Строительная теплофизика (теплофизические основы отопление, вентиляции и кондиционирования воздуха).

В книге изложены теплофизические основы техники отопления, вентиляции в кондиционирования воздуха помещение с использованием современных представлений теории тепло- и массообмена, термодинамики состоянии и переноса тепла в влаги, аэродинамики сложных систем, климатологии, санитарии и гигиены. Рассмотрены инженерные методы расчета лучисто-конвективного и струйного теплообмена в помещении, стационарной и нестационарной гепловлагопередачн через ограждения, воздушного режима здания, теплоустойчивости, регулирования теплового режима, определения расчетных характеристик климата, годовых расходов энергии в системах кондиционирования микроклимата. Предназначается для студентов вузов, обучающихся по специальности "Тепло-газоснабжение и вентиляция». «… ПРЕДИСЛОВИЕ Настоящий учебник написан в соответствии с учебной программой дисциплины «Строительная теплофизика». Поскольку книга предназначена для студентов специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция», то в ней рассмотрены только явления и процессы, происходящие в здании. Вопросы чисто физические при изучении этой дисциплины связаны с техническими. Расчет возможного развития физических процессов требует принятия определенного технического решения, поэтому эту область знаний часто называют строительной теплотехникой. В курсе особый акцент делается на рассмотрение физических явлений, поэтому он назван строительной теплофизикой. Для рассмотрения процессов тепло- и массообмена, происходящих при формировании микроклимата помещения, нужно знать: требования к характеристикам внутреннего климата и факторы, влияющие на них; законы взаимодействия ограждений с внутренней и наружной средами; тепло- и массообменные процессы на обогревающих и охлаждающих поверхностях и в потоках воздуха систем кондиционирования в помещении; явлении, происходящие в конструкциях и материалах при передаче через них тепла, влаги и воздуха, характеристики наружного климата и законы их изменения; годовые режима работы и потребления энергии в здании. В связи с такой постановкой вопроса в строительной теплофизике используются сведения из теории тепло- и массообмена, теплопередачи, теории подобия, термодинамики влажного воздуха, термодинамики необратимых процессов, климатологии и др. Значение этой дисциплины особенно велико для советского инженера при широком распространении в отечественном строительстве разнообразных конструкций ограждений и систем отопления и кондиционировании. Второе издание учебника значительно отличается от первого, выпущенного в 1970 г. В нем обновлен практически весь материал, введены новые разделы. Настоящий курс написан для студентов, будущих теплотехников-строителей, которым в проектных организациях и на производстве придется решать все вопросы, относящиеся к строительной энергетике. При изложении материала учитывалось наличие в учебном плане специальности дисциплин: термодинамика и теплопередача, гидравлика и аэродинамика; отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха; теплоснабжение. Это обстоятельство позволило сократить курс и избежать изложения общих вопросов из смежных дисциплин, знание которых необходимо при изучении данного предмета. Задача учебника состоит в том, чтобы научить будущего инженера правильно устанавливать прогноз теплового, влажностного и воздушного режимов здания, его отдельных помещений и конструкций, с тем чтобы принять оптимальные (с гигиенической, технической и экономической точек зрения) решения при его проектировании. В учебнике, так же как это сделано в учебной программе, материал излагается без разделения на основной и дополнительный. В заключение следует отметить, что в настоящем курсе нашли отражение материалы, которые использовались автором при чтении лекций в МИСИ им. В. В. Куйбышева с 1962г. В большой мере они содержат результаты научных исследований в области теплофизики, выполненных большой группой преподавателей, научных сотрудников, аспирантов и студентов кафедры отопления и вентиляции МИСИ им. В. В. Куйбышева. На кафедре изучались вопросы теплообмена в помещении, комфортности внутренних условий, выбора расчетных наружных условий, теплоустойчивости и летнего режима помещений, воздушного режима, зданий, влажностного режима ограждений, годового режима работы и регулирования систем кондиционирования. Результаты этих работ по мере их накопления и обобщения включались в лекции. Они положены в основу при изложении соответствующих разделов в учебнике. …» «… ВВЕДЕНИЕ Строительная наука состоит из большого числа разделов, затрагивающих разные отрасли знаний. Многие из этих разделов, бывшие до недавнего времени частями физики, механики, геологии и других наук, превратились в настоящее время в самостоятельные научные дисциплины. Одной из таких дисциплин является строительная теплофизика, в которой изучаются явления передачи тепла, переноса влаги, фильтрации воздуха применительно к строительству. Для строителей важны многие вопросы, относящиеся к области строительной теплофизики. Это промерзание, пучение грунтов и их взаимодействие с инженерными сооружениями в районах сезонного промерзания грунтов и в области «вечной мерзлоты»; тепловлажностный режим гидротехнических сооружений, особенно в зоне переменного горизонта воды и фильтрации грунтовых вод; вопросы морозостойкости материалов, сушки изделий, процессы тепло- и массообмена при твердении бетона и изготовлении строительных деталей и конструкций на заводах. Среди всех строительных сооружений здания подвержены наиболее сложным физическим воздействиям. Процессы тепло- и массообмена в помещениях зданий и ограждающих конструкциях, которые рассматриваются в книге, связаны с действием наружных климатических условий, а также с работой систем кондиционирования микроклимата. Климат нашей страны исключительно разнообразен. В районе Оймякона в Якутии расположен полюс холода обжитых районов Земли, где температура понижается до —71°С при среднегодовой температуре —17°С. (Полюс абсолютного холода Земли расположен в районе станции Восток в Советском секторе Антарктиды. Здесь температура понижается до —87,6°С при среднегодовом ее значении около —50°С). В Узбекистане (г. Термез) температура повышается до +48°С при среднегодовой температуре +18°С. Во многих пунктах побережья Ледовитого океана отопительный период продолжается весь год, в то время как в отдельных районах Средней Азии и Кавказа он продолжается менее трех месяцев, например в Батуми, Гагре — 75 дней. Но в жарких районах необходимо защищать здания от перегрева солнечной радиацией и обеспечивать искусственное охлаждение помещений в течение продолжительного жаркого периода гида. Климат большей части территории нашей страны более суров, чем других государств. Представление об этом дает табл. В.1, в которой сопоставлены характерные наружные температуры по данным многолетних наблюдений для некоторых городов мира. Строительная теплофизика как научная дисциплина начала развиваться в нашей стране сравнительно недавно (с 20-х годов). Для ее развития много сделано инженерами-строителями и строителями-теплотехниками В. Д. Мачинским, Г. А. Селиверстовым, О. Е. Власовым, К- Ф Фокиным, С И. Муромовым, Р. Е. Бриллингом, Б. Ф. Васильевым, В. М. Ильинским, Ф В Ушковым, Н. С. Ермолаевым, А. М Шкловером, Л. А. Семеновым, С. Н Шориным, М. И. Кисейным и др. В 50-х годах в строительной теплофизике произошли качественные изменения в связи с исследованиями А В. Лыкова и его физико-математической школы. Сложные теплофизические задачи в строительстве решаются теперь современными математическими и физическими методами с применением теории подобия, методов аналогии, счетно-решающих устройств и т. д. …» «… В мире происходит гигантское потребление энергии, которое постоянно возрастает. Ежедневно сжигается то, что Земля накапливала тысячу лет. По оценкам международных организаций, потребление энергоресурсов к концу XX в. возрастет в 2,5 раза по сравнению с 1975 г. и составит 18 — 21 млрд. т условного топлива (тут). При этом будет потребляться ~80% органического топлива (уголь — 30%, нефть —32% и газ— 18%), запасы которого ограничены, 7% — гидроэнергии и 13% атомной энергии. Советский Союз — единственная промышленно развитая страна, живущая за счет собственных энергоресурсов. Топливно-энергетический комплекс, созданный в нашей стране, поглощает треть всех капиталовложений в промышленность и строительство и значительную часть всех материальных и трудовых ресурсов. Отмечается постоянное повышение стоимости топлива, возрастает дальность его транспортировки, В соответствии с постановлением Госстроя СССР от 11 января 1979 г. стоимость замыкающего топлива при экономических оценках проектных решений увеличена в среднем по всей территории страны в два раза. В последних постановлениях ЦК КПСС и Совета Министров СССР неизменно подчеркивается исключительная важность вопросов эффективного и экономного использования энергии. В строительной индустрии расходуется много энергии, но главное состоит в том, что основной объект строительства — здания и сооружения — потребляют огромное количество топливно-энергетических ресурсов. Расход топлива на теплоснабжение зданий составляет 40% всего добываемого топлива. При этом на жилые и общественные здания расходуется 26% (в городах — 18%, в, сельской местности —8%), на промышленные здания — 14%. Удельная теплопотребность в строительстве, к сожалению, не сокращается. В современных зданиях потребность в тепле больше, чем в зданиях 50—60-х годов строительства. В результате основной энергетической задачей в области строительства является проектирование зданий и сооружений с эффективным использованием энергии, модернизация существующего фонда зданий в целях экономии энергии. Рассмотренные в учебнике вопросы должны дать будущему инженеру-строителю знания в области строительной теплофизики, которые позволят ему решать важные для страны задачи эффективного и экономичного расходования топливно-энергетических ресурсов в области строительства.