Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, коэффициент теплосопротивления, теплосопротивление, термическое сопротивление — один из важнейших теплотехнических показателей строительных материалов.

При общих равных условиях, это отношение разности температур на поверхностях ограждающей конструкции к величине мощности теплового потока (теплопередача за один час через один квадратный метр площади поверхности ограждающей конструкции, Q ˙ A >_> ) проходящего сквозь нее, то есть R = Δ T / Q ˙ A >_> . Сопротивление теплопередаче отражает теплозащитные свойства ограждающей конструкции и складывается из термических сопротивлений отдельных однородных слоев конструкции.

Содержание

• 1 Единицы измерения
• 2 Расчёт
• 3 Теплопроводность некоторых материалов
• 4 См. также
• 5 Примечания
• 6 Литература

Единицы измерения [ править | править код ]

В Международной системе единиц (СИ) сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции измеряется разностью температуры в кельвинах (либо в градусах Цельсия) у поверхностей этой конструкции, требуемой для переноса 1 Вт мощности энергии через 1 м 2 площади конструкции (м 2 ·K/Вт или м 2 ·°C/Вт).

Расчёт [ править | править код ]

Термическое сопротивление отдельного слоя ограждающей конструкции или однородного ограждения [1] R = δ λ >> , где δ — толщина слоя материала (м), λ — коэффициент теплопроводности материала [2] (Вт/[м·°С]). Чем больше полученное значение R, тем выше теплозащитные свойства слоя материала. Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции равно сумме термических сопротивлений слоев из однородных материалов, составляющих эту конструкцию.

Для примера рассчитаем теплопотери помещения верхнего этажа дома через крышу. Примем температуру внутреннего воздуха +20°С , а наружного −10°С. Таким образом, температурный перепад составит 30°С (или 30 К). Если, например, потолок комнаты со стороны крыши изолирован стекловатой с низкой плотностью толщиной 150 мм, то сопротивление теплопередачи крыши составит около R=2,5 кв.м*град/Вт. При таких значениях температурного перепада и сопротивления теплопередаче, теплопотери через один квадратный метр крыши равны: 30 / 2,5 = 12 Вт/кв.м. При площади потолка комнаты 16 м 2 мощность оттока тепла только через потолок составит 12*16=192 Вт.

Согласно «СНиП 1954» R многослойных ограждений = R_в + R₁ + R₂ + … + R_н, где R_в — сопротивление теплопереходу у внутренней поверхности ограждения, R₁ и R₂ — термические сопротивления отдельных слоёв ограждения, R_н — сопротивление теплопереходу у наружной поверхности ограждения [1] .

Теплопроводность строительных материалов.

● Специальный коэффициент теплопроводности означает, сколько тепловой энергии пропускается через единицу площади в единицу времени. Чем больше коэффициент, тем более интенсивный будет теплообмен. равен количеству теплоты, проходящей через 1 метр толщины материала за 1 час.

● При подборе дополнительных утепляющих конструкций также необходимо учитывать теплопроводность материалов. Сравнительная характеристика некоторых строительных материалов.

● На показатель теплопроводности влияют следующие факторы:
— пористость материала обусловлена неоднородностью его структуры и это напрямую влияет на уменьшение теплопроводности;
— увеличенное значение плотности материала означает плотное соприкосновение частиц, что повышает теплообмен;
— повышенная влажность способствует увеличению теплопроводности.

● Теплоизоляционные стеновые материалы обладают меньшим коэффициентом теплопроводности, чем конструкционные, которые в основном используются для возведения ограждений, внутренних стен и перекрытий. Увеличение теплостойкости помещений достигается путём применения дополнительной теплоизоляции, которая изначально необходима в строениях из бетона, кирпича, блоков или камня. В каркасных конструкциях утепляющий материал укладывается в пространство между стойками каркаса.

● При выборе утеплителя надо учитывать следующие параметры материалов:

— показатель теплопроводности;
— степень влагопоглощения утеплителя;
— пожаробезопасность, качественный материал способен самозатухаться;
— толщина материала влияет на надёжность утепления;
— термоустойчивость определяет способность выдерживать температурные перепады;
— звукоизолирующие свойства материала;
— экологичность и общая безопасность.

• В качестве теплоизоляции могут использоваться стойкие к огню и влаге сыпучие типы сырья в гранулах или перлит. Из органических видов можно отметить продукцию из льна, пробковое покрытие и волокно из древесины.

• Для избегания высокой влажности и для повышения сопротивляемости теплообмену необходимо сделать гидроизолирующую прослойку.

• При выборе определённого вида теплоизоляции также необходимо учесть долговечность, степень сложности монтажных работ и цену. К примеру, легче всего выполнить монтаж при помощи пенополиуретана и пеноизола — они быстро заполняют полости конструкций без образования стыков, но это не означает, что данные материалы являются наилучшим выбором.

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СТЕНЫ — полнотелый силикатный кирпич 640 мм.

Теплотехнический расчёт

Теплотехнический расчет стены.

Цель теплотехнического расчета — вычислить толщину утеплителя при заданной толщине несущей части наружной стены, отвечающей санитарно-гигиеническим требованиям и условиям энергосбережения. Иными словами – у нас есть наружные стены толщиной 640 мм из силикатного кирпича и мы собираемся их утеплить пенополистиролом, но не знаем какой толщины необходимо выбрать утеплитель, чтобы были соблюдены строительные нормы.

Теплотехнический расчет наружной стены здания выполняется в соответствии со СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» и СНиП 23-01-99 «Строительная климатология».

Теплотехнические показатели используемых строительных материалов (по СНиП II-3-79*)

Теплоусвоения (при периоде 24 ч)

1- штукатурка внутренняя (цементно-песчаный раствор) — 20 мм

2- кирпичная стена (силикатный кирпич) — 640 мм

3- утеплитель (пенополистирол)

4- тонкослойная штукатурка (декоративный слой) — 5 мм

При выполнении теплотехнического расчёта принят нормальный влажностный режим в помещениях — условия эксплуатации («Б») в соответствии с СНиП II-3-79 т.1 и прил. 2, т.е. теплопроводность применяемых материалов берём по графе «Б».

Вычислим требуемое сопротивление теплопередаче ограждения с учетом санитарно-гигиенических и комфортных условий по формуле:

где t_в – расчётная температура внутреннего воздуха °С, принимаемая в соответствии с ГОСТ 12.1.1.005-88 и нормами проектирования

соответствующих зданий и сооружений, принимаем равной +22 °С для жилых зданий в соответствии с приложением 4 к СНиП 2.08.01-89;

t_n – расчётная зимняя температура наружного воздуха, °С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01-99 для г. Ярославль принимается равной -31°С;

n – коэффициент, принимаемый по СНиП II-3-79* (таблица 3*) в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкций по отношению к наружному воздуху и принимается равным n=1;

Δ t n – нормативный и температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции – устанавливается по СНиП II-3-79* (таблица 2*) и принимается равным Δ t n =4,0 °С;

α_в — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций принимается по по СНиП II-3-79* (таблица 4*) и принимается равным α_в = 8,7 Вт/м 2 *°С.

R тр = (22- (-31))*1 / 4,0* 8,7 = 1,52

Определим градусо-сутки отопительного периода по формуле:

где t_в — то же, что и в формуле (1);

t_от.пер — средняя температура, °С, периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С по СНиП 23-01-99;

z_от.пер — продолжительность, сут., периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С по СНиП 23-01-99;

Определим приведенное сопротивление теплопередаче Rо тр по условиям энергосбережения в соответствии с требованиями СНиП II-3-79* (таблица 1б*) и санитарно-гигиенических и комфортных условий. Промежуточные значения определяем интерполяцией.

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (по данным СНиП II-3-79*)

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций R(0) принимаем как наибольшее из значений вычисленных ранее:

R тр = 1,52 тр = 3,41, следовательно R тр = 3,41 (м 2 *°С)/Вт = R.

Запишем уравнение для вычисления фактического сопротивления теплопередаче R ограждающей конструкции с использованием формулы в соответствии с заданной расчетной схемой и определим толщину δ_x расчётного слоя ограждения из условия:

где δ_i – толщина отдельных слоёв ограждения кроме расчётного в м;

λ_i – коэффициенты теплопроводности отдельных слоев ограждения (кроме расчётного слоя) в (Вт/м*°С) принимаются по СНиП II-3-79* (приложение 3*) – для этого расчёта таблица 1;

δ_x – толщина расчётного слоя наружного ограждения в м;

λ_x – коэффициент теплопроводности расчётного слоя наружного ограждения в (Вт/м*°С) принимаются по СНиП II-3-79* (приложение 3*) – для этого расчёта таблица 1;

α_в — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций принимается по по СНиП II-3-79* (таблица 4*) и принимается равным α_в = 8,7 Вт/м 2 *°С.

α_н — коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции принимается по по СНиП II-3-79* (таблица 6*) и принимается равным α_н = 23 Вт/м 2 *°С.

Термическое сопротивление ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев.

Для наружных стен и перекрытий толщина теплоизоляционного слоя ограждения δ _x рассчитывается из условия, что величина фактического приведённого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции R должна быть не менее нормируемого значения R тр , вычисленного по формуле (2):

Раскрывая значение R , получим:

R = 1/23 + (0,02/0,93 + 0,64/0,87 + 0,005/0,93) + δ_x/0,041 + 1/8,7

Исходя из этого, определяем минимальное значение толщины теплоизоляционного слоя

δ_{x =} 0,041*(3,41- 0,115 — 0,022 — 0,74 — 0,005 — 0,043)

Принимаем в расчёт толщину утеплителя (пенополистирол) δ_x = 0,10 м

Определяем фактическое сопротивление теплопередаче рассчитываемых ограждающих конструкций R , с учётом принятой толщины теплоизоляционного слоя δ_x = 0,10 м

R = 1/23 + (0,02/0,93 + 0,64/0,87 + 0,005/0,93 + 0,1/0,041) + 1/8,7

Условие R_{0 ≥} R тр соблюдается, R = 3,43 (м 2 *°С)/Вт _≥ R тр =3,41 (м 2 *°С)/Вт

Теплоизоляция (утеплитель пенополистирол с коэффициентом теплопроводности 0,041) толщиной 100 мм при толщине несущей части наружной стены из силикатного кирпича толщиной 640 мм на цементно–песчаном растворе соответствует санитарно-гигиеническим требованиям и условиям энергосбережения.

При эксплуатации стены без утеплителя «точка росы» возникает в толще стены. Стена просто отсыревает и не аккумулирует тепло. Поверхность стены в помещении при отрицательной температуре — холодная, что приводит к образованию на стене плесени и конденсата.

При эксплуатации стены с утеплителем «точка росы» не возникает в стене. В некоторых случаях — при повышении влажности внутри помещения и понижении температуры снаружи точка росы появится в утеплителе ближе к наружной стороне — со временем выветривается.

А вот что будет происходить в стене при внутреннем утеплении .

Так же вы можете выполнить самостоятельно теплотехнический расчёт онлайн

Коэффициент теплопроводности плит пенопласта

Утепление дома можно провести различными способами, например, с помощью пенопласта, который отличается высокими эксплуатационными характеристиками. К ним относятся: практичность, экологичность, небольшой вес, простота монтажа, невосприимчивость к перепадам температуры, а также доступная цена. Но главное преимущество — низкая теплопроводность пенопласта, позволяющая добиться отличного энергосбережения.

От чего зависят характеристики материала?

На способность проводить тепло влияет немало факторов, в частности:

• Толщина слоя. Иногда, чтобы добиться качественного энергосбережения, приходится применять большое количество изоляции. К примеру, теплопроводность пенопластовых плит 5 см будет ниже, чем 1 см при одинаковых показателях плотности.
• Строение. Пористая структура приводит к усилению изоляционных свойств, ведь в ячейках содержится воздух, прекрасно сохраняющий тепло.
• Влажность. Плиты во время хранения нужно оберегать от воздействия влаги. Связано это с тем, что жидкость не слишком благоприятно влияет на характеристики теплоизоляционных пенопластов: чем больше её скапливается, тем хуже.
• Средняя температура слоя. Её увеличение приводит к ухудшению эффективности использования изолятора.

Виды пенопласта и их показатели

На строительном рынке представлено огромное количество плит утеплителей. В целом, полистерольный пенопласт имеет низкую теплопроводность, но она меняется в зависимости от его вида. Примеры: листы с маркировкой ПСБ-С 15 обладают плотностью до 15 кг/м3 и толщиной от 2 см, при этом, описываемый показатель составляет до 0,037 Вт/(м*К) при температуре окружающей среды 20-30 °С. Его значение для листов 2-50 см с маркировкой ПСБ-С 35, плотностью не более 35 кг/м3 и 16-25 кг/м3 маркировки ПСБ-С 25 того же размера — 0,033 Вт/(м*К) и 0,035 Вт/(м*К) соответственно.

Лучше всего зависимость теплопроводности утеплителя из пенопласта от его толщины прослеживается при его сравнении с различными материалами. Так, лист 50-60 мм заменяет в два раза больший объём минеральной ваты, а 100 мм эквиваленты 123 мм вспененного пенополистирола, имеющего примерно схожие характеристики. Сильно проигрывает и базальтовая вата. А вот теплопроводность Пеноплекса несколько ниже, чем у пенопласта: для того, чтобы получить нормальные температурные условия в помещении, потребуется 20 и 25 мм соответственно.

Как определить, какие листы покупать?

Чтобы наиболее эффективно применить тот или иной способ изоляции, необходимо выбрать правильные размеры материала. Расчёты выполняются по следующему алгоритму:

• Узнать общее теплосопротивление. Это неизменная величина, которая зависит от климата в конкретном регионе. Например, для южных областей России она равняется 2,8, а для Средней полосы — 4,2 кВт/м2.
• Вычислить теплосопротивление самой стены по формуле R = p / k, что можно сделать, зная её толщину (р) и коэффициент способности проводить тепло (k).
• Исходя из постоянных показателей, узнать, какое значение сопротивления должно быть у изоляции.
• Вычислить требуемую величину по формуле p = R * k, где R — значение из предыдущего шага, а k — расчетный коэффициент теплопроводности для пенопласта.

В качестве примера стоит выяснить, какой необходим слой плит, имеющих плотность 30 кг/м3 для стены в один кирпич (около 0,25 м) в одном из южных регионов. Общее теплосопротивление не должно быть меньше 2,8 кВт/м2, притом, что коэффициент, определяемый по специальным таблицам, составляет 0,047 (Вт/м*к). Теперь нужно узнать другие параметры.

Коэффициент для силикатного кирпича k = 0,7 (Вт/м*к). Следует вычислить его теплосопротивление:

R = 0,25 / 0,7 = 0,36 (кВт/м2).

Тот же показатель рассчитывается и для утеплителя:

R = 2,8 – 0,36 = 2,44 (кВт/м2).

Остаётся узнать толщину изоляционного слоя:

p = 2,44 * 0,047 = 0,11 м.

Также можно вычислить это значение для других условий, например, для стены 0,51 м подходит изоляция в 70 мм. Таким образом, при подборе необходимых размеров пенопласта, экономится время и средства на укладку стены. Так, 10 см материала плотностью 15-17 кг/м3 заменяет кладку в один кирпич, а если взять более плотные листы, это позволит обойтись без двух рядов камня. Традиционно считается, что 2 см утеплителя эквивалентны около 50 см кирпича.