Вся електронна бібліотека >>>

Зміст книги >>>

 

Книги з будівництва та ремонту

Майстрові на всі руки


Побут. Господарство. Будівництво. Техніка

 

Тепло в будинку

 

 

У цій главі розглянуті питання споживання енергії в домашньому господарстві, можливі джерела енергії, їх переваги та недоліки, а також способи економії енергії при обігріві приміщень опаленням і електроприладами. Щоб зробити зрозумілою залежність між джерелами, споживачами і втратами енергії, які проявляються головним чином у формі теплових втрат, наводяться пояснення найбільш часто використовуваних спеціальних понять. Заходи по економії енергії часто пов'язані з проблемами вологості повітря.

Енергія - це здатність виконувати роботу. Вона може виступати в різних формах, наприклад, у вигляді енергії руху, теплової або електричної енергії. Одні види енергії можна перетворювати в інші, наприклад тепло в електрику.

Майже будь-який вид енергії, що використовується людьми, походить від Сонця. Воно являє собою колосальну ядерну електростанцію, в якій водень перетворюється в гелій, при цьому величезна кількість енергії виділяється у вигляді електромагнітного випромінювання. На Землю потрапляє лише зникаюче мала частка відсотка.

Це випромінювання, перетворюючись на поверхні Землі в тепло, дає життя рослинам, тваринам, людям. Частина енергії випромінювання шляхом фотосинтезу акумулюється в рослинах. При цьому з води і окису вуглеводню утворюються органічні сполуки. Частина накопиченої енергії витрачається живими організмами. Цей процес називають згорянням, тому що в основному тут відбуваються хімічні реакції, які мають місце в полум'я, а саме, розкладання органічних сполук з виділенням тепла.

Сонячна енергія, накопичена протягом мільйонів років у рослинах та інших органічних речовин, що міститься у вугіллі, нафті, газі. Ця енергія, на жаль, буде витрачена людством протягом кількох століть чи навіть десятиліть. Тому люди повинні економно і ефективно використовувати запас енергії, якщо вони хочуть уникнути майбутніх енергетичних криз і зростаючого забруднення навколишнього середовища. Їм слід відшукувати нові економічно чисті джерела енергії тривалого користування.

Основні положення

Для використання енергії даного джерела її слід перетворити в тепло або електрику. При цьому перетворенні частина енергії втрачається. Подальша втрата енергії відбувається при передачі тепла або електрики від місця виробництва до місця споживання.

І нарешті, відбувається втрата енергії при її споживанні за рахунок небажаного розсіювання тепла в навколишньому середовищі. Цьому процесу протидіють гвГеры по теплозахисту. Помилки в проектуванні і реалізації систем теплового захисту ведуть до несприятливого мікроклімату приміщень і навіть руйнування будівель під дією вологості.

Перетворення енергії

При перетворенні енергії в зручну для використання форму завжди відбуваються втрати; чим вони менші, тим вище коефіцієнт використання енергії (1).

Первинною енергією називають енергію, що міститься в вихідних енергоносіях, наприклад, енергію вугілля, нафти, вітру. Втрати при перетворення цієї енергії в корисну визначаються технічним рівнем обладнання і можуть значно різнитися (наприклад, втрати тепла на електростанціях).

Вторинна енергія - це енергія, отримана споживачем, наприклад,енергія гарячої води, електричного струму. При перетворенні первинної енергії у вторинну, особливо при генеруванні електричного струму, мають місце дуже великі втрати енергії.

Корисною називають енергію, яку використовує споживач, наприклад, світло, теплову чи механічну енергію. При перетворенні вторинної енергії в корисну споживач має можливість зробити втрати мінімальними.

Додаткової називають енергію, витрачену на перетворення вторинної енергії в корисну. Для цього використовують установки або пристрої, які вимагають живлення в процесі перетворення енергії, наприклад, електричний струм для роботи компресора.

Передача тепла

Велику частину споживаної в домашньому господарстві енергії використовують у вигляді тепла для опалення, варіння, водопідігріву. Вторинна енергія найчастіше перетворюється в тепло. При цьому основне значення набуває передача тепла.

Між двома тілами з різними температурами завжди відбувається передача тепла, яка продовжується до тих пір, поки температури не выразняются. У багатьох випадках передача тепла від джерела до нагрівального об'єкту бажана. Передача тепла приміщення більш холодної навколишнього середовища зазвичай небажана. Чим ефективніше вторинна енергія служить джерелом тепла (наприклад, при опаленні рідким паливом) і ніж повільніше тепло йде з приміщення в більш холодну навколишній простір, тим менше енергії витрачається на підтримку необхідних умов.

Передача тепла може відбуватися шляхом випромінювання, конвекції і теплопровідності.

Випромінювання являє собою видимі (короткохвильові сонячні промені) і невидимі (довгохвильові інфрачервоні промені, випромінювання кахельних печей) електромагнітні хвилі. Хвилі пронизують повітря без відчутного прогріву. Потрапляючи на матеріальне тіло, частина теплових променів відбивається, а частина поглинається і тим самим перетворюється в тепло. Ніж темніше предмет, тим більше променистої енергії може бути поглинена.

Теплове випромінювання сонця можна використовувати безпосередньо різними способами. Віконне скло пропускає короткохвильове світлове випромінювання, тому сонячні промені можуть істотно прогрівати приміщення, що бажано взимку і небажано влітку. Віддача тепла приміщення системою опалення може відбуватись переважно випромінюванням, наприклад у разі кахельних печей або обігріву підлоги. Людина відчуває тепло випромінювання як щось приємне, так що навіть при дуже низьких температурах повітря може почувати себе комфортно, наприклад, приймаючи сонячні ванни під час відпочинку на лижах при температурі повітря значно нижче нуля. Чим більше частка випромінювання в опаленні приміщення, тим нижче може підтримуватися температура приміщення.

 


Конвекція являє собою перенесення тепла від одного місця до іншого з допомогою рухомої середовища, наприклад, води або повітря. Конвекція тим інтенсивніше, чим більша різниця температури між джерелом тепла, теплоносієм і об'єктом, що сприймає тепло.

Конвекція ґрунтується на тому, що питома маса нагрітих рідин і газоподібних матеріалів менше, ніж холодних. Відповідно з принципом сили тяжіння гаряче повітря легше холодного і піднімається вгору, холодна вода важча гарячої і опускається вниз. Якщо бажана більше інтенсивна теплопередача, вона може бути прискорена вентилятором або насосом (вимушена конвекція). Так як повітря є поганим провідником тепла, теплопередача від зовнішньої стіни до спокійному зовнішньому повітрю відбувається відносно повільно. При вітрі передача тепла прискорюється, так як він безперервно відводить нагріте повітря підводить охолоджений (це нагадує проникнення холодного повітря крізь светр великої в'язки; в подібному разі шукають місце, захищене від вітру, або покращують теплоізоляцію, вибираючи іншу, менш проникну одяг). Однак випаровування під повітронепроникної оболонкою швидко підвищує вологість.

Теплопровідність - це здатність твердого речовини передавати тепло. При цьому теплова енергія передається безпосередньо від молекули до молекули без їх переміщення. Нагріваючи дерев'яний і залізний стрижні, можна встановити, що вони проводять тепло по-різному. Хорошим провідником тепла є метал, середнім - дерево, поганим - повітря. Теплопровідність різних матеріалів можна порівнювати, користуючись величиною коефіцієнта теплопровідності.

Теплопровідність відіграє головну роль у втратах тепла приміщеннями. Якщо при будівництві застосовувати матеріали, які добре проводять тепло, то втрати тепла і, отже, витрачається на опалення енергії будуть високі.

Перебуваючи в контакті з матеріалами, що володіють високою теплопровідністю, людське тіло швидко втрачає тепло, тому на бетонному підлозі легко холонуть ноги.

Випаровування - це перетворення рідини в газоподібний стан; для такого перетворення необхідно дуже багато тепла: так, для випаровування води потрібно в п'ять разів більше енергії, ніж для нагрівання її до точки кипіння. Ця енергія акумулюється в молекулах водяної пари. Енергія, необхідна для випаровування, повідомляється джерелом тепла або повітрям. Так, у випарному відсіку холодильника знаходиться кріогенна рідина, яка кипить вже при негативній температурі і забирає таким чином тепло від холодильної камери. За цим же принципом функціонує водяний насос. Випаровування відбувається і при температурах нижче точки кипіння. Якщо, наприклад, зовнішня стіна намокли від дощу і вода випаровується, то стіна охолоджується. Вітер істотно прискорює цей процес.

Втрати тепла

Небажана передача тепла відбувається через зовнішні поверхні конструкцій будинку в навколишнє середовище. Чим швидше вона йде, тим більша кількість тепла знову має бути компенсована опаленням і тим вище витрата енергії на обігрів.

Для розрахунку або вимірювання цих втрат використовують коефіцієнт теплопровідності і коефіцієнт теплопередачі. Втрати тепла залежать від теплопровідності використаних будівельних матеріалів. У свою чергу теплопровідність залежить від щільності матеріалів. Наприклад, залізо має високу щільність, дерево - низьку. Матеріали з повітряними включеннями проводять тепло гірше, ніж однорідні матеріали. Низька теплопровідність конструкцій будинку зменшує витрату енергії на опалення.

Коефіцієнт теплопровідності (2) використовується для порівняння різних будівельних і ізоляційних матеріалів, так як він показує, яка кількість тепла, що проходить за 1 год через 1 м2 поверхні матеріалу товщиною 1 м при різниці температур поверхонь в 1 Кельвін (це відповідає 1° С). Чим менший коефіцієнт теплопровідності, тим нижче втрати тепла при одній і тій же товщині матеріалу і однакових кліматичних умовах.

При зволоженні будівельного матеріалу його теплопровідність збільшується, тому проникнення вологи у такій матеріал небажано. Коефіцієнти теплопровідності різних будівельних і ізоляційних матеріалів представлені в таблицях гол. 7 і 14.

Коефіцієнт теплопередачі (коефіцієнт к) (2) залежить від товщини матеріалу. На практиці немає будівельних конструкцій, які мають розмір точно 1 м, тому при розрахунку втрат тепла необхідно виходити з фактичної товщини матеріалу.

Процес втрати тепла складається з трьох стадій: передачі тепла від джерела до внутрішньої поверхні будівельного елемента; передачі тепла від внутрішньої поверхні до зовнішньої; передачі тепла від зовнішньої поверхні до навколишнього середовища. Перший і третій процеси передачі тепла залежать відповідно від циркуляції повітря усередині приміщення і швидкості вітру зовні, тоді як у безперервній середовищі утворюється ізолюючий шар повітря, що сильно уповільнює теплопередачу. Чим сильніший вітер, тим швидше відбувається тепловіддача. Весь цей процесс4в цілому характеризують коефіцієнтом теплопередачі, показує, яка кількість тепла проходить через 1 м2 поверхні матеріалу певної товщини за 1 год при різниці температур поверхні 1°С. При цьому рух повітря всередині приміщення і швидкості вітру зовні осредняются. Ось чому значення коефіцієнта теплопередачі є умоглядним. Дійсні втрати тепла будівельних елементів можуть бути істотно вище, ніж розрахункові (у незахищених місцях) або істотно нижче (в захищених місцях).

Крім того, коефіцієнт теплопередачі для спрощення розрахунків звичайно приймають однаковим для південних і північних стін, не враховуючи отримання тепла першими за рахунок сонячного випромінювання і при цьому зміни коефіцієнтів теплопередачі.

Тому розрахунками економічної ефективності, що спираються на табличні величини коефіцієнта к, слід користуватися з обережністю. Ізоляційні властивості північної стіни цілком можуть виявитися ефективніше розрахункових, а для південної стіни - найчастіше немає.

Значення коефіцієнта

теплопередачі зазвичай даються

усередненими для окремих

Будівельних елементів,

таких, як зовнішні стіни, вікна та ін. Середнє значення коефіцієнта до після влаштування теплоізоляції не повинна перевищувати певного значення. Це допустиме значення правилами може бути досягнуто і без теплоізоляції, якщо застосовуються будівельні матеріали з низькою теплопровідність. У разі сумнівів розрахунки необхідно передати на експертизу, так як для визначення середніх значень коефіцієнтів теплопередачі будівельних конструкцій існують різні способи, якими важко скористатися неспеціалістам.

Теплоізоляція, акумулювання тепла

У зв'язку з акумулюванням енергії теплоізоляційні властивості будівельних конструкцій часто поліпшуються, ніж нехтують розрахунках.

Під теплоізоляцією тут слід розуміти всі конструктивні заходи, що перешкоджають відведення тепла з приміщення, в якому вони здійснені. Теплоізоляційні властивості будівельних конструкцій зазвичай використовують погану теплопровідність повітря. Чим більше повітряних включень містить будівельний матеріал, тим вище його ізолюючі властивості, тому слідують емпіричному правилу: чим менше питома маса будівельного матеріалу, тим вище його теплоізоляційна здатність. Теплоізоляційні характеристики конструкцій оцінюють за коефіцієнтом теплопровідності.

При обігріві приміщення тільки невелика частина підведеної тепла передається повітрю приміщення, більшу ж частину акумулюють стіни, стелі, підлоги, а також обладнання. Тому після відключення опалення ще довгий час в приміщенні залишається тепло, яке повільно віддається повітрю.

Якщо в приміщенні немає достатньо великих акумулюючих мас, то воно може бути дуже швидко підігрітий, але так само швидко і остигає. Клімат у приміщенні визначається майже виключно нагріванням повітря. Ось чому інтенсивне тепловипромінювання замикаючих приміщення поверхонь небажано: це може привести до несприятливого клімату в приміщенні.

Зовнішні стіни, які довгий час освітлює сонце, також акумулюють тепло і вночі повільно віддають його як всередину, так і назовні. Теплоізоляція перешкоджає сприйняттю такого тепла

Вологість повітря

Всі елементи будівлі повинні бути захищені від вологи, інакше вони можуть бути зруйновані з-за вивітрювання, гниття або іржі. Волога проявляється у вигляді дощу і снігу для зовнішніх стін і дахів, вологою землі для фундаментів, кладки стін і підвалів, у вигляді вологості повітря для внутрішніх стін.

Повітря завжди містить деяку кількість водяної пари, який може проникати в елементи будівлі або осідати в холодних кутах приміщення. Внаслідок цього відбувається просочування вологою, запліснявіння, гниття і руйнування будівельних конструкцій. Руйнуючій дії вологості повітря можна протистояти, застосовуючи відповідні будівельні матеріали, їх відповідну обробку і вентиляцію.

Абсолютна вологість повітря показує, яку кількість водяної пари міститься в одиниці об'єму повітря, наприклад, 2 м водяного пари в 1 м3 повітря приміщення.

Повітря при певній температурі може містити не більше певної кількості водяної пари. При більшому вмісті вологи утворюється туман (водяна пара), який осідає у вигляді води на холодних поверхнях, таких, як вікна або кути приміщень (конденсаційна вода, конденсат).

Тепле повітря поглинає більше вологи, ніж холодний. Один кубічний метр повітря приміщення може містити при температурі 0° С максимально 4,8 г водяної пари, при температурі +10° С вже 9,4 г, при +20° С навіть 17,3 р. Коли повітря насичене водяною парою, то його відносна вологість становить 100%. Відносна вологість характеризує ступінь насичення повітря водяною парою при даній температурі.

Відносна вологість повітря відіграє важливу роль у створення комфортних умов. Найбільш сприятливо людина відчуває себе при відносної вологості повітря від 40 до 60%. Якщо відносна вологість нижче, то це робиться помітним через першіння в горлі або висихання слизової оболонки. Більш висока вологість посилює температурний ефект спеки або холоду.

Температура сухого повітря в приміщенні може бути більше низькою для забезпечення комфортних умов; при цьому економляться і витрати на опалення.

Утворення конденсату залежить від температури в різних частинах приміщення. Якщо насичення водяною парою відбувається біля поверхні стін, де відносно більш низька температура, там осідає волога, причому водяна пара перетворюється на дрібні краплі. Вони поглинаються матеріалом стіни і знову повертаються до приміщення, коли вологість повітря знижується. Таким чином, поверхня стін діє як регулятор вологості повітря, перш всього в кухнях і у ванних кімнатах.

Однак взимку з-за підвищеної конденсації вологість може привести до пошкоджень, якщо поверхні стін не встигають висохнути. Відбувається це головним чином в кутах приміщень, утворених зовнішніми стінами, де температури найнижчі. Пошкодження виявляються найчастіше у вигляді чорних плям на шпалерах або стінах (грибкова цвіль). Вирішити цю проблему можна частим провітрюванням, тому що більш холодне повітря, після того як він нагріється в приміщенні, може прийняти ще дуже багато вологи. Для цього він повинен мати доступ до пліснявим місцях, так що меблі не повинна Стояти безпосередньо у холодних стін. Чим більше вологи накопичується в приміщенні, тим частіше воно має провітрюватися. Чим холодніше зовнішнє повітря, тим швидше закінчується процес провітрювання. При цьому тепло майже не витрачається, тому що сам повітря акумулює тільки трохи тепла, а вологі елементи будівлі істотно краще проводять тепло, ніж холодні. Проте охолодження стін слід перешкоджати, тому провітрювання повинно складати від 5 до 10 хв. У більш холодних приміщеннях, наприклад спальнях, може вимагатися також підвищення температури повітря.

Так як конденсація води в основному залежить від температури поверхні внутрішніх стін, проблема вирішується, як правило, з допомогою зовнішньої-ізоляції. На етапі проектування цю проблему можна вирішити шляхом вибору будівельного матеріалу з низькою теплопровідністю.

Дифузія водяної пари через стіну відбувається разом з потоком тепла. Різні вологості повітря усередині й зовні приміщення мають таку ж тенденцію до вирівнювання, як і різні температури. Цей процес дифузії водяної пари взимку спрямований зсередини назовні і відіграє визначальну роль у виникненні пошкоджень із-за вологості. Так як проникнення водяної пари назовні супроводжується його сильним охолодженням і конденсацією в товщі стіни, слід побоюватися просочування вологою і пошкоджень будівельних конструкцій із-за морозу.

Особливу увагу слід приділяти дифузії водяної пари при виконання теплоізоляційних робіт, так як при цьому відбувається зміна дифузійних характеристик стін.

Різні будівельні матеріали по-різному проводять не тільки тепло, але і вологу, надаючи більший або менший опір процесу проникнення водяної пари. В багатошарових конструкціях, наприклад, при теплоізоляції, завжди може виникнути проблема, якщо її складові матеріали володіють сильно различающимся опором процесу проникнення

водяної пари. Опір

проникненню пари характе

ризуется коефіцієнтом

опору дифузії.

Коефіцієнти опору

дифузії для ізоляційних

матеріалів наведено в розділі 7,

а для будівельних матеріа

лов - гол. 14. Чим менше

величини цих коефіцієнтів,

тим вище проникність мате

ріалів для водяної пари.

Наприклад, бетон погано пропускає водяну пару, а мінеральна вата майже йому не перешкоджає. Якщо мінеральна вата застосовується для влаштування внутрішньої теплоізоляції, вона дозволяє водяній парі проникати до стіни. Якщо пар досягає бетонної стіни, яка з-за внутрішньої ізоляції є дуже холодною, то волога може конденсуватися; у такому разі необхідно використовувати пароизо-ляцію, наприклад, алюмінієву фольгу.

Не виникає проблем з будівельними конструкціями, у яких матеріал, що пропускає пар, знаходиться на більш холодній у даному випадку на зовнішній стороні (3).

«Дихаючими» називаються стіни з теплоізоляцією, здатної поглинати або віддавати вологу і тим самим перешкоджати її конденсації. Поняття «дыщащей стіни» зовсім не означає, що через стіну відбувається помітний повітрообмін. Хороші характеристики повітрообміну мають нелакированное дерево, гіпсокартонні плити і багато мінеральні штукатурки, якщо вони не покриті непроникними фарбами і не обклеєні герметичними для пара шпалерами. Якщо в конструкції стін є елементи, що перешкоджають виходу вологи назовні, то, щоб створити в приміщенні приємний клімат, потрібно цей недолік компенсувати вентиляцією. Ось чому для будь-якого приміщення корисно, щоб його стіни були активно дихаючими. Тому не слід, наприклад, ванні облицьовувати плиткою до стелі.

 

 «Майстрові на всі руки» Наступна сторінка >>>

 

Дивіться також:

 

  Домашньому майстрові Благоустрій квартири Будинок своїми руками Будівництво будинки Корисні поради Довідник домашнього майстра Покрівлі. Покрівельні роботи Кам'яні роботи Столярно-теслярські роботи Ремонт садибного будинку Будівництво та обладнання індивідуального будинки Енциклопедія побуту Наш дім