Fizyka budowli

1 niutonometr [1N*m]=1 dżul [1J]=1 watosekunda [W*s]

1. Przenoszenie ciepła przez PRZEWODZENIE.

Def-przewodzenie ciepła jest zjawiskiem polegającym na przenoszeniu energii wewnątrz ośrodka materialnego lub z jednego ośrodka do drugiego przy ich ZETKNIĘCIU SIĘ BEZPOŚREDNIM.

Poszczególne cząstki rozważanego układu nie wykazują zmian położenia.

Ruch przez przewodzenie odbywa się zawsze w kierunku zgodnym ze spadkiem temperatury. Ciepło może być przewodzone przez ciała stałe oraz przez nieruchome ciecze i gazy.

Równanie przewodnictwa cieplnego dla stacjonarnego i jednokierunkowego przepływu ciepła.

Gradient temperatury:

$\frac{dt_{1}}{\text{dx}} < \frac{dt_{2}}{\text{dx}}\text{\ \ \ \ \ }q_{1} < q_{2}$

$q = - \lambda\frac{\text{dt}}{\text{dx}}$

$q_{1} = - \lambda_{1}\frac{dt_{1}}{\text{dx}} = q_{2} = - \lambda_{2}\frac{dt_{2}}{\text{dx}} = q_{3} = - \lambda_{3}\frac{dt_{3}}{\text{dx}}$

$q = - \lambda\frac{\text{dt}}{\text{dx}}/dx$
qdx = −λdt

∫₀^dqdx = −∫_ϑi^ϑ_eλdt q(d−0) = −λ(ϑ_e−ϑ_i)

qd = λ(ϑ_e−ϑ_i)

$q = \frac{\lambda}{d}\left( \vartheta_{e} - \vartheta_{i} \right)$ -ogólne równanie przepływu ciepła

Dla przegrody jednowarstwowej:

$q = \frac{\vartheta_{e} - \vartheta_{i}}{\frac{d}{\lambda}}$ opór cieplny

Dla ściany wielowarstwowej:

$q = \frac{\vartheta_{e} - \vartheta_{i}}{\frac{d_{1}}{\lambda_{1}} + \frac{d_{2}}{\lambda_{2}} + \ldots\frac{d_{n}}{\lambda_{n}}}$

1. KONWEKCJA ciepła

- jest to przenoszenie ciepła w materii przez przemieszczanie się (płynięcie) płynu.

Konwekcja jest operacją mieszania i zwiększenie prędkości mieszania zwiększa prędkość konwekcji ciepła. Konwekcja występuje w warstwach cieczy i gazu znajdujących się w ruchu. Rozróżnia się konwekcję naturalną (swobodną) która następuje w skutek różnicy gęstości powstałej w wyniku różnicy temperatury, oraz konwekcję wymuszoną związaną z ruchem płynu wymuszonym siłami zewnętrznymi. Np. przez pompę lub wentylator.

W budownictwie występują rodzaje konwekcji:

• swobodne na powierzchni przegrody

• swobodne w szczelinie powietrznej przegrody

• wymuszone na zewnętrznej powierzchni przegrody

Proces ruchu ciepła od ściany do płynu lub odwrotnie nosi nazwę wnikania ciepła

1. Przewodzenie ciepła przez PROMIENIOWANIE

Promieniowanie cieplne- to przenoszenie ciepła między dwoma ciałami o różnej temperaturze za pomocą fal elektromagnetycznych o długości od 0, 1 ÷ 100 μm. Zdolność wysyłania niewidzialnych promieni mają wszystkie ciała stałe, ciecze i gazy których temperatura jest większa od 0 K (t > oK). Promienie cieplne mogą występować bez obecności jakiejkolwiek substancji pomiędzy tymi ciałami.

W ciele wysyłającym energię promieniowania następuje zmniejszenie energii wewnętrznej, a w ciele pochłaniającym energię następuje wzrost energii wewnętrznej,

Ciał ciemne, matowe i szorstkie wypromieniowują dużo energii ale przy tym źle ją odbijają, natomiast ciała jasne i błyszczące dobrze ją odbijają ale słabo promieniują i pochłaniają.

Ciała które pochłaniają całkowicie energię promieniowania nazywa się ciałami doskonale czarnymi a te które całkowicie odbijają ciałami doskonale białymi. Ciała które całkowicie przepuszczają energię promieniowania nazywamy ciałami przeźroczystymi.

1. Złożone przenoszenie ciepła.

-występują na powierzchni przegród budowlanych i na powierzchni ograniczających szczeliny powietrzne. Jest to jednoczesne przenoszenie ciepła przez promieniowanie i konwekcję.

Całkowita gęstość strumienia ciepłą na powierzchni:

q = q_c + q_r

q_c- gęstość strumienia ciepła przenoszonego przez konwekcję

 q_r - gęstość strumienia ciepła przenoszonego przez promieniowanie

q_r = h_r(t_i−ϑ_i)

h_r-współczynnik przejmowania ciepłą przez promieniowanie

q = h_c(t_i−ϑ_i) + h_r(t_i−ϑ_i)

q = (h_c+h_r)(t_i−ϑ_i)

h_c + h_r = h_i- umowny współczynnik przejmowania ciepła przez konwekcję i promieniowanie

q = h_i(t_i−ϑ_i)

$\frac{1}{h_{i}} = R_{\text{si}}$ – opór przejmowania ciepła

Współczynnik przenikania ciepła przez przegrodę:

q = q_i = q_λ = q_e

$t_{i} - \vartheta_{i} = \frac{q}{h_{i}}$

$\vartheta_{i} - \vartheta_{e} = q\frac{d}{\lambda}$

$\vartheta_{e} - t_{e} = \frac{q}{h_{e}}$

$\frac{1}{\frac{1}{h_{i}} + \frac{d}{\lambda} + \frac{1}{h_{e}}} = U$ – współczynnik przenikania ciepła

$t_{i} - t_{e} = q\left( \frac{1}{h_{i}} + \frac{d}{\lambda} + \frac{1}{h_{e}} \right)$

q = u(t_i−t_e)

$u = \frac{q}{t_{i} - t_{e}}$

Temperatura wewnętrznej powierzchni przegrody:

q_i = q_λ = q_e = q

$_{R_{\text{si}}} = \left( t_{i} - t_{e} \right)\frac{R_{\text{si}}}{R_{T}}$