|
Коэффициент теплопередачи стеныСопротивление теплопередаче ограждающих конструкций — ВикипедияМатериал из Википедии — свободной энциклопедии Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 25 марта 2013; проверки требуют 73 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 25 марта 2013; проверки требуют 73 правки.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{\displaystyle {\dot {Q}}_{A}}) проходящего сквозь нее, то есть R=ΔT/Q˙A{\displaystyle R=\Delta T/{\dot {Q}}_{A}}. Сопротивление теплопередаче отражает теплозащитные свойства ограждающей конструкции и складывается из термических сопротивлений отдельных однородных слоев конструкции. 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 м2 площади конструкции (м2·K/Вт или м2·°C/Вт). Термическое сопротивление отдельного слоя ограждающей конструкции или однородного ограждения[1]R=δλ{\displaystyle R={\frac {\delta }{\lambda }}}, 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. При площади потолка комнаты 16 м2 мощность оттока тепла только через потолок составит 12*16=192 Вт. Согласно «СНиП 1954» R многослойных ограждений = Rв + R1 + R2 + … + Rн, где Rв — сопротивление теплопереходу у внутренней поверхности ограждения, R1 и R2 — термические сопротивления отдельных слоёв ограждения, Rн — сопротивление теплопереходу у наружной поверхности ограждения[1]. Теплопроводность некоторых материалов[править | править код]
Теплопроводность строительных материалов, что это, таблицаПоследние годы при строительстве дома или его ремонте большое внимание уделяется энергоэффективности. При уже существующих ценах на топливо это очень актуально. Причем похоже что дальше экономия будет приобретать все большую важность. Чтобы правильно подобрать состав и толщин материалов в пироге ограждающих конструкций (стены, пол, потолок, кровля) необходимо знать теплопроводность строительных материалов. Эта характеристика указывается на упаковках с материалами, а необходима она еще на стадии проектирования. Ведь надо решить из какого материала строить стены, чем их утеплять, какой толщины должен быть каждый слой. Что такое теплопроводность и термическое сопротивлениеСодержание статьи При выборе строительных материалов для строительства необходимо обращать внимание на характеристики материалов. Одна из ключевых позиций — теплопроводность. Она отображается коэффициентом теплопроводности. Это количество тепла, которое может провести тот или иной материал за единицу времени. То есть, чем меньше этот коэффициент, тем хуже материал проводит тепло. И наоборот, чем выше цифра, тем тепло отводится лучше. ![]() Диаграмма, которая иллюстрирует разницу в теплопроводности материалов Материалы с низкой теплопроводностью используются для утепления, с высокой — для переноса или отвода тепла. Например, радиаторы делают из алюминия, меди или стали, так как они хорошо передают тепло, то есть имеют высокий коэффициент теплопроводности. Для утепления используются материалы с низким коэффициентом теплопроводности — они лучше сохраняют тепло. В случае если объект состоит из нескольких слоев материала, его теплопроводность определяется как сумма коэффициентов всех материалов. При расчетах, рассчитывается теплопроводность каждой из составляющих «пирога», найденные величины суммируются. В общем получаем теплоизоляцонную способность ограждающей конструкции (стен, пола, потолка). ![]() Теплопроводность строительных материалов показывает количество тепла, которое он пропускает за единицу времени Есть еще такое понятие как тепловое сопротивление. Оно отображает способность материала препятствовать прохождению по нему тепла. То есть, это обратная величина по отношению к теплопроводности. И, если вы видите материал с высоким тепловым сопротивлением, его можно использовать для теплоизоляции. Примером теплоизоляционных материалов может случить популярная минеральная или базальтовая вата, пенопласт и т.д. Материалы с низким тепловых сопротивлением нужны для отведения или переноса тепла. Например, алюминиевые или стальные радиаторы используют для отопления, так как они хорошо отдают тепло. Таблица теплопроводности теплоизоляционных материаловЧтобы в доме было проще сохранять тепло зимой и прохладу летом, теплопроводность стен, пола и кровли должна быть не менее определенной цифры, которая рассчитывается для каждого региона. Состав «пирога» стен, пола и потолка, толщина материалов берутся с таким учетом чтобы суммарная цифра была не меньше (а лучше — хоть немного больше) рекомендованной для вашего региона. ![]() Коэффициент теплопередачи материалов современных строительных материалов для ограждающих конструкций При выборе материалов надо учесть, что некоторые из них (не все) в условиях повышенной влажности проводят тепло гораздо лучше. Если при эксплуатации возможно возникновение такой ситуации на продолжительный срок, в расчетах используют теплопроводность для этого состояния. Коэффициенты теплопроводности основных материалов, которые используются для утепления, приведены в таблице.
Часть информации взята нормативов, которые прописывают характеристики определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП 50.13330.2012, СНиП II-3-79* (приложение 2)). Те материал, которые не прописаны в стандартах, найдены на сайтах производителей. Так как стандартов нет, у разных производителей они могут значительно отличаться, потому при покупке обращайте внимание на характеристики каждого покупаемого материала. Таблица теплопроводности строительных материаловСтены, перекрытия, пол, делать можно из разных материалов, но так повелось, что теплопроводность строительных материалов обычно сравнивают с кирпичной кладкой. Этот материал знаю все, с ним проще проводить ассоциации. Наиболее популярны диаграммы, на которых наглядно продемонстрирована разница между различными материалами. Одна такая картинка есть в предыдущем пункте, вторая — сравнение кирпичной стены и стены из бревен — приведена ниже. Именно потому для стен из кирпича и другого материала с высокой теплопроводностью выбирают теплоизоляционные материалы. Чтобы было проще подбирать, теплопроводность основных строительных материалов сведена в таблицу. ![]() Сравнивают самые разные материалы
Древесина — один из строительных материалов с относительно невысокой теплопроводностью. В таблице даны ориентировочные данные по разным породам. При покупке обязательно смотрите плотность и коэффициент теплопроводности. Далеко не у всех они такие, как прописаны в нормативных документах.
Металлы очень хорошо проводят тепло. Именно они часто являются мостиком холода в конструкции. И это тоже надо учитывать, исключать прямой контакт используя теплоизолирующие прослойки и прокладки, которые называются термическим разрывом. Теплопроводность металлов сведена в другую таблицу.
Как рассчитать толщину стенДля того чтобы зимой в доме было тепло, а летом прохладно, необходимо чтобы ограждающие конструкции (стены, пол, потолок/кровля) должны иметь определенное тепловое сопротивление. Для каждого региона эта величина своя. Зависит она от средних температур и влажности в конкретной области. ![]() Термическое сопротивление ограждающих Для того чтобы счета за отопление не были слишком большими, подбирать строительные материалы и их толщину надо так, чтобы их суммарное тепловое сопротивление было не меньше указанного в таблице. Расчет толщины стены, толщины утеплителя, отделочных слоевДля современного строительства характерна ситуация, когда стена имеет несколько слоев. Кроме несущей конструкции есть утепление, отделочные материалы. Каждый из слоев имеет свою толщину. Как определить толщину утеплителя? Расчет несложен. Исходят из формулы: Формула расчета теплового сопротивления R — термическое сопротивление; p — толщина слоя в метрах; k — коэффициент теплопроводности. Предварительно надо определиться с материалами, которые вы будете использовать при строительстве. Причем, надо знать точно, какого вида будет материал стен, утепление, отделка и т.д. Ведь каждый из них вносит свою лепту в теплоизоляцию, и теплопроводность строительных материалов учитывается в расчете. Сначала считается термическое сопротивление конструкционного материала (из которого будет строится стена, перекрытие и т.д.), затем «по остаточному» принципу подбирается толщина выбранного утеплителя. Можно еще принять в расчет теплоизоляционных характеристики отделочных материалов, но обычно они идут «плюсом» к основным. Так закладывается определенный запас «на всякий случай». Этот запас позволяет экономить на отоплении, что впоследствии положительно сказывается на бюджете. Пример расчета толщины утеплителяРазберем на примере. Собираемся строить стену из кирпича — в полтора кирпича, утеплять будем минеральной ватой. По таблице тепловое сопротивление стен для региона должно быть не меньше 3,5. Расчет для этой ситуации приведен ниже.
Если бюджет ограничен, минеральной ваты можно взять 10 см, а недостающее покроется отделочными материалами. Они ведь будут изнутри и снаружи. Но, если хотите, чтобы счета за отопление были минимальными, лучше отделку пускать «плюсом» к расчетной величине. Это ваш запас на время самых низких температур, так как нормы теплового сопротивления для ограждающих конструкций считаются по средней температуре за несколько лет, а зимы бывают аномально холодными. Потому теплопроводность строительных материалов, используемых для отделки просто не принимают во внимание. Определение коэффициента теплопередачи материаловДля чего подбирают определенную толщину стены дома? Естественно для обеспечения необходимых условий проживания: - прочности и устойчивости; Согласно СНИПу 23-02-2003 нормативное значение сопротивления теплопередаче внешней стены дома зависит от региона. В таблице необходимое сопротивление теплопередаче наружней стены в Красноярске будет 4,84 м2·°C/В. Вычисляем реальное сопротивление теплопередачи стены домаЗначение коэффициента теплопередачи стен зависит от типа и толщины каждого отдельно взятого материала, используемого для их возведения. Для определения этого коэффициента используют показатель Λ - W/(m²·K), т.е нужно разделить толщину материала (м) на коэффициент теплопроводности. Пример:
Пенополистирол ПСБ-С-25 - 300 мм Цементная штукатурка - 250 мм
1. В первую очередь следует определить коэффициенты теплопроводности применяемых материалов. Выбираем из таблицы: 2. Теперь определяем коэффициенты сопротивления теплопередачи по формуле: R =D/λ, где D - толщина слоя в м; λ - коэффициент теплопроводности W/(m²·K) взятый из таблицы 0,30 / 0,038 = 7,89
3. Теперь просуммируем полученные величины и узнаем общий коэффициент сопротивление теплопередачи наружней стены 7,89 + 0,28 = 8,17 W/(m²·K) Коэффициент сопротивление теплопередачи наружной стены из 3D-панелей 8,17 W/(m²·K) Рекомендуемое значение для Красноярска 4,84 (из таблицы), таким образом стена из 3D-панелей не только удовлетворяет «строгому» СНиП 23-02-2003, но и превосходит этот показатель, что гарантирует комфортное проживание в таком доме и позволяет экономить ваши деньги на отоплении и кондиционировании. Определяем толщину стены из других строительных материалов что бы она соответствовала коэффициенту сопротивление теплопередачи наружней стены 8,17 W/(m²·K), как в 3D-панелях. Используем формулу: D=λ*R, где
Мы видим из таблицы, что при одинаковом коэффициенте сопротивление теплопередачи 8,17 м2 °С/Вт толщина стен из различных строительных материалов разная, что влияет на размеры и стоимость дома. Толщина стен из 3D-панелей 550 мм, а если взять кирпич без утеплителя то нужно стоить стену толщиной 7110 мм.
Теплопроводность строительных материаловЗакон теплопроводности ФурьеВ установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:
где q→{\displaystyle {\vec {q}}} — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, ϰ{\displaystyle \varkappa } — коэффициент теплопроводности (удельная теплопроводность), T{\displaystyle T} — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad(T){\displaystyle \mathrm {grad} (T)} (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.[1] В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):
где P{\displaystyle P} — полная мощность тепловых потерь, S{\displaystyle S} — площадь сечения параллелепипеда, ΔT{\displaystyle \Delta T} — перепад температур граней, l{\displaystyle l} — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями. Связь с электропроводностьюСвязь коэффициента теплопроводности ϰ{\displaystyle \varkappa } с удельной электрической проводимостью σ{\displaystyle \sigma } в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:
Коэффициент теплопроводности газовВ газах коэффициент теплопроводности может быть найден по приближённой формуле[2]
1.5 Теплотехнический расчет ограждающих конструкцийВ целях сокращения потерь тепла в зимний период и поступлений тепла в летний период при проектировании здания производится теплотехнический расчет стеновых ограждений и перекрытий.
конструкций в зависимости от влажностного режима помещений и зоны влажности района строительства - А.
ГСОП = (tв-tн)zот.пер. ГСОП = (20 + 3.1) х 214 = 4943.4°С ·сут, где tв- расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая согласно ГОСТ 12.1.005-88 и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений tв = 20°С tн- расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, равная средней температуре наиболее tн =-3.1°С zот.пер - средняя температура, °С, и продолжительность, сут., периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С zот.пер=214сут 1.5.1 Стеновое ограждениеТребуемое сопротивление теплопередаче стеновых ограждающих конструкций, отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяют по таблице 16 R0тр =3.13м2·°С/Вт Стеновое ограждение состоит из следующих слоев
Термическое сопротивление R, м2·°С/Вт, слоя многослойной ограждающей конструкции, а также однородной (однослойной) ограждающей конструкции , где δ - толщина слоя, м λ - расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м·°С), принимаемый по прил. 3 Суммарное сопротивление слоев ограждающей конструкции (сопротивление облицовки не учитываем) Rк=3.059м2·°С/Вт Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции
αв - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по таблице 4 αв=8.7Вт/м2·°С αн - коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по таблице 6 αн=12Вт/м2·°С Из-за наличия мостиков холода в виде крепления конструкции навесного фасада, принимаем решение увеличить толщину утеплителя, закладываемого в наружные стены до 120мм, что позволяет устранить негативное влияние креплений. 1.5.2 Покрытие гостиницыТребуемое сопротивление покрытия теплопередаче, отвечающее санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, определяют по таблице 1б R0тр =4.6472м2·°С/Вт Покрытие состоит из следующих слоев
Термическое сопротивление R, м2·°С/Вт, слоя многослойной ограждающей конструкции, а также однородной (однослойной) ограждающей конструкции , где δ - толщина слоя, м λ - расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м·°С), принимаемый по прил. 3 Суммарное сопротивление слоев ограждающей конструкции (сопротивление облицовки не учитываем) Rк=4.501м2·°С/Вт Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции
αв - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по таблице 4 αв=8.7Вт/м2·°С αн - коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по таблице 6 αн=12Вт/м2·°С Толщина искомого слоя ограждения:Rо=Rо.пр.=Rо+…+Rх +…+Rn+Rн= Rх=Rотр– (Rв+R1+…+Rn+Rн) δх= λх×Rх Для наружной стены: Rх= 3,046 – (1/8,7+0,02/0,7+0,3/0,67+0,12/0,76+1/23) = 3,046 – 0,7927 = 2,253 м2×оС/Вт δх= 0,05×2,253 = 0,12 м = 120 мм Для чердачного перекрытия: Rх= 4,016 – (1/8,7+0,22/1,92+0,002/0,17+0,01/0,52+1/12) = 4,016 – 0,332 = 3,684 м2×оС/Вт δх= 0,041×3,684 = 0,151 м = 160 мм Для перекрытия над неотапливаемым подвалом: Rх= 4,016 – (1/8,7+0,02/0,33+0,02/0,52+0,22/1,92+1/12) = 4,016 – 0,412 = 3,604 м2×оС/Вт δх= 0,041×3,604 = 0,148 м = 150 мм Фактическое сопротивление теплопередаче ограждения:Rо=Rв+ΣRi+Rн Для наружной стены: Rо= 1/8,7+0,02/0,7+0,3/0,67+0,12/0,05+0,12/0,76+1/23 = 3,193 м2×оС/Вт Для чердачного перекрытия: Rо= 1/8,7+0,22/1,92+0,002/0,17+0,16/0,041+0,01/0,52+1/12 = 4,246 м2×оС/Вт Для перекрытия над неотапливаемым подвалом: Rо= 1/8,7+0,02/0,33+0,02/0,52+0,15/0,041+0,22/1,92+1/12 = 4,071 м2×оС/Вт Для окон и балконных дверей: Rо= 0,618 м2×оС/Вт. Двухкамерный стеклопакет из стекла с мягким селективным покрытием в ПВХ переплетах. Для наружных дверей: Rо= 0,6×Rо(НС)тр= 0,6× Коэффициент теплопередачи ограждения:kогр= 1/Rо Для наружной стены: kогр= 1/3,193 = 0,313 Вт/(м2×оС) Для чердачного перекрытия: kогр= 1/4,246 = 0,236 Вт/(м2×оС) Для перекрытия над неотапливаемым подвалом: kогр= 1/4,071= 0,246 Вт/(м2×оС) Для окон kогр=kдо–kнс= 1/0,618 – 0,3132 = 1,305 Вт/(м2×оС) Для балконных дверей: kогр= 1/0,618 = 1,618 Вт/(м2×оС) Для наружных дверей: kогр= 1,67/ Значения термических сопротивлений и коэффициентов теплопередачи наружных ограждений здания
Т.к. наружная расчетная температура tн= – 30°С, расчетные температуры воздуха в жилых комнатах принимаю из таблицы. Расход теплоты за отопительный период βпот= 1,1 – коэффициент, учитывающий непроизводительные потери теплоты системой отопления Удельная тепловая характеристика здания – поправочный температурный коэффициент Сравнение 4. Расчет отопительных приборовРассчитываю стояк №12 Устанавливаем чугунные радиаторы типа МС – 140 – 98. В помещениях 122…422 устанавливаем по два отопительных прибора. Тепловая мощность каждого прибора: 110(110): Qпр= 644/1 = 644 Вт 210(210): Qпр= 546/1 = 546 Вт 310(310): Qпр= 546/1 = 546 Вт 410(410):Qпр= 649/1 = 649Вт Тепловая нагрузка стояка Qст = ΣQпр = 644+2×546+649= 2385Вт Массовый расход воды в стояке: , где ср– удельная теплоемкость воды, tr(о)– температура воды на входе в стояк (на выходе из стояка) Средняя температура воды в каждом приборе стояка , где ΣQ– суммарная тепловая мощность приборов, подключенных к стояку выше рассчитываемого прибора; Qпр– тепловая мощность рассчитываемого прибора; α – коэффициент затекания воды в прибор.
Разность средней температуры воды в приборе tпр и температуры воздуха в помещении tв
; ; ; ; Номинальный тепловой поток радиатора, соответствующий потоку теплоты приразности температур теплоносителя и воздуха Δtср= 70оС, расходе теплоносителя через приборGпр= 360 кг/ч и атмосферном давлении 1013 КПа. φк– комплексный коэффициент приведенияQн.п.к расчетным условиям , где n= 0,3; р = 0,01 – показатели степени; с = 1,0; ψ = 1 – коэффициенты, соответствующие определенному виду отопительных приборов; b≈1,0 – коэффициент учета атмосферного давления в данной местности; Gпр– массовый расход воды, проходящий через рассчитываемый прибор , тогда из таблицы Теплотехнический расчет покрытия: О `
Значения характеристик материалов, составляющих конструкцию покрытия:
Определение градусо-суток отопительного периода СНиП 23-02-2003. «Тепловая защита зданий» м2 ·°С/Вт Определение значения сопротивления теплопередаче СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»
Расчет толщины утеплителя 1.Вычисление сопротивления теплообмену на внутренней поверхности Rв= на наружной поверхности Rн= 2. Определение термического сопротивления слоев конструкции с известными толщинами:
3. Сопротивление теплопередачи 4. Принимаю значение утеплителя 5. Вычисляю термическое сопротивление утеплителя после унификации
6. Определение фактического термического сопротивления
7. Определение коэффициента теплопередачи покрытия: Теплотехнический расчет покрытия над подвалом:Определяю конструкцию покрытия над подвалом (Рис.3)
Значения характеристик материалов, составляющих конструкцию покрытия над подвалом:
Определение значения n - коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведен в таблице 6 СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» , Определение значения сопротивления теплопередаче СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» , где Расчет толщины утеплителя 1.Вычисление сопротивления теплообмену на внутренней поверхности Rв= на наружной поверхности Rн= 2. Определение термического сопротивления слоев конструкции с известными толщинами:
3. Сопротивление теплопередачи
4. Принимаю значение утеплителя 5. Вычисляю термическое сопротивление утеплителя после унификации 6. Определение коэффициента теплопередачи покрытия над подвалом: |