Ограждащите елементи имат съществена роля за микроклимата в помещенията, тъй като те ги отделят от въздействието на околната среда. Обикновено от двете противоположни страни на ограждащият елемент съществува разлика в температурите и относителните влажности на вътрешния и външния въздух. Тази разлика е в основата на протичането на физически процеси на пренасянето на топлина, влага и въздух през ограждащите елементи на сградите.
Както е известно от физиката, топлината е вид енергия, а влагата и въздухът са различни форми на веществото, поради което физическият механизъм на тяхното пренасяне през ограждащите елементи е различен.
Температурната разлика на въздуха и на повърхностите от вътрешната и външната страна на ограждащите елементи е в основата на т.нар. потенциал на пренасяне на топлината, а потенциал на пренасяне на веществото (вода и въздух) представлява енергията, отнесена към единица маса. Тази енергия може да се изразява или чрез парциалното налягане на водните пари при преноса на влага или чрез общото налягане, създавано от действието на вятъра при преноса на вода или влажен въздух през ограждащите елементи.
Параметрите на потенциалите на пренасянето на топлината и на веществото определят интензивността на посоката на движение на топлообмена и масообмена. При това преносът на топлина, влага и въздух през ограждащите елементи протича при определена разлика в температурите и налягането в различните зони на помещенията (външната и вътрешната), между които те са разположени.
Провеждането на топлина през твърдите тела се осъществява вследствие на наличието на температурна разлика в отделните части на ограждащият елемент. В съответствие с вторият основен закон на термодинамиката, посоката на разпространение на топлинният поток е от мястото с по-висока – към това с по-ниска температура. Този процес се характеризира посредством коефициентите на топлопренасяне. Той е необратим и протича винаги в посока от по-високото енергийно ниво към по-ниското.
Пренасянето на топлина се извършва по три начина:
- чрез топлопроводност, при което се предава кинетична енергия между съседни атоми или молекули.
- чрез топлинно лъчение посредством електромагнитни вълни, произтичащо предимно в инфрачервеният диапазон
Топлинното лъчение е електромагнитно излъчване, което едно тяло в зависимост от температурата си излъчва. С покачването на температурата силно нараства и интензитета на топлинното лъчение. Силно влияние върху излъченият интензитет има характеристиката на повърхността на тялото.
- чрез конвекция не може да бъде пренесена топлина, а само вътрешна енергия, вследствие движението на атомите и молекулите на газообразните и течни вещества.
Конвекцията представлява транспортирането на частици или физически свойства посредством движението на частиците. Тя се проявява само при флуидите (газове или течности). При загряване, веществата се разширяват в следствие на което и плътността им намалява. Вътре в самите течности и газове, областите с по-малка плътност се изкачват на горе, докато областите с по-голяма потъват на долу.
В реалните системи много често действат няколко различни начина на топлопренасяне. Във вътрешността на твърдите тела се извършва само топлопроводност, в течностите и газовете – топлопроводност заедно с конвекция. Топлинно излъчване се извършва предимно между повърхности, също и във вакуум.
Механизмът на пренос на влага и въздух през ограждащите елементи също се подчинява на вторият закон на термодинамиката, при което той основно зависи от структурата на порите на материала и от неговата паро- и въздухопроницаемост.
