, менее эффективно, так как требует дополнительных затрат на защиту изолирующих слоев от различных воздействий, в том числе и механических.  Рис1. Распределение температур в однослойном (а) и многослойном (б) ограждениях Теплозащитные свойства ограждающих конструкций Теплофизические свойства - те свойства материалов, что связаны с изменением температуры. В контексте снижения затрат на энергоносители в холодный период года важнейшими для любого владельца дома являются способность строительных материалов передавать (терять), а также аккумулировать и держать тепло. Из всех элементов здания наружные ограждающие конструкции имеют наибольшие потенциальные возможности для экономии теплоэнергии. Для того чтобы спроектировать эффективное в теплозащитном отношении наружное ограждение здания, необходимо учитывать теплопередачу материалов. Теплопередача - физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к более холодному, что является следствием второго закона термодинамики. Всего существует три простых механизма передачи тепла - теплообмена: Теплопроводность Конвекция Тепловое излучение Теплофизические свойства Теплопроводность - процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела (процесс, происходящий в одном теле, в отличие от теплопередачи - процесса, происходящего между различными телами), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела (атомами, электронами и пр.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур.  Рис.2 - Сравнительная схема материалов к коэффициенту теплопроводности Зависит от химического состава материала, структуры, влажности, пористости и характера пор, разности температур на противоположных его поверхностях и средней температуры при которой происходит передача тепла Показателем теплопроводности служит коэффициент теплопроводности. Этот коэффициент равен количеству тепла, проходящего через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 часа при разности температур образца в 1°С. Чем он больше, тем хуже теплоизоляционная способность материала. Плотные стройматериалы, материалы с крупными порами и с закрытыми порами лучше передают тепло, поэтому для целей теплоизоляции стараются применять мелкопористые материалы и материалы с открытыми порами. Наличие влаги в порах увеличивает теплопроводность в десятки раз. Конвекция - это вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия передается потоками или струями газа либо жидкости. В природе существует так называемая естественная конвекция, возникающая в веществе самопроизвольно при неравномерном его нагревании в поле тяготения. При таком типе конвекции нижние слои вещества прогреваются и, следовательно, становятся легче, поднимаясь вверх. Верхние же, более холодные слои, наоборот остывают и в этой связи становятся тяжелее. Тяжелые слои опускаются, после чего процесс повторяется вновь. При определенных условиях процесс перемешивания структурируется в отдельные вихри, вследствие чего получается более или менее правильная решетка из конвекционных ячеек.  Рис.3 - Модель процесса теплопередачи через однослойную ограждающую конструкцию Конвекция характерна для жидких и газообразных сред, где перенос тепла происходит в результате движения молекул. Конвективный теплообмен наблюдается у поверхности стен при наличии температурного перепада между конструкцией и соприкасающимся с ней воздухом. В окнах жилых домов конвективный теплообмен происходит между поверхностями остекления, обращенными внутрь воздушной прослойки. Нагреваясь от внутреннего стекла, теплый воздух поднимается вверх. При соприкосновении с холодным наружным стеклом воздух отдает свое тепло и, охлаждаясь, опускается вниз. Такая циркуляция воздуха в воздушной прослойке обусловливает конвективный теплообмен. Чем больше разность температур поверхностей, тем интенсивнее теплообмен между ними. Тепловое излучение – перенос теплоты с поверхности на поверхность через лучепрозрачную среду электромагнитными волнами, трансформирующимеся в теплоту. Аналогичным образом осуществляется передача тепла излучением между двумя поверхностями, расположенными в стене и разделенными воздушной прослойкой. Нагретая поверхность радиатора излучает тепло и обогревает помещение. Чем выше температура поверхности отопительного прибора, тем сильнее обогревается помещение. Все тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля, излучают тепло, которое частично отражается, частично поглощается. Если вся падающая на тело лучистая энергия отражается, то такое тело называется абсолютно белым. Если вся падающая энергия поглощается, то тело называется абсолютно черным. Светлая и гладкая поверхность отражает большую часть падающей энергии. Чем темнее и шершавее поверхность тела, тем больше энергии она поглощает. Поглощенная телом лучистая энергия превращается в тепловую и вызывает повышение температуры. Поэтому для уменьшения перегрева помещений верхнего этажа в летнее время целесообразно покрытие крыши делать из оцинкованной кровельной стали, а не из рубероида. Благодаря блестящей светлой поверхности сталь отражает значительную часть излучения и нагревается меньше, чем рубероид, имеющий темную поверхность и интенсивнее поглощающий лучистую энергию. Теплофизические характеристики Удельная теплоемкость материала – физическая величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг материала на 1С. У органических материалов она обычно выше, чем у неорганических (кДж/(кг°С). Для древесины 2,38-2,72, для стали 0,46, для воды 4,187. Из этого можно сделать вывод, что наибольшую теплоёмкость имеет вода, поэтому их теплоёмкость и возрастает с повышением влажности материалов. Именно поэтому высокая теплоёмкость воды делает её идеальным теплоносителем для системы отопления. Тепловое расширение - Свойство материалов расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении, что приводит к изменениям линейных размеров и объема. Характеризуется коэффициентом линейного расширения, показывающим, насколько расширяется материал при повышении температуры на 1С. В конструкциях, объединяющих несколько материалов, коэффициент теплового линейного расширения необходимо всегда учитывать. У стали (11-11,9) и бетона (10-14) он почти одинаков, поэтому эти материалы так хорошо сочетаются в железобетонных конструкциях. Если же коэффициенты линейного расширения отдельных компонентов значительно различаются, в таких конструкциях возникают напряжения, которые могут привести не только к появлению микротрещин и короблению, но и к полному их разрушению. Аккумулирование тепла - Свойство материала при нагревании поглощать, а при охлаждении отдавать определённое количество теплоты называют теплоаккумулирующей способностью. Зависит она от удельной теплоемкости строительного материала, его средней плотности и толщины стеновой конструкции. Физический смысл теплоаккумулирующей способности (Qs) материала в возможности накопить и удержать в квадратном метре стены заданной толщины некоторое количество тепловой энергии, которая в дальнейшем может определенное время (время остывания ta) расходоваться на поддержание комфортного микроклимата в помещении. Для более понятного восприятия можно провести аналогию с радиаторами отопления. Чугунные радиаторы благодаря тепловой инерции, то есть большей способности чугуна аккумулировать тепло, при отключении подачи теплоносителя Теплотехнический расчет ограждающих конструкций Теплотехнический расчет — это комплекс мероприятий, направленных на определение соответствия сооружений и конструкций современным нормам тепловой защиты и энергоэффективности. С их помощью определяют величину тепловой энергии, необходимой для отопления помещений и зданий Основным показателем такого расчета является термическое сопротивление, которое зависит от толщины слоя и коэффициента теплопроводности. Далее это значение сравнивается с требуемым термическим сопротивлением, зависищее от региона строительства Условия эксплуатации ограждающей конструкции 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 дват типа условий эксплуатации ограждающих конструкций. А и Б (40% - 50% и 50% - 60%) Треблвания по тепловой защите здания Требования по тепловой защите оценивается по двум показателям: Приведенному сопротивлению теплопередаче R0 Температурному перепаду dt между температурой внутреннего воздуха tв и температурой внутренней поверхности ограждения tст При проектировании конструкции должны выполняться три условия: Приведенное сопротивление теплопередаче R0 должно быть не ниже нормируемого значения Rн Расчетный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения не должен превышать нормируемых значений dt0 Температура внутренней поверхности ограждения должна быть не ниже точки росы внутреннего воздуха при расчетной температуре наружнего воздуха в зимний период Список литературы 1. СНиП 2302–2003. Тепловая защита зданий. — М.: ГУП ЦПП, 2004. 2. СП 23101–2004. Проектирование тепловой защиты зданий. — М.: ГУЛ ЦПП, 2004. 3. Малявина Е.Г. Строительная теплофизика и проблемы утепления современных зданий // АВОК, №1/2009. 4. Козлов В.В. Влияние тарельчатого дюбеля на теплофизические свойства фасадной теплоизоляционной системы с наружным штукатурным слоем // Стройпрофиль, №3/2009. 5. Гагарин В.Г., Козлов В.В., Цыкановский Е.Ю. Расчет теплозащиты фасадов с вентилируемым воздушным зазором // АВОК, №2/2004. |