Исследование теплотехнической однородности зданий с однослойными ограждающими конструкциями в условиях эксплуатации на Среднем Урале

1.6.. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций.

Строительная теплотехника занимается изучением воздухопроницания и теплопередачи. через ограждающие конструкции зданий, а также влажностного режима ограждающих конструкций, связанного с процессами теплопередачи.

Знание строительной теплотехники необходимо строителям для рационального проектирования наружных ограждающих конструкций.

Особенно большое значение имеет знание строительной теплотехники для современного строительства, в котором широко применяется сборные облегченные конструкции из новых эффективных материалов.

От теплотехнических качества наружных ограждений зданий зависит:
- благоприятный микроклимат зданий, то есть обеспечение температуры  и влажности воздуха в помещении не ниже нормативных требований;

- количество тепла, теряемого зданием в зимнее время;
- температура внутренней поверхности ограждения, гарантирующая от
образования на ней конденсата;
- влажностный режим ограждения, влияющий на теплозащитные
качества ограждения и его долговечность.
Создание микроклимата внутри помещения обеспечивается за счет:
- соответствующей толщины ограждающей конструкции;
- мощности систем отопления, вентиляции или кондиционирования.
Методика теплотехнического расчета основана на том, что оптимальная толщина ограждающей конструкции находится исходя из:
- климатических показателей района строительства;
- санитарно-гигиенических и комфортных условий эксплуатации зданий и помещений;
- условий энергосбережения.
 

Для создания комфортных условий в зданиях к наружным ограждающим конструкциям предъявляются теплотехнические требования:

− обеспечение достаточных теплозащитных свойств в холодное время

года;

− обеспечение теплоустойчивости в теплый период;

− обеспечение необходимой воздухопроницаемости;

− обеспечение допустимой паропроницаемости;

− получение требуемого температурно-влажностного режима в помещениях;

− температура внутренней поверхности ограждения должна незначительно отличаться от температуры внутреннего воздуха во избежание выпадения конденсата.

В связи с вышеуказанным, наружные ограждающие конструкции должны

обладать теплозащитными, теплоустойчивыми и другими свойствами. Для этого производят теплотехнический расчет наружных вертикальных стен и горизонтальных конструкций покрытий.

1.7.Физический смысл теплопередачи, методика расчета.

Теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций гражданских и производственных зданий выполняется в соответствии с указаниями СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий». При проектировании наружных ограждающих конструкций зданий необходимо знать минимальные значения сопротивления теплопередаче R0, при которых ограждения оказываются удовлетворительными в теплотехническом отношении. Эти значения называются нормативными или требуемыми, R0тр, и зависят от назначения здания, его внутреннего режима, климатических условий района строительства и вида ограждения.

Различают три вида теплопередачи: Теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Строителей в большей степени интересует  теплопроводность, так как в теплотехнических расчетах принято считать, что распространение тепла в материалах происходит лишь по законам теплопроводности.

Теплопроводность-это перенос теплоты структурными частицами вещества(молекулами ,атомами, электронами)в процессе их теплового движения, такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передается другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называют также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Теплообмен теплопроводностью имеет место в материальных слоях ограждающих конструкций здания.

Теплопередача конвекцией и излучением происходит в воздушных прослойках а также поверхностей, отделяющих конструкцию от внутреннего и наружного воздуха.Термическое сопротивление воздушной прослойки. Для внесения единообразия сопротивление теплопередаче замкнутых воздушных прослоек, расположенных между слоями ограждающей конструкции, называют термическим сопротивлением Rв. п, м2. оС/Вт. Термическое сопротивление слоя - это сопротивление теплопроводности, равное разности температуры на противоположных поверхностях слоя при прохождении через него теплового потока с поверхностной плотностью 1 Вт/м2.

Воздухопроницаемость

Воздухопроницаемостью называется свойство строительных материалов и ограждающих конструкций пропускать сквозь себя поток воздуха, воздухопроницаемостью считают также расход воздуха в кг, который проходит через 1м2 ограждения за час G, кг/ (м2. ч).

Воздухопроницанием через ограждения называют процесс проникновения воздуха сквозь их не плотности. Проникновение воздуха снаружи внутрь помещений называется инфильтрацией, а из помещения наружу - экс фильтрацией.

Конвекция

Конвекция - перенос теплоты движущимися частицами вещества. Конвекция имеет место только в жидких и газообразных веществах, а также между жидкой или газообразной средой и поверхностью твердого тела. При этом происходит передача теплоты и теплопроводностью. Совместное воздействие конвекции и теплопроводности в пограничной области у поверхности называют конвективным теплообменом. Конвекция имеет место на наружной и внутренней поверхностях ограждений здания. В теплообмене внутренних поверхностей помещения конвекция играет существенную роль. При различных значениях температуры поверхности и прилегающего к ней воздуха происходит переход теплоты в сторону меньшей температуры. Тепловой поток, передаваемый конвекцией, зависит от режима движения жидкости или газа, омывающих поверхность, от температуры, плотности и вязкости движущейся среды, от шероховатости поверхности, от разности между температурами поверхности и омывающей ее среды.

Излучение

Излучение (лучистый теплообмен) - перенос теплоты с поверхности на поверхность через лучепрозрачную среду электромагнитными волнами, трансформирующимися в теплоту.

Процесс переноса теплоты из одной точки пространства в другую за счет разности температуры называется теплопередачей и является собирательным, так как включает в себя три элементарных вида теплообмена: теплопроводность (кондукцию), конвекцию и излучение. Таким образом, потенциалом переноса теплоты является разность температуры.

Методы теплотехнического расчета делятся на два вида, при стационарном и не стационарном тепловом потоке. Стационарные условия теплопередачи характеризуются постоянством во времени величины теплового потока и температуры ограждения, в нестационарных условиях величины теплового потока и температуры ограждения изменяются с течением времени.

Для расчета в стационарных условиях в основном используют расчет сопротивления теплопередачи ограждения, а так же плоские и пространственные температурные поля.

Для расчета в нестационарных условиях используют методы конечных разностей.

Важную роль в теплотехническом расчете играют граничные условия.

Граничные условия разделяются на временные и пространственные.

Временные граничные условия состоят в задании начального распределения температуры, т.е. распределения температуры в момент времени z-O. Пространственные граничные условия относятся к поверхностям, ограничивающим данную среду, различают три рода граничных условий:

-Граничное условие 1 рода заданы распределение температуры на поверхности и ее изменение во времени. Это условие является наиболее простым, но в практике встречается редко.

-Граничное условие 2 рода заданы величины теплового потока, проходящего через поверхность, и его изменения во времени.

    Следовательно, в этом случае известен угол наклона касательной к температурной кривой в точке ее пересечения с поверхностью, но не величина температуры этой поверхности.

-Граничное условие 3 рода-заданы температура среды, окружающей поверхность(обычно воздуха или жидкости),и закон теплообмена между поверхностью и окружающей средой. Это граничное условие наиболее сложное и вместе с тем наиболее распространённое в практических случаях.

Теплотехнический расчет представлен в приложение I.

Глава2.Тепловизионная съемка.

2.1. Основные принципы работы с тепловизором FlirB620 и его возможности.

Наиболее эффективным, а иногда и единственно возможным методом обследования  ограждающей конструкции является тепловизионная съемка, позволяющая оперативно, с большой точностью и производительностью сканировать поверхности зданий и сооружений и документально регистрировать значения яркостной температуры. Тепловизионное обследование оболочки зданий и сооружений позволяет оперативно выявить места и характер различного рода дефектов. На основе данных тепловизионной съемки и небольшого объема опорных натурных измерений можно решить и более сложную задачу оценки величины теплотехнических характеристик ограждающих конструкций. Существующие государственные стандарты, касающиеся методов определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций (ГОСТ 26254 - 84) и тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций (ГОСТ 26629 - 85), рассчитаны на применение в условиях, близких к стационарным и требуют свободного доступа внутрь помещений. Необходимость определения, величины термодинамической температуры поверхности оболочки здания по тепловизионным данным, регистрация суточных изменений температуры (плотности теплового потока) требуют длительных и дорогостоящих опорных измерений имеющих сравнительно невысокую точность. Использование относительной величины сопротивления передаче тепла позволяет в значительной мере снизить влияние изменений условий теплообмена на поверхности ограждающей конструкции, но погрешность вычислений по формулам для стационарного температурного поля все равно остается большой и становится приемлемой (до 15 %) лишь при очень «удачных» погодных условиях, с малой амплитудой суточных колебаний температуры воздуха в течение 2-3 дней.

Тепловизионное обследование является эффективным средством контроля качества теплозащиты зданий. Оно проводится при наличии установившегося перепада температур наружного воздуха и воздуха в помещениях. В зимний период этот перепад обеспечивается включением штатной системы отопления здания, а в летний период – включением в выбранных для обследования помещениях нагревательных приборов. В ходе тепловизионного обследования регистрируются температурные поля на обследуемых поверхностях ограждающих конструкций (ОК) зданий. Проводя тепловизионную съемку наружной и внутренней поверхностей ОК, получают термограммы – двумерные изображения обследованных поверхностей, где яркость или цвет соответствует значению температуры, определяемому температурной шкалой термограммы. Анализ термограмм внутренних и наружных поверхностей ОК совместно с результатами измерений метеоусловий и температуры воздуха в помещениях при наличии проектной документации на обследуемые ОК позволяет выявить дефекты теплоизоляции ограждающих конструкций. Тепловизионный контроль качества тепловой защиты здания проводится:

                       при приемке зданий в эксплуатацию с целью обнаружения скрытых дефектов и   их устранения;

                       на стадии эксплуатации – после годичной эксплуатации       здания, с целью определения фактических значений теплотехнических показателей ограждающих конструкций;

                       при лабораторных испытаниях ограждающих конструкций с целью их сертификации.

В натурных условиях обследованию подлежат ограждающие конструкции эксплуатируемых или полностью подготовленных к сдаче в эксплуатацию зданий и сооружений.

Натурные обследования ограждающих конструкций при приемке зданий с отключенной системой отопления (в летний период) проводятся с использованием дополнительного обогрева помещений.

Перечень элементов ограждающих конструкций представляемых на экспертизу при приемке зданий в эксплуатацию должен включать все типовые элементы ограждающих конструкций данного здания, доступные для проведения натурного обследования. Если объектом экспертизы является здание с общей площадью ограждающих конструкции более 200 м2, то допустимо осуществлять выборочную проверку, охватывающую в зимний период (при включенной системе отопления здания) не менее 10% от общей площади ограждающих конструкции здания но не менее 200 м2, в летний период (при использовании дополнительного обогрева помещений) – не менее 5%, но не менее 100 м2.

Натурные обследования для заполнения энергетического паспорта эксплуатируемого здания проводятся после годичной эксплуатации здания (п. 12.4 СНиП 23-02) и только в зимний период при включенной системе отопления здания. Для испытаний отбирают не менее двух однотипных образцов расположенных преимущественно в угловых помещениях с ориентацией ограждающих конструкций на север, северо-восток, северо-запад и дополнительно в соответствии с решаемыми задачами на другие стороны горизонта, наиболее неблагоприятные для данной местности (преимущественные ветры, косые дожди и т.д.). Этаж помещения выбирается как с учетом возможности проведения испытания наибольшего количества требуемых типов ограждения в одном помещении, так и с учетом удобства проведения тепловизионной съемки наружной поверхности ограждающих конструкций.