Тепловое излучение в строительстве

Значение теплопроводности в строительстве

В холодную, дождливую, ветреную погоду мы всегда стремимся вернуться в теплый дом, где можно, сняв пальто, почувствовать себя в тепле и уюте. Наружные стены, окна, крыша (т.е. ограждающие конструкции) защищают наш дом от низких температур, сильного ветра, осадков в виде дождя и снега и других атмосферных воздействий. При этом они препятствуют прониканию тепла из внутреннего помещения наружу вследствие своего сопротивления теплопередаче. В зависимости от толщины материала конструкция может иметь различное сопротивление теплопередаче: чем больше толщина материала, тем лучшими теплозащитными свойствами обладает ограждение.

Тепло может передаваться разными способами: теплопроводностью, конвекцией, излучением.

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.

Излучение происходит в газообразной среде путем передачи тепла с поверхности тела через пространство (в виде энергии электромагнитных волн). Благодаря лучистому теплообмену поверхность Земли обогревается Солнцем, находящимся от нее на расстоянии многих световых лет.

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.

Строительные материалы также частично отражают и частично поглощают энергию, хотя и в меньшей степени, чем абсолютное белое и абсолютно черное тела. Они называются серыми телами.

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.

Утеплять помещения идеальнее всего на стадии его строительства.

Теплопроводность строительных материалов – это возможность через свою толщу проводить тепловой поток от одной поверхности к другой.Но это свойство действует лишь в том случае, если в изделии есть градиент потенциала переноса. Если мы имеем дело с пористыми веществами, на теплопроводность влияет характер пор, показатель пористости, вид вещественного состава изделия, температура и влажность.

Стоит отметить что у плотных материалов теплопроводность выше, чем у пористых, дело в том, что у последних тепловой поток может идти не только через поры, заполненные воздухом, но и через вещество изделия. Тепловой поток получает сопротивление из-за низкой теплопроводности воздуха. Но чем меньше размер пор, тем меньшую теплопроводность можно отметить у пористых материалов. А если присутствуют сообщающиеся большие поры, можно говорить об увеличении переноса теплоты движением воздуха. Таким образом, изделия, где есть сообщающиеся поры – отличаются большей теплопроводностью.

Некоторые нюансы вносит структура материалов и условия их теплопроводности. В частности, если при строительстве замечено увлажнение, в таком случае резко увеличивается теплопроводность изделий. Дело в том, что тепловой поток проходит быстрее и лучше, если поры заполнены водой.

Кроме того, особое влияние на теплопроводность оказывает структура материалов. Неодинаковые свойства у изделий со слоистым и волокнистым строением. К примеру, теплопроводность пола из деревянной торцовой шашки выше подобного образца из щитового и дощатого паркетного пола. Это объясняется тем, что у древесных материалов термическое сопротивление поперек вдвое больше, чем при направлении теплового потока вдоль волокон. Такие особенности зафиксированы и при работе со слоистыми искусственными изделиями.

Сейчас на рынке почти каждый день появляются все новые и новые виды утеплителей. Каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками. Но, из самых популярных очень сложно выбрать нужный, потому что при сравнении выясняется, что один лучше другого. На самом деле универсального утеплителя не существует, и для каждой утепляемой части дома – стены, крыша, пол и так далее – нужно подбирать свой тип.

Выбор теплоизоляционных материалов (ТИМ), хороших для каждой конструкции дома, задачка не из легких: за последнее десятилетие на рынке их появилось неописуемое огромное количество.

Хорошо утеплить собственный дом можно только при всеохватывающем подходе к термоизоляции.Всеохватывающее утепление дома позволяет: уменьшить толщину ограждающих конструкций, повысить их теплоизоляционные свойства, понизить массу сооружений и расход стройматериалов, а в эксплуатационный период существенно уменьшить издержки на энергию при отоплении построек.

Строители подсчитали, что больше половины всего тепла из дома уходит через стенки и окна, при этом, чем больше площадь наружных поверхностей, тем выше будут теплоотдачи. Один из методов минимизировать их знаком всем дачникам: пристройка к дому веранды и других подсобных помещений. В прохладное время года они делают функцию буфера, защищающего внутренние комнаты от внешнего воздуха. Самое проблемное место в доме, исходя из убеждений теплопотерь это окна. Потому нужно верно избрать тип оконного блока и детали его установки, также направить внимание на сопряжение окон со стенками, толщину оконной коробки, размещение окна в плоскости стенки. Чтоб минимизировать утраты, можно установить окна с трехслойным остеклением в спаренных древесных рамах.

Фасад строения можно утеплить 3-мя методами: изнутри, снаружи и утеплением внутри стенки. Предпочтение, обычно, отдается системам внешнего утепления. Это, во-1-х, позволяет сохранить полезную площадь помещений, а, во-2-х, не заниматься устройством пароизоляции и воздушных зазоров, препятствующих конденсации пара. В качестве ТИМ для фасадного утепления можно с фурором использовать минеральную вату, стекловолокно, изделия из полистирола и др.

Такой метод утепления не только защитит дом от воздействий наружной среды и уменьшит эксплуатационные издержки на отопление, но и сделает лучше звукоизоляционные характеристики дома, также облагородит его внешний облик.

Не забывайте, что показатели теплопроводности очень важны при строительстве зданий. Ведь от грамотного изучения технических характеристик материалов зависят будущие расходы на отопление дома.

Источник

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Дисциплина „строительная теплотехника» развивалась у нас вместе с ростом строительства. Это обогащало и теплотехническую теорию и строительную практику. Если последняя с ее новыми материалами и конструкциями стала возможной на базе теории, то и теория полу­чила от практики много опытных данных, новых заданий и проблем, стимулировавших ее дальнейшее движение.

Вот почему последующие издания этой книги так сильно отли­чаются от предыдущих. В настоящем третьем издании наряду с исклю­чением всего устаревшего материала внесен ряд новых тем: об охла­ждении и нагревании строительных элементов и целых зданий, равно и таких объектов, как резервуары с водой, баки; о тепловом расчете глубоких подземных сооружений и сооружений на вечной мерзлоте о теплотехнике промышленного и в частности холодильного строитель­ства и пр.

Важнейшим добавлением является новая часть IV книги, посвя­щенная теплотехнике приборов отопления и вентиляции, т. е. теории конвекционной и радиационной теплопередачи.

Системы отопления и вентиляции составляют часть постройки, по­этому включение их Теплотехники в данную книгу не противоречит основной ее теме, но лишь пополняет ее. Это соответствует и инте­ресам нашей современной системы преподавания, при которой специаль­ность теплоснабжения и вентиляции включена в учебные планы строи­тельных втузов.

Во многих вопросах этой книги автору пришлось находить решения впервые за отсутствием готовых данных в нашей и иностранной тех­нической литературе. Те из самостоятельных решений, которые затем были превзойдены новыми — самого ли автора или других специа­листов,— исключены из настоящего издания.

С точки зрения существующих учебных планов следует отмстить, что для строительной специальности необходимый минимум материала сосредоточен в первой и третьей частях книги, а для специальности отопления и вентиляции—в первой и четвертой частях.

Проф. В. Д. Мачинский

Есть три способа передачи теплоты от одних тел другим:

1. Кондукция, или внутренняя теплопроводность, когда теплота передается от одного тела к другому с иной температурой при сопри­косновении нх неподвижных относительно друг друга масс — путем передачи молекулярных тепловых колебаний.

2. Конвекция, когда при соприкосновении двух тел с разной температурой частицы одного из них или обоих находятся в видимом относительном движении, „омывая» поверхность соприкосновения.

3. Тепловое излучение, или. тепловая радиация, когда теплота передается от одного тела другому без посредства какого-либо вещества, а путем электромагнитных колебаний [упругой мировой среды (эфира)], испускаемых одной поверхностью и воспринимаемых другой в тепловой форме.

В области строительства кондукция имеет место преимущественно в теплопередаче через строительные ограждения (части I—III), а кон­векция и радиация — в приборах и элементах систем отопления и вентиляции (часть IV).

Движение теплоты в строительных ограждениях и приборах можно разделить на три основных вида:

1. Установившееся равномерное движение теплоты, когда приток ее к любому элементу ограждения равен расходу из него и температура каждой точки на пути теплового потока остается неизменной во времени; примером может служить поток теплоты в наружной стене помещения, когда с одной стороны на нее дей­ствует постоянная внутренняя температура воздуха, а с другой — столь же постоянная наружная.

2. Переменное, но однозначное движение теплоты с „замирающим» темпом—-попросту остывание или нагрев объекта, когда приток к нему теплоты не равен расходу и температура каждой наблюдаемой его точки только понижается или же только повышается во времени, притом все более медленным темпом, стремясь к полному выравниванию с окружающей температурой среды; пример —остывание прогретой отоплением стены помещения под действием низкой наруж­ной температуры после прекращения притока в нее теплоты из поме­щения.

Источник

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.

ЛЕКЦИЯ № 12

1. Понятие теплового излучения и его характеристики.

2. Законы теплового излучения. Излучение Солнца.

3. Спектр излучения реальных тел и тела человека.

4. Биологическое и терапевтическое действие тепла и холода.

5. Физические основы термографии. Тепловизоры.

1. ПОНЯТИЕ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ.

Рассмотрим случай, когда тело А расположено в полости Б, которая ограничена идеальной отражающей (непроницаемой для излучения) оболочкой С (рис.1). В результате многократного отражения от внутренней поверхности оболочки излучение будет сохраняться в пределах зеркальной полости и частично поглощаться телом А. При таких условиях система полость Б – тело А не будет терять энергию, а будет лишь происходить непрерывный обмен

Рис.1. Многократное отражение тепловых волн от зеркальных стенок полости Б

энергией между телом А и излучением, которое заполняет полость Б.

Если распределение энергии остается неизменным для каждой длины волны, то состояние такой системы будет равновесным, а излучение также будет равновесным. Единственным видом равновесного излучения является тепловое. Если по какой-то причине равновесие между излучением и телом сместится, то начинают протекать такие термодинамические процессы, которые вернут систему в состояние равновесия. Если тело А начинает излучать больше, чем поглощает, то тело начинает терять внутреннюю энергию и температура тела (как мера внутренней энергии) начнет падать, что уменьшит количество излучаемой энергии. Температура тела будет падать до тех пор, пока количество излучаемой энергии не станет равным количеству энергии, поглощаемой телом. Таким образом, наступит равновесное состояние.

Равновесное тепловое излучение имеет такие свойства: однородное (одинаковая плотность потока энергии во всех точках полости), изотропное (возможные направления распространения равновероятны), неполяризованное (направления и значения векторов напряженностей электрического и магнитного полей во всех точках полости изменяются хаотически).

Основными количественными характеристиками теплового излучения являются:

— энергетическая светимость — это количество энергии электромагнитного излучения во всем диапазоне длин волн теплового излучения, которое излучается телом во всех направлениях с единицы площади поверхности за единицу времени: Энергетическая светимость зависит от природы тела, температуры тела, состояния поверхности тела и длины волны излучения.

Энергетическая светимость тела в пределах каких-то длин волн вычисляется интегрированием для .

Среди тел есть такие тела, которые могут поглощать все тепловое излучение любых длин волн, которое падает на них. Такие идеально поглощающие тела называются абсолютно черными телами. Для них

Есть также серые тела, для которых , но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.

Источник