Задача обеспечения комфортного температурно - влажностного режима. Задача решается двумя способами. Первый способ - это создание такого архитектурно-планировочного и конструктивного решения зданий, которое обеспечивало бы минимальные теплопотери и максимальные поступления тепла от Солнца зимой и минимальные теплопоступления в здание в летнее время. Второй способ - это оборудование здания современными надежными системами отопления, вентиляции и охлаждения воздуха. Инженеры-строители и архитекторы занимаются проектированием зданий и их конструкций, решают, таким образом, эту задачу первым способом. Однако от того, насколько качественно эта задача решена, зависит энергоэкономичность работы инженерного оборудования.
Комфорт температурно-воздушной среды зависит от следующих факторов: -температура внутреннего воздуха -температура внутренних поверхностей, ограждающих помещение - тепловая инерция (накопление тепла) ограждающих конструкций помещений - относительная влажность воздуха в помещении -движение воздуха -деятельность человека Зависимость ощущения комфорта в помещении от температуры воздуха и средней температуры поверхностей ограждающих помещение
Теплозащита должна обеспечить комфорт в помещении как в зимних (защита от холода), так и в летних (защита от перегрева) условиях. Особым образом комфорт температурной среды зависит от температуры поверхности пола. Кроме обеспечения комфорта,теплозащита должна защищать конструкции от температурных воздействий, предотвращая температурные напряжения, температурные деформации и связанные с ними повреждения конструкций. Ощущение комфорта в помещении зависит от температуры воздуха и средней температуры поверхностей, ограждающих помещение. Основные потоки тепла, которые учитывают при тепловых расчетах конструкций
Источники тепла можно разделить на природные и искусственные. Природные: 1.Солнечная энергия: -солнечные коллекторы, в которых солнечным теплом нагревается вода, используемая для отопления и горячего водоснабжения; -фотоэлементы, преобразующие солнечное излучение в электрический ток; -архитектурно-строительные решения, собирающие солнечную энергию, транспортирующие ее вглубь здания, аккумулирующие ее там и отдающие тепло в воздух помещения, когда это необходимо. 2.Вода, обладающая большой теплоемкостью. Воздух. Тепловой насос воздух-вода. Земля. Тепловой насос земля-вода. Ветер. Ветровые электростанции. 3.Отходы сельскохозяйственного производства Искусственные: Механические: трение. Химические: уголь, нефть, газ. Электрические: электроэнергия. Атомные: ядерная энергия.
Природные: Искуственные : 1.Солнечная энергия 1. Механические: трение 2 Химические: уголь 2.Вода, обладающая большой теплоемкостью 3. Электрические: электроэнергия 3.Отходы сельскохозяйственного производства 4. Атомные: ядерная энергия
1.Климат местности 2.Теплоизоляция ограждающих конструкций. 3.Тепловая инерция ограждающих конструкций 4.Расположение отдельных слоев в многослойной ограждающей конструкции 5. Общий коэффициент пропускания энергии окнами и прочими светопрозрачными конструкциями -прозрачная теплоизоляция; -стекла с металлическим напылением. 6.Отношение площади окон и других светопрозрачных конструкций к площади наружных ограждающих конструкций. От размера светопрозрачных конструкций зависит экономия теплоэнергии, чем меньше размер светопрозрачных конструкций, тем меньше теплопотери. 7.Ориентация окон и других светопрозрачных конструкций по сторонам света. 8.Возможности вентиляции, открывание окон и дверей, воздухопроницаемых и ограждающих конструкций. 9.Окраска наружных поверхностей стен.
- Теплопроводность (конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твёрдого тела). У жестких материалов передача тепла от молекулы к молекуле. В металлах - это усиление потока электронов. Чем выше электропроводность металла, тем больше его теплопроводность. В камневидных материалах (например, бетон) - это преимущественно волны 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 (рис. 2.4). Так, бетоны на карбонатном песке ( Са ) обладают меньшей теплопроводностью, чем бетоны на кварцевом песке Железный гвоздь нагревается сильно Дерево нагревается намного слабее Рис. 2.4. Теплопроводность
-Конвенция (совместный перенос тепла излучением и конвекцией). Тогда, как при теплопроводности молекулы вещества остаются на месте, при конвекции тепло переносится потоками частиц теплоносителя (жидкости или газа). Вода циркулирует в трубах и батареях водяного отопления. Нагретые частицы воздуха поднимаются от батареи кверху, нагревают другие частицы воздуха, а сами теряют тепло и снова у батареи получают следующую порцию тепла. Так работает система водяного отопления. Количество тепла, передаваемого конвекцией:
-Радиация (осуществляется за счёт распространения электромагнитных волн. Попадающая на тело тепловая радиация частично поглощается, частично отражается. Оконное стекло пропускает отдельную коротковолновую часть тепловой радиации солнца, но не пропускает более длинные волны инфракрасной части спектра. Так, солнечное тепло зимой, попадая в помещение через окна, поглощается его поверхностями и повышает температуру воздуха. Отражение используется в теплозащитных стеклах, в нишах под батареями, в покрытиях мансард (рис. 2.5).Количество тепла, передаваемого радиацией: Количество тепла, передаваемого радиацией: Тонкая пленка металла, напыленная Тепло отбрасывается в помещение на стекло(К-стекло)отбрасывает с помощью алюминиевой фольги тепло: летом - от помещения, зимой - в помещение В нише за батареей отопления
Установившимся поток тепла через ограждающую конструкцию можно считать, когда зимой постоянно работает центральное отопление и темпера наружного воздуха не меняется (или меняется незначительно) в течение 5 и более суток. По понятиям термодинамики ограждающие конструкции - это открытые системы, обменивающиеся со средой (с окружающим воздухом) энергией (теплообмен) и веществом ( влаго - и воздухообмен). Направление потока тепла всегда от более тёплой поверхности к более холодной.
Часто приходится иметь дело с изменяющимися температурами: -колебания температуры днем и ночью, особенно в осенне-весенний период; -периодически действующее печное отопление; -изменение наружных зимних температур (мороз и оттепель). Если температура в помещении резко меняется сразу вслед за изменением температуры наружного воздуха или сразу после прекращения работы отопления, то говорят о «барачном» микроклимате в помещении. Свойство ограждающей конструкции сохранять относительное постоянство температуры на внутренней поверхности при изменении потока тепла называется теплоустойчивостью. Особенно важно учитывать теплоустойчивость в летних условиях, когда наружная поверхность ограждений периодически нагревается солнцем, что вместе с высокой температурой наружного воздуха вызывает прогрев ограждения и повышение температуры в помещении.
Схема затухания температурных колебаний Тепловая инерция стены с внутренним внутри однородной конструкции и наружным расположением утеплителя Наибольшее теплоусвоение имеют материалы с большой теплоемкостью, например, гранита S = 25,04 Вт/(м 2 °С); железобетона S = 17,98 Вт/(м 2 °С) (в сухих условиях); кирпича глиняного, обыкновенного S = 9,20 Вт/(м 2 °С) (в сухих условиях); перлитобетона S = 6,96 Вт/(м 2 °С) (в сухих условиях).
В СНиП 23-02-2003 применен так называемый «поэлементный» метод нормирования теплозащиты, когда каждый элемент ограждения зданий (стены, чердачные перекрытия, крыши-мансарды, окна, наружные двери, перекрытия над подвалами и подпольями, полы по грунту) должен удовлетворять определенным требованиям летней и зимней теплозащиты. Нормами установлены три показателя тепловой защиты здания: а) Энергетический. Приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания должно соответствовать требованиям экономии энергии. б) санитарно-гигиенический, включающий температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой на поверхности ограждающих конструкций, которая должна быть выше температуры точки росы в) удельный расход тепловой энергии на отопление здания, позволяющий варьировать величинами теплозащитных свойств различных видов ограждающих конструкций зданий с учетом объемно-планировочных решений здания и выбора систем поддержания микроклимата для достижения нормируемого значения этого показателя. Требования тепловой защиты здания будут выполнены, если в них будут соблюдены требования показателей «а» и «б» либо «б» и «в».
С целью контроля соответствия нормируемых показателей на разных стадиях создания и эксплуатации здания следует заполнять энергетический паспорт здания, форма которого приведена в СНиП. Энергетический паспорт жилых и общественных зданий предназначен для подтверждения соответствия показателей энергетической эффективности и теплотехнических показателей здания показателям, установленным в настоящих нормах. Его следует заполнять при разработке проектов новых, реконструируемых, капитально ремонтируемых жилых и общественных зданий, при приемке зданий в эксплуатацию, а также в процессе эксплуатации построенных зданий. Энергетический паспорт здания должен содержать: -общую информацию о проекте; -расчетные условия; -сведения о функциональном назначении и типе здания; -объемно-планировочные и компоновочные показатели здания; -расчетные энергетические показатели здания, в том числе: показатели энергоэффективности, теплотехнические показатели; -сведения о сопоставлении с нормируемыми показателями; -рекомендации по повышению энергетической эффективности здания; -результаты измерения энергоэффективности и уровня тепловой защиты здания после годичного периода его эксплуатации; -класс энергетической эффективности здания. Методика расчета параметров энергоэффективности и теплотехнических параметров и пример заполнения энергетического паспорта приведены в своде правил.
Если класс энергетической эффективности очень высокий, высокий или нормальный, то рекомендуется экономическое стимулирование. Если класс энергетической эффективности низкий, то желательна реконструкция, а если очень низкий, то необходима реконструкция в ближайшее время.
