Основи теплофізики будівель

Теплофізика як окрема наукова дисципліна виділилася з фізики і являє собою результат диференціації останньої за видами енергії (механічна - механіка, електрична - електродинаміка, теплова - теплофізика і т.д.).

З одного боку, теплофізика за своєю суттю та змістом може розглядатися як термодинаміка - наука, інтенсивний розвиток якої в першу чергу, як теорії теплових двигунів нараховує не одне століття. З іншого боку, стрімкий розвиток фізики, інтенсивне зростання виробництва, перетворення, зберігання, транспортування і використання теплової енергії до кінця двадцятого століття не тільки завершили формування теплотехніки як галузі знання і виробництва, але й сформували відносно молоду наукову дисципліну — теплофізику, що є теоретичними основами теплотехніки, результатом злиття цих двох наукових дисциплін стала інтегральна наука теплофізика або, як її тепер називають, технічна теплофізика.

Раніше теплофізику часто представляли, виходячи не з основного змісту теплофізичних процесів, а по галузях виробництва. Як наслідок, з'явилася теплофізика будівельна, металургійна, технологічна та ін. Основи будівельної теплофізики були закладені в СРСР в 20-ті роки XX ст.

У той же час основні процеси теплообміну (теплопровідність, конвекція, радіація, теплообмін із внутрішніми джерелами теплоти) мають однакові математичні моделі незалежно від того, в яких об'єктах вони розглядаються: у космосі, в енергетиці, у металургії, сільському господарстві і т.д. Завдання конкретних умов однозначності для математичної моделі теплових явищ змінює тільки зовнішню форму вираження процесів тепло- і масообміну в прикладенні до розглянутих об'єктів. Це повною мірою відноситься до будівельної теплофізики та будівельної теплотехніки, суть яких - вивчення законів переносу теплоти, вологи й повітря стосовно будівельних матеріалів і огороджуючих частин будинків (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Будівельна фізика в ієрархії галузей знань, пов’язаних з будівельною діяльністю

Роль фундаментальних наук, у першу чергу таких як теплотехніка і її теоретичні основи - теплофізика, що включає в себе технічну термодинаміку та теплопередачу, особливо важлива в умовах розвитку науки і техніки на етапі реформування економіки, всіх галузей промисловості та сільського господарства, широкого застосування нових методів, спрямованих на економію паливно-енергетичних і матеріальних ресурсів.

У наш час для постачання теплом промислових, цивільних і житлових об'єктів витрачається приблизно третина всіх паливно-енергетичних ресурсів країни. Тому забезпечення раціонального теплового режиму будинків, оптимальне використання теплоти в теплогенеруючих установках, системах теплопостачання, опалення, вентиляції та кондиціонування має першочергове значення. Від теплотехнічних властивостей зовнішніх огороджуючи конструкцій будинків залежить кількість теплоти, яку втрачає будинок в холодну пору року (для опалюваних будинків) і яка надходить у будинок у теплу пору року. Це, в свою чергу, визначає: навантаження на систему опалення, вентиляції та кондиціонування повітря, а отже їхню вартість; сталість температурного режиму в об'ємі приміщення при змінах температури, швидкості повітря зовні будинку, тепловіддачі системи опалення будинку; температуру на внутрішній поверхні огороджуючої конструкції і можливість утворення конденсату на ній, а також вологісний режим, що впливає на теплозахисні властивості огородження і його довговічність.

Вивчення законів тепловологопереносу та повітропроникання дозволяє інженеру-проектувальнику раціонально проектувати зовнішні огороджуючі конструкції будинків з урахуванням всіх факторів, які можуть вплинути на експлуатацію даних конструкцій. Це, в свою чергу, дає змогу збільшити строк експлуатації будинків, знизити витрату теплової енергії при їх теплопостачанні. Особливо велике значення має знання та правильне застосування теплофізичних законів в умовах широкого застосування в будівництві нових матеріалів і технологій.