Фізичні процеси, які відбуваються в зовнішній стіні при великих різницях температур ззовні і всередині будівлі

Размещено на http://www.allbest.ru/

11

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний університет водного господарства і природокористування

Кафедра архітектури

Реферат

на тему: «Фізичні процеси, які відбуваються в зовнішній стіні при великих різницях температур ззовні і всередині будівлі»

Рівне 2009

Зміст

Вступ

1. Теплопередача

1.1 Опір теплопередачі

2. Теплостійкість

3. Повітропроникнення

4. Вологісний режим зовнішньої стіни і опір паропроникненню

5. Мостики холоду

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

Підвищення якості та покращення експлуатаційних характеристик будівель - одна із актуальних задач архітектурно-будівельної практики і науки. Все більшого значення набувають питання забезпечення комфорту для життєдіяльності людини. Крім того, в зв'язку з великими витратами енергії на експлуатацію будівель, визріла гостра необхідність в структурних змінах її споживання та втіленні масштабних заходів з енергозбереження. Повітряно-тепловий режим приміщень та фактори об'ємно-планувального рішення в зв'язку з навколишнім середовищем відіграють в цьому одну з головних ролей.

Основні показники повітряно-теплового режиму приміщень - температура, відносна вологість і циркуляція повітря в приміщенні, температура внутрішніх поверхонь огороджень та отоплювальних засобів, розподілення температури по об'єму приміщення, а також чистота повітряного середовища і повітрообмін в приміщенні.

Із усіх конструкцій будівель вирішальний вплив на повітряно-тепловий режим приміщень створюють зовнішні огородження. Вплив цих конструкцій зумовлений їх теплозахистом, повітре- і пароізоляційною здібністю, вологісним станом, теплостійкістю.

Існує три головних показники теплового захисту будівлі:

а) приведений опір теплопередачі окремих елементів огороджуючи конструкцій будівлі;

б) санітарно-гігієнічний показник, який включає температурний перепад між температурами внутрішнього повітря і на поверхні огороджуючи конструкцій і температуру на внутрішній поверхні вище температури точки роси;

в) виділений розхід теплової енергії на отоплення будівлі.

1. Теплопередача

Тепловтрати через окремі зовнішні елементи будівлі різні і багато в чому залежать від теплоізоляційних якостей і розмірів (площ) конкретних конструкцій.

Найбільша площа зовнішніх огороджень для більшості споруд припадає на зовнішні стіни. Тому їх теплозахисні якості багато в чому визначають параметри мікроклімату приміщень.

Отже, головним фізичним явищем, що відбувається в зовнішній стіні є теплопередача, тобто переміщення теплоти через огороджуючу конструкцію від взаємодіючого з нею середовища з більш високою температурою до середовища з іншої сторони конструкції з більш низькою температурою. Наприклад, в холодний (отоплювальний ) період року, який характеризується середньою добовою температурою зовнішнього повітря рівною і нижчою 8°С, теплова енергія із приміщення будівлі через зовнішні огородження переміщується на вулицю, а в теплий період року, який характеризується середньою добовою температурою повітря вище 8°С, процес проходить в зворотному порядку.

В холодний період року теплова енергія, що знаходиться в приміщенні складається з деякої кількості удільної енергії, яка виділяється за отоплювальний період для компенсації тепловтрат будівлі та додаткових тепловиділень - надходжуючих від людей, включених енергоспоживаючих пристроїв, обладнання, електродвигунів, штучного освітлення тощо, а також від проникаючої сонячної радіації.

1.1 Опір теплопередачі

Уже відомо, що для забезпечення заданого рівня витрат теплової енергії будівлею з урахуванням повітрообміну приміщень не вище допустимих рамок, а також повітропроникності огороджуючих конструкцій і захисту їх від надмірного зволоження за оптимальних параметрів мікроклімату потрібний ефективний тепловий захист будівлі, який являє собою теплозахисні якості цих же конструкцій.

Теплозахисні якості зовнішньої стіни залежать від теплозасвоєння її поверхні, а також теплопровідності . Теплоровідність - здатність матеріалу проводити тепловий потік через свою товщину від однієї поверхні до іншої. Теплопровідність визначається кількістю теплоти (в Дж), що проходить за 1год через стіну товщиною 1м площею 1мІ при різниці температур 1°С. Показник теплопровідності прийнято називати коефіцієнтом теплопровідності (л). Величина обернена коефіцієнту теплопровідності - термічний опір (R=1/ л).

Термічний опір матеріалу залежить від його щільності, пористості, пустотності, вологості (матеріал має також здатність віддавати вологу середовищу - вологовіддача - за умов руху повітря , його підвищеній вологості і підвищеній температурі).

Величина, що характеризує опір шару матеріалу товщиною у проходженню крізь неї тепла, називається термічним опором шару (R= у / л) і вимірюється в КЧ мІ/Вт.

Будь-яка зовнішня огороджуючи конструкція складається із декількох шарів різних матеріалів. Кожен шар володіє своїм термічним опором , тому загальний термічний опір багатошарового огородження складається із термічних опорів кожного шару.

Існує іще один вид термічного опору. Внутрішня поверхня огородження завжди дещо холодніша, ніж повітря в приміщені, а зовнішня - завжди дещо тепліша, ніж зовнішнє повітря. Цей вид опору теплопередачі називається поверховим.

Загальний опір теплопередачі огородження визначається як сума опорів теплосприйняттю на внутрішній поверхні, теплопередачі на зовнішній поверхні та всіх шарів стіни.

Зміна температури всередині кожного окремого шару конструкції відбувається рівномірно по закону прямої лінії. Розподілення температур в пошаровому огородженні отримує характер ламаної лінії, відрізки якої, проходячи через шари з більш високим термічним опором, мають більший кут нахилу відносно горизонтальної площини (див.дод.рис.1).

Повітряний прошарок в огородженні є ефективним засобом теплозахисту, але лише в тих випадках, коли в ній відсутній рух частинок повітря. Для цього простір прошарку необхідно ізолювати від зовнішнього і внутрішнього повітря, тобто зробити його герметичним. За великої товщини прошарку циркуляція повітря підсилюється і ефект теплозахисту не досягається. Через стіни будівлі втрачається до 35-45% теплоти. Отже,чим вищий опір теплопередачі стіни, тим менший потік теплоти через неї проходить і тим нижчі тепловтрати.

теплопередача повітропроникнення будівля температура

2. Теплостійкість

Коливання зовнішньої температури викликає коливання температури внутрішнього повітря, тому до зовнішніх стін пред'являють додаткові теплотехнічні вимоги крім встановлених для умов стаціонарного теплового потоку . Ці вимоги зводяться до того, щоб забезпечити мінімальні коливання температури на внутрішніх поверхнях огороджень з метою підтримання комфортних умов в приміщеннях, а також запобігання утворенні конденсату на внутрішній поверхні конструкції.

Температурний перепад між температурами повітря в приміщенні і внутрішньою поверхнею огородження має велике санітарно-гігієнічне значення.

Коливання температури на поверхні огороджень залежить від теплостійкості чи теплової інерції конструкції.

Теплостійкість характеризує теплову інерцію огороджуючої конструкції, яка напряму залежить від термічного опору шарів конструкції і коефіцієнтів теплозасвоєння матеріалів цих шарів.

Теплостійкість легких конструкцій завжди нижча, ніж масивних, наприклад цегляних, які менш чутливі до різких перепадів зовнішніх температур. Очевидно, що підвищити теплостійкість легких огороджень можна тільки за рахунок збільшення їх термічного опору (збільшення товщини утеплювача).

Проектуючи огороджуючі конструкції в т.ч. зовнішні стіни з врахуванням їх теплостійкості, необхідно керуватися наступними положеннями:

· теплостійкість конструкції залежить від порядку розміщення шарів матеріалів;

· величина затухання амплітуди коливань температури зовнішнього повітря в пошаровій конструкції збільшується якщо більш теплостійкий матеріал розміщений зсередини;

· наявність в конструкції огородження повітряного прошарку збільшує теплостійкість конструкції;

· в замкнутому повітряному прошарку доцільно влаштовувати теплоізоляцію з тепловідбиваючою поверхнею;

· шари конструкції, розміщені між вентильованим зовнішнім повітрям повітряним прошарком і зовнішньою поверхнею огороджуючої конструкції, повинні мати мінімально можливу товщину; найбільш доцільно виконувати ці шари з тонких металевих чи цементно-волокнистих листів.

3. Повітропроникнення

За умов виникнення біля внутрішньої і зовнішньої поверхонь зовнішньої стіни деякої різниці тисків повітря відбувається переміщення його через огородження в сторону з меншим тиском. Ця різниця тисків повітря може виникнути або внаслідок різниці його температур (тепловий напір), або під впливом вітру (вітровий напір). Можливість виникнення при цьому фільтрації холодного зовнішнього повітря - інфільтрації - може призвести до значних змін теплозахисних якостей огороджуючої конструкції.

Повітропроникність огородження - важливий фактор в забезпеченні оптимального температурно-вологісного режиму приміщень - може бути корисною і шкідливою. При незначному об'ємі такий повітрообмін видаляє надлишкову вологу із огорджуючих конструкцій і понижує вологість внутрішнього повітря. Якщо інфільтрація занадто інтенсивна, то це значно охолоджує приміщення. В приміщеннях, які потребують кондеціонування, інфільтрація недопустима.

Опором повітропроникненню називають опір огородження, наданий його шарами фільтрації повітря. Цей опір визначається будівельними нормами.

4. Вологісний режим зовнішньої стіни і опір паропроникненню

Зволоження, які відбуваються постійно при експлуатації будівлі , поділяються на два види: конденсатні та гігроскопічні.

Повітря завжди вміщує деяку кількість водяної пари. Кількість вологи в визначеному об'ємі повітря називається абсолютною вологістю повітря . При незмінній температурі абсолютна вологість не може перевищувати деякої межі насичення, яка тим більша, чим вища температура повітря.

Процентне відношення фактичної (абсолютної) маси водяної пари, що міститься в повітрі, до максимально можливої її маси в даному об'ємі повітря за даної температури називають відносною вологістю повітря.

Оптимальною і допустимою вважається відносна вологість повітря в приміщеннях від 50 до 60%. При підвищенні температури повітря його відносна вологість знижується, при зниженні - зростає і може досягати межі насичення - 100%.

Температура, за якої відносна вологість повітря досягає межі насичення , називається точкою роси. При подальшому зниженні температури надлишок вологи буде виділятися у вигляді конденсату. Конденсат випадає в першу чергу на більш охолоджених поверхнях конструкції - в кутках приміщення тощо.

Проте надлишок вологи може випадати не тільки на внутрішній поверхні огородження, але і всередині її шарів. Це відбувається тоді, коли температура і вологість внутрішнього повітря дуже високі. В результаті дифузії волога в вигляді водяної пари проникає із приміщення всередину зовнішньої стіни, досягає охолодженої її частини і утворює конденсат. В цьому випадку необхідно передбачити з внутрішньої сторони стіни пароізоляційний шар.

Гігроскопічна волога потрапляє в огородження в результаті здатності деяких будівельних матеріалів (наприклад силікатної цегли) вбирати в себе водяні випари із повітря.

Волога активізує процеси, що порушують структуру матеріалу. Волога, яка знаходиться в конструкції, при замерзанні збільшується в об'ємі і створює внутрішні напруження , в результаті чого відбувається деформація структури матеріалу і його прогресивне знищення.

Агресивні сполуки, розчинені у волозі, що проникла в конструкцію, викликають корозію, якій піддаються не тільки металеві конструкції і арматура залізобетону, але й бетон, цегла та ін..

Повітря в замкнутих просторах (порах) є хорошим тепло ізолятором, але вологе повітря стає більш щільним і більш теплопровідним. Насичений вологою утеплювач знижує свої теплозахисні властивості.

При дифузії водяної пари через шар матеріалу конструкції зовнішньої стіни останній створює опір потоку пару, який називається опіром паро-проникненню. Опір паропроникненню багатошарового огородження дорівнює сумі опорів паропроникненню всіх шарів, з яких складається ця конструкція і повинен бути не меншим за найбільший із опорів, визначених за формулами СНиП , що вимагаються за умови недопущення накопичення вологи огороджуючої конструкції за річний період експлуатації і за умови обмеження вологи в огороджуючій конструкції за період з від'ємними середньомісячними температурами зовнішнього повітря.

5. Мостики холоду

Зовнішня огороджуюча конструкція стіни не повинна мати зон місцевого промерзання - «мостиків холоду». Мостики холоду являють собою обмежені по об'єму частини будівельних конструкцій, через які відбувається підвищена тепловіддача. Мостики холоду можуть бути обумовлені геометрією огородження і (або) конструкцією і матеріалом.

Геометрично обумовлені мостики холоду зустрічаються там, де внутрішня теплопоглинаюча поверхня огородження менша ізотермічної зовнішньої поверхні. В цьому місці температура внутрішньої поверхні нижча, ніж в сусідніх зонах. Такі мостики холоду характеризуються двох- чи трьохмірним потоком теплоти через огородження. Це зустрічається в кутках будівлі, виступаючих звисах будівлі тощо.

Обумовлені конструкцією і матеріалом мостики холоду виникають в тих випадках, коли матеріали з високою теплопровідністю включаються в товщину зовнішньої стіни із матеріалів з низькою теплопровідністю. В якості теплопровідних включень можуть бути жорсткі в'язі стін.

До значних недоліків, що викликають мостики холоду, відносяться:

· підвищене споживання енергії на отоплення ;

· небезпека створення і накопичення вологи у вигляді конденсату;

· ризик пошкодження будівельних матеріалів;

· небезпека утворення пліснявого грибка.

Мостики холоду ліквідуються конструкційними мірами - напрямленою теплоізоляцією зон огородження.

Висновок

Отже, за умов великої різниці температур всередині і ззовні будівлі, зовнішня стіна піддається багатьом фізичним процесам, які призводять до різних негативних наслідків.

До цих процесів відносяться: теплопередача, повітропроникнення, та паропроникнення. Вони можуть вимагати збільшення теплового розходу енергії на опалення будівлі, призводити до значних змін теплозахисних якостей конструкції стіни і навіть до поступового знищення матеріалів конструкції. Для запобігання цих наслідків створено ряд деяких загальних методичних рекомендацій до проектування зовнішніх стін. Вони включають рекомендації з вибору матеріалів конструкції, почерговість їх розміщення, а також об'ємно-планувального рішення. Дотримуючись їх, архітектор забезпечує комфорт для життєдіяльності людини в будівлі та ефективне енергозбереження.

Список використаної літератури

1. Архитектурное конструирование /Пономарёв В.А.: Учебник для вузов. - М.: «Архитектура-С», 2008. - 736с., алл.

2. Архітектурно-будівельна фізика. Теплотехніка огороджуючи конструкцій будинків. Навч. посібник/ О.В. Сергейчук. - К.: Такі справи, 1999. - 156с.

3. Державні будівельні норми України (ДБН В.2.6-31:2006) «Теплова ізоляція будівель» .

Размещено на Allbest.ru