Общие положения

При проектировании жилых, общественных, производственных зданий и сооружений (далее зданий и сооружений) необходимо обеспечивать их тепловую защиту с целью создания оптимальных санитарно-гигиенических условий при разумном расходовании энергоносителей на отопление зданий и сооружений.

К комплексу мероприятий, обеспечивающих надлежащую тепловую защиту, относятся:

- оптимальное объемно-планировочное решение зданий и сооружений при минимальной площади наружных ограждающих конструкций

- применение рациональных наружных ограждающих конструкций с использованием в них эффективных теплоизоляционных материалов

- использование современных методов расчета тепловой защиты зданий и сооружений, базирующихся на условиях энергосбережения.

Проектирование тепловой защиты зданий и сооружений осуществляется на основе требований СНиП 23-01-99* «Строительная климатология» и СНиП 23-02-03 «Тепловая защита зданий», СП 23-101-04 «Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование тепловой защиты зданий», а также соответствующих ГОСТов и норм проектирования зданий и сооружений, в которых приведены необходимые для расчета параметры микроклимата помещений.

Помимо соответствующих теплотехнических расчетов необходимо учитывать

архитектурно-планировочные и конструктивные решения зданий (композиционное решение, ориентация, размеры и герметичность заполнения световых проемов, теплоизоляция ограждений), которые определяют эксплуатационную эффективность и экономичность искусственных средств (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха.

Следует помнить, что даже идеальные в теплотехническом отношении стены и покрытия не дадут ожидаемого эффекта, если композиция здания характеризуется чрезмерным периметром наружных стен, неглубокими помещениями, большими площадями остекления и нерациональной ориентацией по отношению к господствующим ветрам. Поэтому важно уже на первой стадии проектирования, когда выявляются принципиальные решения здания, определяющие его теплотехническую, гигиеническую и экономическую эффективность, правильно оценить тепловой климат и аэрационный режим места строительства по исходным данным и умело пользоваться картами строительно-климатического районирования и зон влажности территории, приведенными в СНиП 23-01-99*.

Наибольшее внимание теплотехническим факторам следует уделять при проектировании зданий в экстремальных климатических районах. Существует один общий принцип подхода к проектированию зданий для северных и южных (с сухим жарким климатом) районов: здания должны быть компактными с высокой теплоинерционностью ограждений и минимально допустимыми световыми проемами, чтобы на севере обеспечивалась минимальная теплоотдача зимой, а на юге - максимальная защита от солнечной радиации летом.

2.2. Виды теплообмена

Передача тепловой энергии от более нагретых тел к менее нагретым представляет собой процесс, называемый теплообменом, который проявляется в виде трех видов: конвекции, излучения и теплопроводности.

Конвекция - это процесс передачи тепла путем механического перемещения частиц вещества в газообразной или жидкой среде.

Излучение (радиация) - процесс передачи тепла с помощью электромагнитных волн, которые передаются от более нагретого другому, менее нагретому телу, превращаясь в нем в тепловую энергию.

Теплопроводностью называется процесс, когда передача тепла происходит в результате соприкосновения частиц твердого материала (бетон, кирпич и т.п.). При теплопроводности молекулы твердого вещества в процессе передачи тепла остаются на месте, в то время как при конвекции, передача тепла происходит путем изменения положения частичек вещества теплоносителя (нагретого воздуха или горячей воды), что в результате меняет тепловой потенциал окружающей среды.

Тепловая энергия путем излучения может передаваться как через воздух, так и через безвоздушное пространство. Тепловые лучи в виде электромагнитных волн, попадая на поверхность кого-либо материального вещества, частично поглощаются им, а частично отражаются от него. Эффект поглощения обычно используется в солнечных коллекторах, с помощью которого происходит нагревание воды и отопление помещений. Эффект отражения используется в случае задержания радиационного тепла в помещении путем наклеивания алюминиевой фольги за отопительными приборами или под утепляющим слоем мансарды, а также путем нанесения специального отражающего слоя на внутренние поверхности оконных стекол.

В ограждающих конструкциях теплообмен главным образом осуществляется в виде теплопроводности, но одновременно он сопровождается конвекцией и излучением.. Так, через сплошные ограждающие конструкции передача тепла происходит путем теплопроводности, а через воздушные прослойки ограждения и у его внутренних и наружных поверхностей - путем конвекции и излучения.

Передача тепла из одной нагретой газообразной среды к другой через разделяющую твердую ограждающую конструкцию, при котором действуют все три вида теплообмена, называется теплопередачей.

2.3. Теплопередача через ограждения

Ограждающие конструкции (стены и покрытия) разделяют две среды с различными температурами, давлением и влажностью.

Перенос тепла всегда возникает при разности температур на наружных и внутренних поверхностях ограждения. Тепловой поток, проходящий через ограждения, редко бывает постоянным, он почти всегда меняется во времени.

Для упрощения расчетов считается, что количество тепла, проходящее через ограждение, постоянно во времени. Такой тепловой поток называют стационарным.

При стационарном тепловом потоке количество тепла , Вт, проходящего через плоскую однородную стенку, можно определить по формуле

, (2.1)

где – температура воздуха с внутренней стороны ограждения, ºС;

- то же, с наружной стороны, ºС;

- площадь ограждения, м²;

- время передачи тепла, ч;

- коэффициент, зависящий от теплотехнических свойств материала ограждения, называемый коэффициентом теплопередачи.

Когда вместо температуры воздуха с двух сторон известны температуры на наружной и внутренней поверхности ограждения, формула (2.1) принимает вид

, (2.2)

где и – соответственно температура на внутренней и наружной поверхности ограждения, ºС;

и – то же, что и в формуле (2.1);

- толщина ограждения, м;

- коэффициент теплопроводности материала ограждения.

Преобразовав формулу (2.2) относительно коэффициента теплопроводности , получим его размерность

Вт/(м ·^о С). (2.3)

Численное значение коэффициента теплопроводности, в основном, зависит от плотности материала, влажности и природы материала.

Пористые материалы, как правило, содержат большое количество воздушных пор, а воздух имеет хорошие теплоизоляционные показатели ( = 0,02 Вт/(м ·^о С). Увлажнение материала ухудшает его теплоизоляционную способность, так как часть воздушных пор заполняется влагой, вследствие чего увеличивается его плотность.

Таким образом, чем меньше значение коэффициента теплопроводности имеет материал ограждения, тем выше его теплоизоляционные свойства и наоборот, чем больше величина , тем большую теплопроводность имеет материал ограждения.