Дипломная (вкр): Оптимизация тепловых потерь через ограждающие конструкции зданий

Оптимизация тепловых потерь через ограждающие конструкции зданий

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАГИСТЕРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ

.1 Теплопередача

1.2 Общие представления о теплопередаче

2. ВИДЫ ТЕПЛООБМЕНА

.1 Существует три элементарных вида передачи тепла

. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

.1 Основные постулаты теплопроводности, способы, с помощью которых изучаются физические явления

.2 Температурное поле

.3 Температурный градиент

.4.Тепловой поток. Закон Фурье

.5 Коэффициент теплопроводности

. КОНВЕКТИВНЫИ ТЕПЛООБМЕН В ОДНОРОДНОИ СРЕДЕ

.1 Главные положения учения о конвективном теплообмене, определения и понятия учения

.2 Физические характеристики жидкости

5. ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ

5.1 Основные законы излучения, характеристика процесса

5.2 Виды лучистых потоков; вектор излучения

. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

.1 Оптимизация тепловых потерь через ограждающие конструкции зданий

.2 Угловые теплопотери

.3 Теплопотери через окна в зависимости от соотношения сторон света.

.4 Влияние растворных швов кладки на теплопотери стен

. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ МАГИСТЕРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ

.1 Организация процесса разработки и строительства программного продукта для расчета нагрузок на ролики МНЛЗ

.1.1 Экспертная оценка трудоемкости выполнения разработки

7.1.2 Определение состава исполнителей, их функций и фондов времени работы

7.2. Технико-экономическое обоснование проекта

.3. Технико-экономические показатели проекта

. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

.1 Организация площадки строительства, рабочих мест и участков

.2 Эксплуатация строительных машин

.3 Эксплуатация инструмента, оснастки технологического характера

.4 Транспортные работы

.5 Газопламенные работы, работы по электрической сварке

.6 Работы по разгрузке, погрузке

.7Работы по монтажу

.8 Электромонтажные работы

8.9 Кровельные работы

9. РАЗДЕЛ ПО ЭКОЛОГИИ

.1 Охрана водных ресурсов при осуществлении работ строительного характера

.2 Охрана и рациональное пользование землями

.3 Прогнозирование изменений в природной среде

.4 Заявление о последствиях для экологической ситуации

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Теплообмен (теплопередача) учение о процессах, связанных с передачей теплоты в пространстве. Согласно учению, данные процессы происходят непрерывно. Процесс, в ходе которого передаётся тепло - обмен между областями среды, которая изучается (или её составляющими) некоторым количеством запасённой внутренней энергии. Существует три метода передачи тепла: конвекция, теплопроводность, излучение.

При возникновении теплопроводности тепло передаётся между телами при помощи молекул. Перенос энергии при теплопроводности обусловлен разностями температур в разных точках изучаемого пространства.

Единственная среда, в которой возможно возникновение конвекции - текучая. Тепловая конвекция представляет собой процесс, при котором составляющие газа или жидкости при переходе из одной области среды в другую (имеющие различные температуры) переносят вместе с собой энергию. При конвекции перемещение теплоты неразрывно связано с перемещением вещества.

При тепловом излучении энергия распространяется благодаря волнам электромагнитного характера. Процесс излучения обуславливается исключительно оптическими характеристиками тела, которое даёт излучение, а также его температурой. Та энергия, которой обладает излучающее тело, при протекании процесса становится энергией излучения. Зачастую в природных и технических системах все три вида передачи тепла осуществляются совместно.

Теплопроводность, как правило, возникает только в твёрдых телах.

При возникновении тепловой конвекции всегда формируется теплопроводность. Ситуация, при которой тепло перемещается при помощи теплопроводности и конвекции одновременно, получила название конвективного теплообмена.

При проведении инженерных расчётов зачастую рассчитывается теплообмен конвективного типа, которой возникает между твёрдым телом и жидкостью (или твёрдым телом или газом). Данный процесс получил название конвективной теплоотдачи.

Описанные выше процессы во многих случаях протекают вместе с излучением. Если теплопередача осуществляется одновременно теплопроводностью и излучением, то для данного явления применяется наименование теплообмена радиационно-кондуктивного характера. В случае возникновения конвекции дополнительно к излучению и теплопроводности, то такой обмен энергией называется радиационнo-конвективным теплообменом. Существует и общее название для двух описанных выше способов перемещения теплоты - сложный теплообмен.

В бытовой и технической сферах часто отмечаются процессы, при которых жидкости, отделённые друг от друга стенкой, начинают осуществлять теплообмен. Данный процесс, при которой более нагретая жидкость начинает отдавать свою внутреннюю энергию менее нагретой жидкости, получил название теплопередачи. Он может осуществляться за счёт протекания различных элементарных процессов. К примеру, трубы, входящие в состав котлового агрегата и генерирующие пар, имеют теплоту после протекания теплообмена радиационно-конвективного характера. Теплота передаётся между различными слоями (накипь, стенка из металла, загрязнения) посредством теплопроводности. От внутренних трубных поверхностей до жидкости, которая их омывает, энергия перемещается за счёт конвекции. теплообмен потеря ограждающая конструкция

Теплообмен возникает в самых разных средах: смесях и чистых веществах. Обмен теплом может происходить как с изменением состояния тела, так и без него. В зависимости от того, какие параметры определяют процесс теплопередачи, для описания теплообмена применяются различные уравнения.

Зачастую теплота транспортируется вместе с веществом. К примеру, при процессе, сопровождающемся испарением воды (которая в виде пара попадает в воздух), возникает не только теплообмен, но и передвижение масс пара в смеси из пара и воздуха. Транспортировка пара может происходить за счёт конвективного и молекулярного способов. Если такие процессы протекают одновременно, то теплообмен называется конвективным массообменом. Если дополнительно к обмену теплом начинает протекать и массообмен, то процесс становится значительно более сложным. Кроме того, транспортировка энергии возможна и за счёт перемещения веществ, которые диффундируют.

Если существует смесь отличающихся друг от друга веществ, то перемещение теплоты от одной составляющей смеси к другой может протекать вследствие неравномерного распределения какой-либо физической величины в разных компонентах системы. К примеру, диффузионный теплоэффект (молекулярная транспортировка температуры, которая осуществляется дополнительно к основной) возникает вследствие различных концентраций веществ, которые входят в смесь. Влияние таких эффектов на размер переносимой теплоты, как правило, находится в таких значениях, которыми допускается пренебречь.

При изучении телообмена с теоретической точки зрения вводятся некоторые модели, помогающие сформировать представление о среде, где происходят исследуемые процессы. Твёрдые тела, жидкости и газы, в отношении которых проводится изучение, в рамках исследования рассматриваются как сплошная среда (их дискретное строение не учитывается).

Сплошные среды могут быть неоднородными либо однородными (отличие - в свойствах физического характера в разных точках среды: в первом случае они отличаются друг от друга, во втором являются одинаковыми). Кроме того, сплошные среды могут быть анизотропными и изотропными.

Цель: Способы и виды оптимизации тепловых потерь через ограждающие конструкции.

Задачи:

.        Рассмотрение видов тепловых потерь через ограждающие конструкции.

.        Энергосбережение.

.        Проблемы оптимизации тепловых потерь через ограждающие конструкции.

.        Раскрыть способы и виды тепловых потерь

.        Оптимизация тепловых потерь при этих способах и видах тепловой передачи энергии.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАГИСТЕРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ

.1 Теплопередача

Теплопередача - физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному, либо непосредственно (при контакте), или делящую (тела или среды) ограждения из какого-либо материала. Если физические тела находятся в одной системе, но с разными температурами, тогда происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела другому до установления равновесной температуры между телами, термодинамического равновесия. Передача тепла самопроизвольна и всегда происходит от более горячего тела, это не что иное, как следствие второго закона термодинамики.

1.2 Общие представления о теплопередаче

Любое энергетическое преобразование, которое реально может протекать, связано с переходом энергии в состояние теплоты. Такой переход может быть как частичным, так и полным. Согласно 1-ому началу термодинамики, некоторая часть теплоты совершает работу, а оставшаяся откладывается в виде внутренней энергии системы. 1-ое начало термодинамики даёт ответ на вопрос о количественном значении энергии, которое поглотилось или выделилось при энергетическом преобразовании.

Согласно второму термодинамическому началу, если термодинамическая система прогрета неравномерно, то теплота начинает произвольно транспортироваться от более нагретой составляющей системы к той её части, которая имеет меньшую температуру. С помощью данного начала можно ответить на вопрос о направлении, в котором передаётся теплота.

Оба описанных выше термодинамических начала очень важны, но с их помощью невозможно достичь решения задачи, связанной с необратимым пространственным переносом теплоты, который происходит произвольно в системе с неравномерным температурным распределением. Здесь необходимо вспомнить, что реальное время в термодинамике сознательно не используется (процесс, в ходе которого транспортируется энергия, считался медленным - квазистатическим).

Теплопередача является с физической точки зрения очень сложным процессом. На особенности его протекания влияют размеры и форма термодинамической системы, температурное распределение снаружи и внутри неё, характеристики веществ с теплофизической точки зрения. В самом простом случае (тела, температуры которых неодинаковы, соприкасаются, при этом перемещений тел относительно друг друга не происходит) транспортировка тело осуществляется посредством теплопроводности. В более сложном случае (если пар, жидкость, газ, сыпучие частицы) перемещаются относительно того твёрдого тела, в контакт с которым они входят, теплопередача осуществляется посредством конвективного теплообмена. Если же отличающиеся друг от друга по температуре тела не соприкасаются друг с другом, то передача тепла от одного тела к другому происходит посредством излучения (транспортировкой энергии «занимаются» либо фотоны, либо волны электромагнитного типа). В этом проявляется основное отличие излучения от других способов теплопередачи: для протекания данного процесса не требуется контакт между телами или их разделение исключительно средой с материальными свойствами.

Все способы теплопередачи (как и любые два из них) могут протекать совместно. К примеру, на рисунке 1.1. представлена теплопередача, которая протекает в тормозной автомобильной системе. Транспортировка тепла осуществляется за счёт:

теплопроводностью (к составляющим подвески);

конвективным теплообменом (к воздушному потоку, который обтекает тормозную систему, при этом в зависимости от скорости перемещения автомобиля тепло, которое будет отводиться данным способом, существенно отличается по своим значениям);

излучением (через воздух к кузову, грунту и иным телам, температура которых ниже, чем у тормозной автомобильной системы).

Рисунок 1.1- Тормозная системы автомобиля

В теории теплопередачи теплообмен конвективного характера и теплопроводность рассмотрены достаточно хорошо. В каждом разделе применяются свои исследовательские методы и понятия, при необходимости учитывается и влияние, которое оказывается другими способами передачи тепла.

2. ВИДЫ ТЕПЛООБМЕНА

.1 Существует три элементарных вида передачи тепла

·              Конвекция

·              Тепловое излучение

·              Теплопроводность

Зачастую в природных условиях тепло транспортируется посредством сочетаний указанных выше видов. Ниже приведено описание основных методов:

·              теплопередача (передача тепла от среды с большей температурой к среде, значение температуры которой меньше, через стенку, которая их разделяет);

·              теплоотдача (обмен теплом между газом либо жидкостью с одной стороны и твёрдым телом с другой на основе конвективного способа);

·              способ конвективно-лучистого типа (тепло совместно транспортируется конвекцией и излучением);

·              термомагнитная конвекция

Внутренние тепловые источники - понятие, которое описывает процессы, связанные с производством и поглощением энергии теплового характера, которые существуют внутри тел без получения ими энергии из внешней среды. Существуют следующие внутренние тепловые источники:

·              электрической ток;

·              реакции ядерного характера;

·              реакции химического типа.

Коэффициент теплопередачи

Данный показатель указывает на количество теплоты, которое теплоноситель с большей температурой передаёт теплоносителю, температура которого меньше. На значение показателя влияют время, в течение которого производится транспортировка тепла, площадь поверхности, через которую проводится теплообмен, а также выраженная в Кельвинах температурная разница.

Коэффициент теплопередачи конструкции ограждающего назначения

Данная величина измеряется в Вт/см2 *°С и даёт представление об удельном потоке тепла, который проходит через площадь ограждающей поверхности, равной 1 см2 (при этом температурная разница составляет 1 градус Кельвина или Цельсия). Чаще всего в справочной литературе применяются значения, выраженные в Вт/м*°К (отображает поток тепла, который за один час проходит через площадь поверхности в 1 квадратный метр, при этом температурная разница равна 1 градусу). В строительстве наиболее часто применяется величина «коэффициент теплового сопротивления», которая по своей сути является обратной к рассматриваемой величине.

3. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

.1 Основные постулаты теплопроводности, способы, с помощью которых изучаются физические явления

Сегодняшние представления о физике в целом и теплопроводности в частности позволяют произвести описание рассматриваемого явления при помощи методов статистического и феноменологического типов.

Феноменологический тип - способ, посредством которого возможно описание процесса, при котором процесс рассматривается в качестве сплошной среды (макроскопическая структура его вещества не принимается во внимание).

На основе подобного метода можно понять, как соотносятся между собой некоторые общие параметры процесса. Характер феноменологических законов - общий (для их применения к конкретным физическим средам используются поправочные коэффициенты, значения которых устанавливаются опытным путём).

Статистический метод предусматривает изучение явления, существующего в физике, на основе исследования внутренней структуры, которой обладает вещество. При таком подходе среда рассматривается в качестве системы физического характера, в которой существует большое количество электронов, ионов или частиц, для которых известны законы, по котором они взаимодействуют между собой, а также основные свойства. Задача, для решения которой может быть использован статистический способ - построение на основе микроскопических характеристик среды модели её макроскопических свойств (то есть тех свойств, которыми обладает система в целом).