Теплотехнические основы строительства
Мачинский В.Д.
1949
Книга представляет собой 4-е переработанное и дополненное издание ранее выпущенного труда автора.
И настоящем издании дается комплексное изложение теории и практики теплотехники применительно к вопросам проектирования ограждений промышленных и гражданских зданий. Рассмотрены различные конструкции ограждений и дана оценка их теплотехнических качеств. Теоретические положения иллюстрируются числовыми примерами теплотехнических расчетов.
Приведены также основные теплотехнические данные по теплотехнике отопления и вентиляции помещений.
Книга является учебным пособием для студентов строительных вузов и может служить руководством для инженеров-проектировщиков в их практической работе.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие...........................• 5
Введение............................... 7
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ Стационарное движение теплоты через строительные ограждения
Глава 1. Основные понятия, формулы и коэффициенты......................... 9
§ I. Теплопередача плоских и цилиндрических стенок .... —
§ 2. Коэффициенты ....................... 17
§ 3. Влияние воздушных прослойков.............. 24
§ 4. Термоизоляторы................'..... 37
§ 5. Расчет теплопередачи.................. 40
Глава 2. Теплопередача строительных ограждений 50
§ 1. Углы ........... . . ............ —
§ 2. Окна и двери...................... 56
§ 3. Полы......................... . 58
§ 4. Каркасы в ограждениях................. 68
§ 5. Неотапливаемые помещения, чердаки.......... 72
Глава 3. Воздухо- и паропроницаемость ограждений и учет этих свойств................. 77
§ 1. Воздухопроницаемость..................
§ 2. Проникание в ограждения водяных паров и их конденсация.......................... 83
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
Нестационарное движение теплоты через строительные ограждения
Глава 1. Остывание и нагревание стенки. Общее уравнение и методы Фурье...........
Глава 2. Остывание и нагревание стенки. Приближенный метод «конечных разностей»..... 104
Глава 3. Остывание и нагревание стенки. Приближенный метод автора............... 114
Глава 4. Периодическое (волнообразное) движение теплоты в ограждениях. Общее уравнение и метод расчета.................. 138
Глава 5. Теплоустойчивость ограждений и помещений при остывании и (нагревании) и при периодическом действии теплового потока 143
§ 1. Остывание (нагревание) ограждений........... 144
§ 2. Остывание (нагревание) помещений........... 152
§ 3. Расчетные наружные температуры для систем отопления 165
§ 4. Теплоустойчивость ограждений при периодическом тепловом потоке от системы отопления.........
§ 5. Теплоустойчивость ограждений при волнообразных колебаниях наружных температур.............. 17
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
Строительные ограждения и сооружения с теплотехнической точки зрения
Глава 1. Стены, световые проемы, полы и подполья 180
§ 1. Стены..........................
§ 2. Световые проемы.........'».......... 191
§ 3. Полы и подполья.................... 194
Глава 2. Перекрытия и покрытия............ 200
§ 1. Чердачные перекрытия..........
§ 2. Бесчердачные покрытия................. 203
§ 3. Теплоустойчивость и влажностный режим. ........ 210
Глава 3. Подземные сооружения............. 218
§ 1. Подземные неотапливаемые помещения......... 219
§ 2. Камеры, каналы и трубы с теплоносителем, проложенные в почве............... 222
§ 3. Подземные сооружения глубокого заложения...... 231
Глава 4. Специальные случаи охлаждения и нагревания сооружений................,
§ 1. Охлаждение и нагревание баков, резервуаров и труб с водой .........................
§ 2. Холодопотери полов холодильников.......... 242
§ 3. Оттаивание вечной мерзлоты под зданиями....... 248
§ 4. Размораживание грунтов для зимних работ....... 254
Глава 5. Планировка зданий в теплотехническом отношении. Общая величина топлопотерь.
ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ Теплотехника приборов отопления и вентиляции
Глава 1. Теплопередача конвекцией........... 265
§ 1. Типы потоков......................
§ 2. Теория подобия и критерии............... 268
§ 3. Моделирование ..................... 270
§ 4. Эмпирические формулы для конвекционных коэффициентов 279
§ 5. Основные методы расчетов конвекционной теплопередачи 284
Глава 2. Теплопередача теплоизлучением....... 290
§ 1. Теплоизлучение.....................
§ 2. Излучение под углом.................. 294
§ 3. Поглощение и отражение тепловой радиации и теплопередачи 295
§ 4. Более сложные случаи взаимного облучения поверхностей........................... 303
§ 5. Экраны.......................... 306
§ б. Теплоизлучение газов................... 308
Глава 3. Теплопередача в отопительных установках .......................... 316
§ 1. Теплопередача в котельной топке .............
§ 2. Теплопередача комнатных нагревательных приборов . . 317
§ 3. Пример расчета снеготаялки для плоских покрытий . • . 321
§ 4. Защита производственного помещения от излучения аппаратов с высокой температурой............. 323
Использованная литература.................... 326
ПРЕДИСЛОВИЕ
За последние два десятилетия строительная теплотехника в GCCP получила большое развитие. Чтобы убедиться в этом, достаточно сопоставить содержание норм теплотехнического расчета ограждений (ГОСТ 9000-39) и современного проекта этих норм для Урочного положения. В то время как в первых излагалась только теплопередача и почти исключительно в гражданских зданиях, во вторых имеем развитую систему норм расчета не только для теплопередачи, но и для теплоустойчивости, воздухо- и паропропицаемости ограждений и не только гражданских, но и промышленных сооружений. В сравнении с этим жалкое впечатление производят немецкие теплотехнические нормы DIN 1944 г. и американский гайд.
Наша строительная теплотехника во многом опередила заграничную. Это особенно относится к теории теплоустопчивости отдельных ограждений и целых помещений и к поздухо- и паро проницаемости строительных материалов и конструкции (работы ЦНИПС).
В этих проблемах заграничная техника не представляет никакого интереса для советского специалиста, так как она ограничивается примитивным подходом к их решению или совсем не касается их.
Отметим, что за рубежом кадры специалистов и лаборатории содержатся, главным образом, частными фирмами и обществами. В связи с этим в научной трактовке вопросов имеется обычно коммерческая тенденциозность и недостаток технической объективности. Приведем пример. За последние годы в американской технической литературе часто встречаются указания на то, что в современных отапливаемых помещениях желательна повышенная влажность воздуха, а так как она влечет за собой увлажнение ограждений и тем снижает их теплозащитные свойства, то в сущности пароизоляция ограждений с внутренней стороны всегда желательна. Даже когда речь идет о нормальных кирпичных стенах и о нормально влажных жилых помещениях,—утверждают американцы,—безупречность ограждений только относительна, они будут служить еще лучше, если их обеспечить пароизоляцией и тем снизить даже обычную небольшую влажность (сорбционную).
Эти утверждения вызывают недоумение, потому что указанная добавочная пароизоляция полезна только зимой, летом же она в такой же мере вредна, так как задерживает подсушивание ограждений повышенной наружной температурой и инсоляцией; водяные пары удаляются при этом не только через наружную, но и через внутреннюю поверхность, так как летом температура воздуха в помещениях ниже, чем снаружи. Недоумение читателя разрешается очень просто: это—коммерческая заинтересованность в сбыте пароизоляционных материалов тех фирм, где работают авторы указанных «научных» положений.
Отмеченные выше успехи теплотехники в СССР не дают, однако, основания для самоуспокоения, так как вместе с ростом числа разрешенных проблем множатся новые, еще не разрешенные. Автор надеется, что эта книга поможет дальнейшему продвижению работ над этими проблемами.
Сравнительно с предыдущим изданием книга значительно обновлена и пополнена новыми темами. Сюда относятся: трактовка теплопередачи вентилируемыми воздушными прослойками, каркасами в ограждениях, расчеты затухания в ограждениях температурных волн наружного воздуха, проверка влажностного режима бесчердачных покрытий и стен мокрых помещений при помощи критериев, развитие тем по теплотехнике подземных сооружений, определение глубины зимнего промерзания почвы, размораживание грунтов для зимних работ.
Значительно развиты также разделы инфильтрации наружного воздуха в ограждениях и паропроницания последних.
Однако, для того чтобы излишне не увеличивать объема учебного пособия, из книги исключены многие части, содержание которых стало общеизвестным или устарело и заменено другим; опущены многие приложения. Кроме указанных крупных изменений, текст пересмотрен с учетом того материала, который войдет в Урочное положение по строительству.
Проф. В. Мачинский
ВВЕДЕНИЕ
Есть три способа передачи теплоты от одних тел другим:
1) кондукция, или передача теплоты при соприкосновении двух тел с разной температурой, причем массы этих тел неподвижны относительно друг друга, и передача теплоты происходит путем 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 путем электромагнитных колебаний, испускаемых одной поверхностью и, воспринимаемых другой в тепловой форме.
В области строительства кондукция имеет место преимущественно в теплопередаче через строительные ограждения (части I—. III книги), 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 нес действует постоянная внутренняя температура воздуха, а с другой—столь же постоянная наружная;
2) переменное, но однозначное движение теплоты с «замирающим» темпом, иначе говоря, остывание или нагрев объекта, когда приток к нему 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;
3) переменное колебательное (неоднозначное) движение теплоты в объекте, когда под влиянием соответствующих внешних (для объекта) колебаний температуры периодического характера температура точек внутри объекта волнообразно повышается и понижается около некоторой средней величины; пример—температурные колебания в наружной стене жилого здания под влиянием периодического колебания внутренней температуры воздуха при действии отопления и его прекращении или же под влиянием периодического колебания наружной температуры в зависимости от смены дня и ночи (в пределах одних суток) или смены погоды (в пределах более длинных периодов).
Мачинский В.Д.
1949
Книга представляет собой 4-е переработанное и дополненное издание ранее выпущенного труда автора.
И настоящем издании дается комплексное изложение теории и практики теплотехники применительно к вопросам проектирования ограждений промышленных и гражданских зданий. Рассмотрены различные конструкции ограждений и дана оценка их теплотехнических качеств. Теоретические положения иллюстрируются числовыми примерами теплотехнических расчетов.
Приведены также основные теплотехнические данные по теплотехнике отопления и вентиляции помещений.
Книга является учебным пособием для студентов строительных вузов и может служить руководством для инженеров-проектировщиков в их практической работе.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие...........................• 5
Введение............................... 7
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ Стационарное движение теплоты через строительные ограждения
Глава 1. Основные понятия, формулы и коэффициенты......................... 9
§ I. Теплопередача плоских и цилиндрических стенок .... —
§ 2. Коэффициенты ....................... 17
§ 3. Влияние воздушных прослойков.............. 24
§ 4. Термоизоляторы................'..... 37
§ 5. Расчет теплопередачи.................. 40
Глава 2. Теплопередача строительных ограждений 50
§ 1. Углы ........... . . ............ —
§ 2. Окна и двери...................... 56
§ 3. Полы......................... . 58
§ 4. Каркасы в ограждениях................. 68
§ 5. Неотапливаемые помещения, чердаки.......... 72
Глава 3. Воздухо- и паропроницаемость ограждений и учет этих свойств................. 77
§ 1. Воздухопроницаемость..................
§ 2. Проникание в ограждения водяных паров и их конденсация.......................... 83
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
Нестационарное движение теплоты через строительные ограждения
Глава 1. Остывание и нагревание стенки. Общее уравнение и методы Фурье...........
Глава 2. Остывание и нагревание стенки. Приближенный метод «конечных разностей»..... 104
Глава 3. Остывание и нагревание стенки. Приближенный метод автора............... 114
Глава 4. Периодическое (волнообразное) движение теплоты в ограждениях. Общее уравнение и метод расчета.................. 138
Глава 5. Теплоустойчивость ограждений и помещений при остывании и (нагревании) и при периодическом действии теплового потока 143
§ 1. Остывание (нагревание) ограждений........... 144
§ 2. Остывание (нагревание) помещений........... 152
§ 3. Расчетные наружные температуры для систем отопления 165
§ 4. Теплоустойчивость ограждений при периодическом тепловом потоке от системы отопления.........
§ 5. Теплоустойчивость ограждений при волнообразных колебаниях наружных температур.............. 17
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
Строительные ограждения и сооружения с теплотехнической точки зрения
Глава 1. Стены, световые проемы, полы и подполья 180
§ 1. Стены..........................
§ 2. Световые проемы.........'».......... 191
§ 3. Полы и подполья.................... 194
Глава 2. Перекрытия и покрытия............ 200
§ 1. Чердачные перекрытия..........
§ 2. Бесчердачные покрытия................. 203
§ 3. Теплоустойчивость и влажностный режим. ........ 210
Глава 3. Подземные сооружения............. 218
§ 1. Подземные неотапливаемые помещения......... 219
§ 2. Камеры, каналы и трубы с теплоносителем, проложенные в почве............... 222
§ 3. Подземные сооружения глубокого заложения...... 231
Глава 4. Специальные случаи охлаждения и нагревания сооружений................,
§ 1. Охлаждение и нагревание баков, резервуаров и труб с водой .........................
§ 2. Холодопотери полов холодильников.......... 242
§ 3. Оттаивание вечной мерзлоты под зданиями....... 248
§ 4. Размораживание грунтов для зимних работ....... 254
Глава 5. Планировка зданий в теплотехническом отношении. Общая величина топлопотерь.
ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ Теплотехника приборов отопления и вентиляции
Глава 1. Теплопередача конвекцией........... 265
§ 1. Типы потоков......................
§ 2. Теория подобия и критерии............... 268
§ 3. Моделирование ..................... 270
§ 4. Эмпирические формулы для конвекционных коэффициентов 279
§ 5. Основные методы расчетов конвекционной теплопередачи 284
Глава 2. Теплопередача теплоизлучением....... 290
§ 1. Теплоизлучение.....................
§ 2. Излучение под углом.................. 294
§ 3. Поглощение и отражение тепловой радиации и теплопередачи 295
§ 4. Более сложные случаи взаимного облучения поверхностей........................... 303
§ 5. Экраны.......................... 306
§ б. Теплоизлучение газов................... 308
Глава 3. Теплопередача в отопительных установках .......................... 316
§ 1. Теплопередача в котельной топке .............
§ 2. Теплопередача комнатных нагревательных приборов . . 317
§ 3. Пример расчета снеготаялки для плоских покрытий . • . 321
§ 4. Защита производственного помещения от излучения аппаратов с высокой температурой............. 323
Использованная литература.................... 326
ПРЕДИСЛОВИЕ
За последние два десятилетия строительная теплотехника в GCCP получила большое развитие. Чтобы убедиться в этом, достаточно сопоставить содержание норм теплотехнического расчета ограждений (ГОСТ 9000-39) и современного проекта этих норм для Урочного положения. В то время как в первых излагалась только теплопередача и почти исключительно в гражданских зданиях, во вторых имеем развитую систему норм расчета не только для теплопередачи, но и для теплоустойчивости, воздухо- и паропропицаемости ограждений и не только гражданских, но и промышленных сооружений. В сравнении с этим жалкое впечатление производят немецкие теплотехнические нормы DIN 1944 г. и американский гайд.
Наша строительная теплотехника во многом опередила заграничную. Это особенно относится к теории теплоустопчивости отдельных ограждений и целых помещений и к поздухо- и паро проницаемости строительных материалов и конструкции (работы ЦНИПС).
В этих проблемах заграничная техника не представляет никакого интереса для советского специалиста, так как она ограничивается примитивным подходом к их решению или совсем не касается их.
Отметим, что за рубежом кадры специалистов и лаборатории содержатся, главным образом, частными фирмами и обществами. В связи с этим в научной трактовке вопросов имеется обычно коммерческая тенденциозность и недостаток технической объективности. Приведем пример. За последние годы в американской технической литературе часто встречаются указания на то, что в современных отапливаемых помещениях желательна повышенная влажность воздуха, а так как она влечет за собой увлажнение ограждений и тем снижает их теплозащитные свойства, то в сущности пароизоляция ограждений с внутренней стороны всегда желательна. Даже когда речь идет о нормальных кирпичных стенах и о нормально влажных жилых помещениях,—утверждают американцы,—безупречность ограждений только относительна, они будут служить еще лучше, если их обеспечить пароизоляцией и тем снизить даже обычную небольшую влажность (сорбционную).
Эти утверждения вызывают недоумение, потому что указанная добавочная пароизоляция полезна только зимой, летом же она в такой же мере вредна, так как задерживает подсушивание ограждений повышенной наружной температурой и инсоляцией; водяные пары удаляются при этом не только через наружную, но и через внутреннюю поверхность, так как летом температура воздуха в помещениях ниже, чем снаружи. Недоумение читателя разрешается очень просто: это—коммерческая заинтересованность в сбыте пароизоляционных материалов тех фирм, где работают авторы указанных «научных» положений.
Отмеченные выше успехи теплотехники в СССР не дают, однако, основания для самоуспокоения, так как вместе с ростом числа разрешенных проблем множатся новые, еще не разрешенные. Автор надеется, что эта книга поможет дальнейшему продвижению работ над этими проблемами.
Сравнительно с предыдущим изданием книга значительно обновлена и пополнена новыми темами. Сюда относятся: трактовка теплопередачи вентилируемыми воздушными прослойками, каркасами в ограждениях, расчеты затухания в ограждениях температурных волн наружного воздуха, проверка влажностного режима бесчердачных покрытий и стен мокрых помещений при помощи критериев, развитие тем по теплотехнике подземных сооружений, определение глубины зимнего промерзания почвы, размораживание грунтов для зимних работ.
Значительно развиты также разделы инфильтрации наружного воздуха в ограждениях и паропроницания последних.
Однако, для того чтобы излишне не увеличивать объема учебного пособия, из книги исключены многие части, содержание которых стало общеизвестным или устарело и заменено другим; опущены многие приложения. Кроме указанных крупных изменений, текст пересмотрен с учетом того материала, который войдет в Урочное положение по строительству.
Проф. В. Мачинский
ВВЕДЕНИЕ
Есть три способа передачи теплоты от одних тел другим:
1) кондукция, или передача теплоты при соприкосновении двух тел с разной температурой, причем массы этих тел неподвижны относительно друг друга, и передача теплоты происходит путем 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 путем электромагнитных колебаний, испускаемых одной поверхностью и, воспринимаемых другой в тепловой форме.
В области строительства кондукция имеет место преимущественно в теплопередаче через строительные ограждения (части I—. III книги), 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 нес действует постоянная внутренняя температура воздуха, а с другой—столь же постоянная наружная;
2) переменное, но однозначное движение теплоты с «замирающим» темпом, иначе говоря, остывание или нагрев объекта, когда приток к нему 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;
3) переменное колебательное (неоднозначное) движение теплоты в объекте, когда под влиянием соответствующих внешних (для объекта) колебаний температуры периодического характера температура точек внутри объекта волнообразно повышается и понижается около некоторой средней величины; пример—температурные колебания в наружной стене жилого здания под влиянием периодического колебания внутренней температуры воздуха при действии отопления и его прекращении или же под влиянием периодического колебания наружной температуры в зависимости от смены дня и ночи (в пределах одних суток) или смены погоды (в пределах более длинных периодов).
