Министерство Образования Республики Беларусь

Белорусский государственный университет

Физический факультет

Кафедра энергофизики

Методические указания к циклу лабораторных работ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛО-И МАССООБМЕНА В

ЗАМКНУТЫХ ОБЪЕМАХ

Минск 2006

Авторы-составители:

Карбалевич Нина Александровна, кандидат физ.-мат. наук, доцент;

Волохов Георгий Михайлович, кандидат физ.-мат. наук, доцент;

Костин Алексей Николаевич, ассистент;

Лопатов Геннадий Яковлевич, зав. уч. лаб.

Утверждено на заседании Совета физического факультета

2 Марта 2006 года, протокол №

Целью цикла работ является исследование влияния различных объектов и процессов на температурные режимы внутри ограниченных объемов и возможные пути их оптимизации; изучение способов минимизации энергопотребления в жилых зданиях и сооружениях.

Объектом исследования является модель одноэтажного дома, изготовленного из древесины. Конструкция обеспечивает изменение термических сопротивлений теплопроводности ограждающих конструкций и термических сопротивлений теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях. Внутри модели имеются источники тепла переменной мощности и различных конфигураций поверхности. Измерение температуры осуществляется с помощью термопар. Задание тепловых режимов, опрос датчиков температуры и расчет теплофизических характеристик выполняется с помощью ЭВМ.

Основные теоретические положения

Интенсивное развитие промышленности и энергетики, внедрение новых технологий и материалов выдвигают задачу оценки влияния научно-технического прогресса, предотвращения или снижения его вредных воздействий на окружающий мир. Все большую актуальность приобретает проблема изменения существующей тепловой обстановки, поскольку выделение тепла создает предпосылки не только к появлению иного теплового режима, но и меняет характер процессов, происходящих в воздушных и водных бассейнах, биологических объектах, экологической обстановки в целом.

Отсутствие в стране в достаточном количестве собственных энергоресурсов, жесткие экологические требования, а также наличие большого потенциала энерго- и ресурсосбережения ставят задачу эффективного использования энергии, в том числе тепловой.

В настоящее время в стране уделяется значительное внимание решению проблем, связанных с энергосбережением в промышленности и быту. Крупным потребителем тепловой энергии являются системы отопления зданий и сооружений различного назначения. На отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий расходуется до 55% генерируемой энергии, причем этот расход связан с большими и неоправданными потерями, вызванными различными причинами.

Источником больших тепловых потерь могут служить недостаточное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (например, стен). Весьма важными элементами ограждающей конструкции с точки зрения величины тепловых потерь являются окна, двери, полы, вентиляционные шахты и др.

Ограждающие конструкции предназначены для создания необходимых температурно-влажностных условий (с учётом действия систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха) в жилых, общественных и производственных зданиях. При эксплуатации зданий определяющим является тепловой режим помещений, от которого зависит ощущение теплового комфорта людей, нормальное протекание производственных процессов, состояние и долговечность конструкций здания и его оборудования.

Основными процессами, имеющими место в ограждающих конструкциях, являются процессы передачи тепла, переноса влаги и фильтрации воздуха.

Распределение температуры в зданиях изменяется при проникновении внутрь холодного воздуха. Фильтрация воздуха происходит в основном через окна, стыки конструкций, через толщу самих ограждений.

Тепловая обстановка в помещении определяется совместным действием ряда факторов: температуры, подвижности и влажности воздуха помещения, а также радиационным излучением окружающих поверхностей, зависящим от их температуры, геометрии и радиационных свойств. Процессы, формирующие тепловую обстановку помещения, необходимо рассматривать в неразрывной связи между собой, т.к. их взаимное влияние может оказаться весьма существенным. Например, фильтрация воздуха и увлажнение конструкций могут в несколько раз увеличить тепловые потери помещения зимой.

Для изучения формирования микроклимата помещения, его динамики и способов воздействия на него нужно знать законы теплообмена внутри него, а также через ограждающие конструкции.