Энергосбережение в учебных помещениях. Тепловые потери в зданиях и сооружениях

Тепловые потери в зданиях и сооружениях

В холодное время года обязательно отапливаются комнаты, в которых люди живут и работают Чем холоднее погода, тем больше приходится топить, потому что при похолодании увеличиваются теплопотери через стены, окна и все наружные ограждающие конструкции. Тепло может передаваться разными способами: теплопроводностью, конвекцией, излучением.

В чистом виде теплопроводность наблюдается только в сплошных твердых телах. Теплота передается непосредственно через материал или от одного материала другому при их соприкосновении (рис. 8.7.1).

Рис. 8.7.1. Передача тепла через кирпичную стену теплопроводностью: 1 — кирпичная кладка, 2 — штукатурка

Высокой теплопроводностью обладают плотные материалы — металл, железобетон, мрамор. Воздух имеет низкую теплопроводность. Поэтому через материалы с большим количеством замкнутых пор, заполненных воздухом, тепло передается плохо, и они могут использоваться как теплоизоляционные (семищелевой кирпич, пенобетон, вспененный полиуретан, пенопласт).

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 (рис. 8.7.2.). Такая циркуляция воздуха в воздушной прослойке обусловливает конвективный теплообмен. Чем больше разность температур поверхностей, тем интенсивнее теплообмен между ними.

Рис. 8.7.2. Передача тепла конвекцией в межстеколъном пространстве оконного блока со спаренным остекленением: 1— стекло, 2 — воздушная прослойка, 3 — переплет, 4 — оконная коробка

Излучение происходит в газообразной среде путем передачи тепла с поверхности тела через пространство (в виде энергии электромагнитных волн). Нагретая поверхность радиатора излучает тепло и обогревает помещение. Чем выше температура поверхности отопительного прибора, тем сильнее обогревается помещение (рис. 8.7.3).

Рис. 8.7.3. Теплообмен излучением между отопительным прибором и человеком

На теплопотери через ограждения наибольшие влияние оказывает их способность передавать теплоту, которая зависит от коэффициента теплопередачи и толщины материала. Чем меньше коэффициент теплопередачи и толще стена, тем больше ее термическое сопротивление (передача тепла) и лучше ее теплозащитные свойства (см. рис. 8.7.4).

Рис.8.7.4. Влияние коэффициента теплопроводности и толщины материала на теплозащитные качества наружных ограждений: а — железобетон плотностью 2500 кг/м3; 6 — кирпичная кладка из обыкновенного глиняного кирпича на цементном растворе плотностью 1800 кг/мЗ, в — пенобетон плотностью 800 кг/м3, г — рубленая стена из бревен плотностью 500 кг/м3, д — пенополистирол плотностью 100 кг/м3.

Кроме того, количество теряемой теплоты зависит от сопротивления теплообмену конвекцией и излучением у поверхности внутренней и наружной стен. Чем интенсивнее происходит теплообмен, тем больше тепла теряется из помещения и передается внутренней поверхности конструкции или отдается поверхностью стены наружу, тем меньше сопротивление теплообмену и хуже теплозащита.

Теплопотери через отдельные наружные элементы дома различены и во многом зависят от теплоизоляционных качеств отдельных конструкций, а также их размеров.

Наибольшая площадь наружных ограждений приходится на наружные стены (рис. 8.7.5). Поэтому их теплозащитные качества во многом определяют условия внутреннего микроклимата помещения. Чем выше сопротивление стены теплопередаче, тем меньший поток тепла через нее проходит и тем меньше теплопотери. В зависимости от конструкции стен дома через них теряется до 35—45%.

Рис. 8.7.5. Площади различных элементов наружных ограждений и теплопотери