Предмет строительной климатологии

Основы теплофизики. Предмет строительной климатологии

Методологические основы теплофизики

Строительная теплофизика является составной частью строительной физики, которая призвана решать вопросы обеспечения комфортных условий обитания человека во внутренней среде зданий. Строительная теплофизика базируется на данных строительной климатологии, содержащей обобщенную информацию о многолетних наблюдениях за состоянием погоды.

Основополагающие аспекты данной науки состоят в следующем.

Предмет – передача тепла, перенос влаги и фильтрация воздуха применительно к строительству.

Задача – обоснование для архитектурно-строительного проектирования наиболее целесообразных решений ограждающих конструкций.

Научная база – теория общей термодинамики (требующая, однако, высокой физико-математической подготовки специалистов), поэтому в инженерных расчетах используется с допущениями:

- Ограждающие конструкции находятся в состоянии постоянного тепломассообмена (открытые системы). При стабилизации во времени внешних условий в открытых системах устанавливается постоянное распределение значений термодинамических параметров. Система приходит в состояние равновесного обмена теплом и веществом с окружающей средой. Такой процесс обмена именуется стационарным. Это очень удобная модель для анализа реальных условий.

- Сезонная и суточная периодичность интенсивности действия климатических факторов определяет периодичность во времени атмосферных воздействий на ограждающие конструкции зданий. Их значения имеют достаточно большой разброс и описание их зависимостей лежит в рамках теории случайных величин. Строительная теплофизика стремится упростить, привести к закономерным периодическим функциям, представляя такие процессы как квазистационарными (нестационарными). Такие системы в термодинамике называются ограниченно закрытыми: они закрыты для процессов массопереноса, но остаются открытыми для теплопереноса.

Основные понятия

Теплообмен – любой процесс обмена энергией между телами, осуществляющийся при непосредственном взаимодействии либо между молекулами и атомами этих тел (теплопроводностью и конвекцией), либо между молекулами и атомами одного тела и частицами (фотонами) электромагнитного излучения, испускаемого другими телами (излучение – лучистый теплообмен).

Теплота (количество тепла) – изменение энергии тела в процессе теплообмена.

Перенос тепла – в твердых материалах независимо от их структуры возникает всегда, когда имеется разность температур и количество переносимого тепла всегда пропорционально ей.

Перенос влаги и воздуха – происходит только тогда, когда энергетический уровень потенциала переноса выше энергетического уровня сопротивления переносу структуры конструкции.

Предмет строительной климатологии

Строительная климатология – наука о климате, его типах и обусловленности, распределении по земной поверхности и изменениях во времени. Климат - «клима» (греческое слово) – буквально обозначает наклон солнечных лучей. Первооснова климатообразующих процессов – солнечная радиация и экспозиция земной поверхности относительно Солнца.

Климат данной местности - характерный для нее в многолетнем разрезе режим погоды, обусловленный солнечной радиацией, характером подстилающей поверхности и связанной с ним циркуляцией атмосферы.

Цивилизация накопила за долгий период способы учета климата и оптимальной организации городской среды. Римский архитектор Витрувий (I в до н.э) в «Десяти книгах об архитектуре» указывал, что никакое жилище не будет здоровым вне этих (климатических) условий. Гиппократ рекомендовал городскую застройку располагать на восточных склонах, позволяющих использовать оздоровительные свойства утренней солнечной радиации. В японской архитектуре до сих пор существует правило: в зданиях на склоне горы не располагать вход со стороны вершины, дабы не пустить в жилище холодные (дьявольские) ночные ветры. Таких примеров можно привести достаточное количество.

Климатология основывается на статистических данных метеорологии – они называются срочными замерами. На Украине сейчас эксплуатируются 187 метеостанций и метеопостов. Раньше они входили в систему Гидромета СССР. Головная организация - ГГО им. А.И. Воейкова (С. Петербург), наблюдения на которой ведутся с 1849 г (Г.И. Вильд). В СНиП 2.01.01-82, который продолжает действовать содержатся данные, собранные до 1962 г за период наблюдений около 50 лет. В настоящее время в Украине ведутся работы по пересмотру и уточнению нормативной климатологической информации.

Климат в строительной практике рассматривается на различных уровнях и подразделяется на макро- (регионы страны), мезо- (крупные территории) и микроклимат (территория застройки). Климат воздействует на человека через микроклимат зданий и застройки. Солнечная радиация и ветер – основные элементы, связывающие климат и микроклимат в единую систему. В этой связи строительная климатология учитывает взаимодействие климата, архитектурно-планировочной структуры городов и архитектуры зданий.