Šiluminės fizikos pagrindai

 1. Vidaus oro parametrai svarbūs patalpų mikroklimatui? Pakankama šiluminė aplinka- patalpos meteorologinių sąlygų parametrų deriniai, kurie ilgai ir sistemingai veikdami žmogaus organizmą gali sukelti nemalonius, savaime praeinančius šilumos pojūčius. Tokia šiluminė aplinka nekenkia sveikatai bei nesukelia jos sutrikimų. Jei aplinkos sąlygos atitinka pakankamos sąlygos atitinka pakankamos šiluminės aplinkos parametrus, tai laikoma, kad apie 80 % žmonių bus patenkinti šilumine aplinka, o jeigu aplinkos sąlygos atitinka šiluminio komforto parametrus, tai laikoma, kad apie 95 % žmonių bus patenkinti šilumine aplinka. Šiluminio komforto aplinka- patalpų oro temperatūros, spinduliuojamos šilumos, santykinės oro drėgmės ir oro judėjimo greičio deriniai, kurie mažiausiai veikia organizmo termoreguliacinės sistemos veiklą ir ilgą laiką arba sistemingai veikdami žmogaus organizmą nesukelia nemalonių žmogui pojūčių, bei sveikatos pakenkimų arba sutrikimų. Jaučiamoji temperatūra- temperatūra lygi bandomojo kambario temperatūrai, kai jame esančio žmogaus šilumos nuostoliai dėl spinduliavimo ir konvekcijos yra lygūs šilumos nuostoliams realioje, netolygioje aplinkoje. 2. Kokie išorės oro parametrai svarbūs statybinės šiluminės fizikos požiūriu. Siekdamas susidaryti sau palankias sąlygas gyventi, dirbiti ir ilsėtis, žmogus stato pastatus, kuriais atitveria dalį erdvės ir pažeidžia natūralią atmos­feros apykaitą. Tarp atitvertos erdvės nuo išorės oro atitvaromis sužadina­ma šilumos, dujų (oro), drėgmės, garso ir kitų natūralių klimatinių arba dirbtinių veiksnių judėjimą iš aukštesnės energijos būsenos į žemesnę – į patalą arba iš jos. Kuo iš skirtumas yra didesnis tuo stipriau išoriniai veiksniai skverbiasi per atitvaras, ir atvirkščiai, - kuo atitivarų pasipriešinimas skverbim­ui­si didesnis, tuo mažiau šilumos, drėgmės, oro, garso patenka iš vienos aplinkos į kitą. 3. Šildymo sezono parametrai. Dienolaipsniai. Visuminis šildymo sezono datų ir trukmių kartoji­masis reikalingas šildymo sezono pradžioms, pabai­go­ms, truk­mė­ms numatyti, o vidutinė šildymo sezono temp – prog­no­zuoti, kiek reikės kuro pastatą apšil­dyti. Todėl labai svarbi vadinamoji dienolai­psnių vertė. Ji apskaičiuojama kaip šildymo periodo trukmės paromis sandauga su išorės ir vidaus viduti­nių temp skirtumu per šį periodą. 4. Šiluma, šiluminė energija, temperatūra. Šiluma- energijos išraiškos forma. Tai medžiagą sudarančių netvarkingai virpančių atomų ir molekulių kinetinė energija (judėjimo energija). Šiluminė energija – bet kurį kūną sudarančių dalelių (molekulių) vidinė energija. T.y. atomų ir molekulių chaotiško (šiluminio) judėjimo forma. Šį judėjimą apibūdina kūno temperatūra. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnė kūną sudarančių dalelių kinetinė energija. Temperatūrų skirtumas kūne rodo, kad vyks kinetinės energijos persiskirstymas tarp kūno dalelių, t.y. dalis energijos iš srities su aukštesne temperatūra bus perduodama į sritį su žemesne temperatūra. Taip prasideda šilumos mainai (pernešimas). Matuojama J (džauliais) arba kcal (kilokalorijomis). (4,187 J1cal). 1 kcal – tai šilumos kiekis, kuris 1l vandens tūryje temperatūrą pakelia 10C. 1kcal1,163Wh. W- energijos srauto vienetas, parodantis, kiek šilumos praeina per 1 s. WJ/s. JNm. N- darbas, sunaudojamas 1J energija perstumti kūną 1 m. Temperatūros gali būti : 1) Celsijaus (100 laipsnių); 0C; 2) Kelvino (absoliutinė); 1K0C +273,15; 3) Farenheito; 0F; 1F9/5 0C +32(0C) ∆ (teta) žymimas temperatūrų skirtumas, kuris matuojamas Kelvinais. (pvz.: 200C-50C15K). Statybinėje klimatologijoje oro temperatūros kaita surūšiuota taip: 1) vidutinę žiemos ir vasaros periodo 2) vidutinę metinės oro temperatūros trukmę 3) vidutinę mėnesių 4) šildymo sezono vidutinę temperatūrą 5) šalčiausias paros ir šalčiausio penktadienio oro temperatūras. Projektuojant lengvas atitvarines konstrukcijas, skaičiuojama temperatūra imama vidutinė šalčiausių parų temperatūra. Vidutinė šalčiausio penktadienio išorės oro temperatūra svarbi atliekant masyvių atitvarinių konstrukcijų šiluminius techninius skaičiavimus. 5. Šilumokaitos būdai. Esant temperatūrų skirtumui tarp patalpos ir išorės aplinkos prasideda šilumokaita (mainai) per atitvarines konstrukcijas. 1. Laidumas (kondukcija). Gali vykti kietoje, skystoje ir dujinėje terpėje, tačiau grynai pasireiškia tik kietuose, tankiuose kūnuose. Energija sklinda per pastato atitvarines konstrukcijas tampriomis bangomis. Vyksta tiesiogiai susilietus nevienodos temperatūros kūnams ar jų dalims.Šilumokaita porose vyksta pagal kondukcijos dėsnius. Visų kūno taškų momentinė temperatūra bet kuriuo metu yra vadinama to kūno temperatūriniu lauku. 2. Konvekcija – toks šilumokaitos procesas, kai šiluma perduodama besimaišant nevienodos temperatūros dujų ar skysčių srautams. Tai šilumos srauto sklidimas judančiomis skysčio ar dujų molekulėmis, t.y. atomų ar molekulių difuzijos būdu. Konvekcija gali būti dvejopa: natūrali, kai molekulių judėjimą sukelia temperatūrų skirtumas ir priverstinė – kai molekulių judėjimą sukelia išoriniai veiksniai. 3. Spinduliavimas (radiacija). Vyksta iš materialaus kūno į orą ar beorę erdvę (dujinėje aplinkoje ar vakuume). Jis vyksta tarp 2 spinduliuojančių paviršių, o šiluminė energija virsta spinduline ir sklinda elektromagnetinėmis bangomis šviesos greičiu. Kitas kūnas sugeria dalį spindulinės energijos (todėl pakyla jo temperatūra), dalį atspindi, dalį praleidžia. Jei kūno paviršius sugeria visą jį pasiekusią spindulių energiją, kuri sunaudojama tik kūno vidinei energijai pakelti, toks kūnas vadinamas absoliučiai juodu. Sugeriančiojo kūno paviršiuje spindulinė energija vėl virsta šilumine. Kai kūno paviršius atspindi atgal į erdvę visą jį pasiekusią spindulių energiją, toks kūnas vadinamas absoliučiai baltu. Jei visa spindulinė energija pereina pro kūną nepakeldama jo temperatūros, tai toks kūnas vadinamas absoliučiai skaidriu. Pastatų atitvarų ir jas supančios aplinkos šilumos mainai vertinami konvekcijos ir spinduliavimo dėsningumais, o šilumos perdavimas per tankius atitvaros sluoksnius – medžiagų šilumos laidumu, nes kitų šilumos perdavimo būdų įtaka daugumoje statybinių medžiagų yra žymiai mažesnė. Spinduliavimą lydi dvigubas energijos virsmas: šiluminė virsta į spindulinę ant kūno paviršiaus, kuris spinduliuoja šilumą ir spindulinės energijos virtimas į šiluminę energiją ant kūno paviršiaus, kuris sugeria spindulinę šilumą. 5.Šilumokaitos būdai. Šilumos mainai vertinami pasitelkiant šilumos perdavimo konvekcijos, laidumo ir spinduliavimo būdais dėsningumus. 6. Šilumos laidumo koeficientas. Per kietą medžiagos dalį daugiausiai šiluma perduodama laidumu. Kapiliaruose perduodama daugmaž visais 3 būdais. Uždarose oro porose konvekcija nevyksta. Per stiklą – laidumu ir spinduliavimu. Šilumos laidumo koeficientas ()– medžiagos savybė praleisti šilumą. Jis matuojamas W/mKWm/m2K. 1-2 - temperatūrų skirtumas plokštumose. 1-2 1K. 6.Šilumos perdavimas laidumu. Šilumos laidumo koeficientas. Šilumos sklidimas laidumu gali vykti kietoje, skistoje ir dujinėje terpėje, tačiau grynai jis pasireiškia tik kietose, tankiuose kūnuose. Energija sklinda per pastato atitvarines konstrukcijas tampriomis bangomis. Šilumos laidumo koeficientas (λ) yra viena iš svarbiausių medžiagos šiluminių parametrų, nes apibūdina tos medžiagos sugebėjimą praleisti šilumos srautą (Φ): λ=Φ*d\A*(T1-T2) Analitinė šilumos laidumo teorija ignoruoja medžiagos molekulinę sandarą ir priima, kad medžiaga yra iš vientisos masės. 7. Projektinis šilumos laidumo koeficientas. Šilumos laidumo koeficiento projektinė vertė (λds) gaunama įvertinus galimą medžiagos įdrėkimą atitvaroje: λds≥λcl+∆λω 8. Šilumos perdavimas konvekcija. Konvekcija galima tik skystoje ir dujinėje terpėse- tai šilumos srauto sklidimas judančiomis skysčio ar dujų molekulėmis, t.y. atomų ar molekulių difuzijos būdu. Konvekcija gali būti dvejopa: natūrali, kai molekulių judėjimą sukelia temperatūrų skirtumas ( nevienodas terpės tankis) ir priverstinė- kai molekulių judėjimą sukelia išoriniai veiksniai ( ventiliatoriaus pūtimas). 9. Šilumos perdavimas spinduliavimu. Saulės spektras. Spinduliavimas vyksta dujinėje aplinkoje arba vakuume. Jis vyksta tarp dviejų spinduliuojančių paviršių, o šiluminė energija sklinda elektromagnetinėmis bangomis. 10. Šiluminė talpa. Šiluminė talpa – šilumos kiekis, kurio reikia, kad kūno temperatūra pakiltų 1K. Tai savybė sugerti šilumą. C, J/K –šilumos kiekis c; J/(kgK) c – savitoji šiluminė talpa (specifinė šiluma)( šiluminio talpumo koeficientas)– kiek reikia energijos 1 kg medžiagos, kad jos temperatūra padidėtų 1 K. CvcQ; J/(m3K) Cv – šilumos talpa tūrio vienetui – kiek reikia energijos suteikti 1 m3 medžiagos, kad temperatūra pakistų 1K. c parodo, kaip greitai patalpa gali atšalti/atšilti. 10.Šiluminė talpa. Šilumos mainai tarp aplinkos ir atitvaros vyksta atitvaros medžiagose, kurioms įšildyti arba atvėsinti suvartojama dalis šiluminės energijos. Viena iš fizikinių medžiagos savybių yra jos šiluminė talpa, išreiškiama taip: C=dQ\dT Fizikinė jos prasmė parodo, kiek šilumos reikia suteikti kūnui, kad jo temperatūra padidėtų 1K. 11. Šiluminis imlumas Dar vienas rodiklis, apibūdinantis savybę sugerti (arba atiduoti) šilumą yra medžiagos šilumos imlumo koeficientas s, W/(m2*K), kuris įvertina medžiagos šilumos laidumo koeficientą λ, šiluminę talpą c ir temperatūros svyravimų periodą Z. Medžiagos šilumos imlumo koeficientas yra lygus: s=,W/(m2*K) čia: c-savitoji šiluminė talpa, J/(kg*K) p-medžiagos tankis, kg/m3 λ- medžiagos šilumos laidumo koeficientas,W/(m*K) temperatūros svyravimo dažnumas 1/s(čia Z-svyravimo periodas sekundėmis). Žinynuose medžiagos šilumos imlumo koeficientas paprastai nurodomas 24h periodu. Šilumos izoliacinių medžiagų šilumos imlumo koeficientas s1, W/(m2*K), konstrukcinių medžiagų šilumos imlumo koeficientas sW/m2*K), metalų šilumos imlumo koeficientas s100, W/(m2*K). Vienalytėje atitvaroje jos šiluminės varžos sandauga su šilumos imlumo koeficientu vadinama atitvaros šiluminės inercijos rodikliu. Atitvaros šiluminės inercijos rodikliu D apibūdinamas temperatūros bangų slopimas ir jų skaičius atitvaroje. Kuo didesnis šiluminės inercijos rodiklis, tuo daugiau atitvaroje tilps temperatūrinių bangų.Vienalytės atitvaros šiluminės inercijos rodiklis randamas iš formulės: D=R*s. Sluoksniuotų atitvarų šiluminės inercijos rodiklis lygus visų sluoksnių šiluminės inercijos rodiklių sumai: D=R1*s1+R2*s2….+Rn*sn Atitvaros šiluminės inercijos rodiklis D yra bedimensinis. Atitvaros šiluminės inercijos rodikliu galima apibūdinti jos masyvumą. Šilumos srautas, periodiškai veikdamas atitvaros paviršių, gali sužadinti jame didelį temperatūros svyravimą. Šilumos kiekis, kuris pakeičia atitvaros vidinio paviršiaus temperatūrą, apibūdinamas to paviršiaus šilumos imlumo koeficientu YV. Jis lygus šilumos srauto tankio svyravimo amplitudės ir atitvaros vidinio paviršiaus temperatūros svyravimo amplitudės santykiui: Yv=,W/(m2*K) Atitvaros vidinio paviršiaus šiluminio imlumo koeficientas priklauso nuo šilumos srauto tankio svyravimo periodo Z ir daugiausia nuo atitvaros techninių šiluminių savybių. Kuo didesnis atitvaros vidinio paviršiaus šiluminio imlumo koeficientas Yv, esant vienodo dydžio Aq, tuo mažiau svyruoja to paviršiaus temperatūra. Paviršiaus šilumos imlumas Yp, W/(m2*K),yra normuojamas dydis grindims. Viensluoksnėms medžiagoms šilumos imlumo koeficientas apskaičiuojamas paprastai: Yp=2*s, W/(m2*K). Jeigu atitvara yra iš vienalytės medžiagos ir pakankamo storio, tai jos vidinio paviršiaus šilumos svyravimas, kai yra tam tikras temperatūros svyravimo periodas, priklauso tik nuo tos medžiagos fizikinių savybių, t.y., atitvaros vidinio paviršiaus šiluminis imlumas lygus atitvaros medžiagos šiluminio imlumo koeficientui s: Atitvaros paviršiaus šiluminio imlumo koeficientas Yv priklauso nuo medžiagų, iš kurių padarytas didžiausių svyravimų sluoksnis, techninių šiluminių savybių. Kita atitvaros dalis, esanti už didžiausių svyravimų sluoksnio, neturi beveik jokio poveikio atitvaros paviršiaus šiluminio imlumo koeficientui. Didžiausių svyravimų sluoksnio storis x, kaip ir atitvaros šiluminės inercijos rodiklis, priklauso nuo šilumos srauto svyravimo periodo Z: periodui didėjant, storis didėja. 11. Šiluminis imlumas. Šilumos imlumas- tai paviršiaus savybė sugerti šilumą, kai šilumos srautas arba oro temperatūra periodiškai svyruoja. 12. Medžiagų drėgnumas. Drėgmė – tas vanduo, kuris gali pasišalinti džiovinant. Tai laisvas (chemiškai nesurištas) vanduo. Drėgmės kiekis natūralaus būvio medžiagos tūrio vienete vadinamas drėgnumu. Drėgnumas įvertinamas: 1) masinis drėgnumas - procentinis esančios medžiagoje drėgmės masės santykis su sausos medžiagos mase. u100%, mdr – drėgnos medžiagos masė, ms – sausos medžiagos masė 2) tūrinis drėgnumas w, kg/m3, Vm – medžiagos tūris 3) savitasis tūrinis drėgnumas - procentinis medžiagoje esančio vandens tūrio santykis su sausos medžiagos tūriu. , Vv – vandens tūris. 13. Sorbcija-desorbcija. Sorbcija – kiek medžiaga gali sudrėkti ore. Sugėrimas yra molekulinis reiškinys. Kai vandens garus įgeria tik medžiagos paviršiaus poros, reiškinys vadinamas adsorbcija. Kai vandens garus sugeria kietas kūnas visu tūriu – absorbcija. Šie abu reiškiniai yra sunkiai atskiriami, todėl vadinami apibendrintu terminu – sorbcija. Statybinėse medžiagose vyrauja adsorbcijos reiškiniai. Sorbcijos/desorbcijos izotermos rodo, kaip medžiagos drėgnumas priklauso nuo santykinio oro drėgnumo. Didėjant santykiniam oro drėgnumui ir žemėjant temperatūrai, medžiagos drėgnumas didėja. Desorbcija – medžiagos drėgmės atidavimas aplinkos orui. Pusiausvyra medžiagoje gaunama desorbcijos būdu. Daugumos statybinių medžiagų sorbcijos ir desorbcijos izotermos nesutampa visame santykinio oro drėgnumo intervale, išskyrus 2 taškus, kai santykinis oro drėgnumas lygus 0 ir 100 procentų, o oro temperatūra yra teigiama. Izoterminėse sąlygose sausa medžiaga sugeria drėgmę iš aplinkinio prisotinto vandens garais oro tik iki higroskopinio medžiagos drėgnumo. Tai paaiškinama kūno paviršiaus trauko lauku, kuris pritraukia vandens garų molekules. Pirmasis vandens molekulių sluoksnis bus tvirčiausiai prilipęs prie kūno (monomolekulinis sluoksnis). Kitų sluoksnių traukos jėgos mažėja ir gali būti ryšys nutrauktas. Kapiliariniai poringoms statybinėms medžiagoms būdinga “S” formos sorbcijos izotermos, išgaubtos prie mažo santykinio drėgnumo ir prie didelio santykinio drėgnumo. 13. Sorbcija- desorbcija. Sorbcija- desorbcija- tai viena iš svarbiausių statybinių medžiagų savybių, leidžianti tinkamai įvertinti medžiagų atitvarose šiluminę ir drėgminę būseną, taip pat numatyti jose galimus ardomuosius procesus. Jei sudrėksta tik medžiagos kapiliarų ir porų paviršius, tai šis reiškinys vadinamas adsorbcija, o jeigu sudrėksta visa medžiaga- absorbcija. Kadangi šiuos reiškinius sunku atskirti, tai medžiagos įdrėkimą drėgname ore vadiname sorbcija, džiūvimą- desorbcija. 14. Medžiagų vandens įgėris. Įmirkis – kiek medžiaga gali sugerti vandens kontakte su vandeniu. Įmirkis gali būti: • Tūrinis • Paviršinis – kiek medžiaga gali sugerti vien paviršiumi. (naudojama apdailos medžiagoms) m, kg/m2 15. Vandens garų laidumas Panašiai kaip ir šilumos laidumui, vandens garų judėjimui laidumu galima naudoti analogiškas lygtis. Pavyzdžiui, norėdami paskaičiuoti, kiek vandens garų praleidžia atitvara, mes naudojame formulę: P= Čia: -medžiagos vandens garų laidumo koeficientas pagal dalinį vandens garų slėgį, kg/(m*s*Pa); d-medžiagos storis, m -dalinių vandens garų slėgių skirtumas, Pa; A-plotas, m2; t-laikas, s. Vandens garų judėjimo priežastis yra vandens garų koncentracijos arba dalinių vandens garų slėgių skirtumas , Pa. Atitvaros drėgmės pralaidumo savybės apibūdina drėgmės pralaidumo koeficientas D=,kg/(m2*s*Pa), kuris yra analogiškas šilumos perdavimo koeficientui U, W/(m2*K). Atitvaros drėgmės pralaidumo koeficiento fizikinė prasmė yra parodyti, kiek tam tikro storio medžiagos sluoksnis (atitvara) praleidžia drėgmės (kg), per vienetinį plotą (1 m2) per vienetinį laiką (1s), kai dalinių vandens garų slėgiu skirtumas ant atitvaros paviršių yra 1Pa. Praktiniuose skaičiavimuose drėgmės pralaidumo koeficientas naudojamas retai. Dažniau yra naudojamas atvirkštinis dydis- garinė varža Zp. Vandens garų laidumo koeficientas išreikštas kilogramais per sekundę (kg/(m*s*Pa)) yra labai mažas dydis, pavyzdžiui oro vandens garų laidumo koeficientas yra lygus- =2*10kg/(m*s*Pa). Dažnai praktikoje naudojami kiti vienetai, pavyzdžiui, mg/(m*h*Pa), tokiu atveju oro vandens laidumo koeficientas bus =0,72 mg/(m*h*Pa). Paskutiniu metu praktikoje dažnai naudojamas santykinis vienetas medžiagos vandens garų laidumui apibūdinti- tai santykinė sluoksnio garinė varža . Ji parodo, kiek kartų medžiaga blogiau praleidžia vandens garus palyginus su nejudančiu oru. Vandens garų difuzijai lygiavertis oro sluoksnio storis S= Nors vandens garų judėjimas per atitvarų aprašomas analogiškomis lygtimis kaip ir šilumos judėjimas, tačiau drėgmės ir šilumos judėjimo prigimtis yra skirtinga. Šilumos judėjimas – tai energijos perdavimas nuo vienos molekulės kitai. Drėgmės judėjimas (vandens garų judėjimas) – tai vandens molekulių judėjimas iš vienos į kitą dėl jų koncentracijos skirtumo. Svarbus skirtumas tarp šių mainų yra greitis. Temperatūros pokyčiai per atitvarą persiduoda nuo kelių valandų iki keleto dienų, o drėgmės judėjimo pasekmės atitvaroje pajuntamos tik po keleto mėnesių arba netgi metų. 15.Vandens garų laidumas: Vandens garų judėjimo priežastis yra vandens garų koncentracijos ar dalinių vandenns garų slėgių skirtumas Δp,Pa.Drėgmės pralaidumo koeficientas D=δp/d;kg/(m2*s*Pa).Jis apibūdina atitvaros drėgmės pralaidumo savybes.Jo fizikinė prasmė yra parodyti,kiek tam tikro storio medžiagos sluoksnis praleidžia drėgmės(kg) per vienetinį plotą(1 m2) per 1 s,kai dalinių vandens garų slėgių skirtumas ant atitvaros paviršių yra 1 Pa.Vandens garų laidumo koef. δp, kg/(m2*s*Pa),parodo kiek drėgmės pereina per 1 m2 pločio,1 m storio medžiagos per 1 s,kai vandens garų slėgių skirtumas 1 Pa.Vandens garų laidumo koef. yra labai mažas dydis.Vandens garų difūzijai lygiavertis oro sluoksnuo storis:sd=μ*d=δpa/ δp*d.Drėgmės srautas:G=δp/d * Δp * A

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!