Теплозащита : Построй свой дом

Теплозащита

Размещено 28 января 2018
в рубрике Строительная физика | Прокомментировать

Теплозащита

Физическая модель теплозащиты дома включает представления о процессах передачи тепла через границу или пространственную оболочку здания, отделяющую проектируемую внутреннюю среду от наружной среды, определяемой климатическими характеристиками места строительства. Вот о том, что такое теплозащита дома, мы и поговорим в этой статье.




Одна из наиболее важных задач теплозащиты дома — это экономия энергии и затрат на нее. Теплозащита зданий регламентируется СНиП «Тепловая защита зданий 23-02-2003». Теоретически теплозащита дома может и не проводиться, но тогда источник тепла в доме должен быть постоянным, а его мощность больше необходимой в десятки раз. Кроме того, проводя теплоизоляционные работы, Вы продлеваете срок службы своего дома, так как правильно выполненная теплозащита защищает конструкцию от температурных перепадов.

Теплозащита — основные физические величины

 

Количество тепла Q, единица Вт • с

Количество теплаПод количеством тепла Q (Вт • с) понимают такое количество энергии, которое может быть отдано или воспринято телом при тепловом потоке Q (Вт) за секунду ().
Количество тепла: 1Дж=1Вт •с=1 Нм

Тепловой поток: 1Дж/с=1 Вт=1 Нм/с

Теплопроводность λ

λ — маленькая греческая буква Λ (произносится лямбда). Расчетная величина теплопроводности показывает количество тепла в Вт•с, которое проходит в стационарном режиме (при постоянно работающем отоплении) в 1 секунду через 2 слоя материала толщиной , когда разница температур на внешней и внутренней поверхностях слоя составляет 1 Кельвин (1K ≈°C).
Единица:                                    Вт • с • м/с • м2•К=Вт/(м • К)

Чем больше λ, тем больше теплопроводность и чем меньше λ, тем лучше теплоизоляция.

Теплопроводность зависит от:

Плотности материала
Воздух имеет очень хорошие теплоизоляционные свойства (λ=0,02 Вт/ м • К). Материалы с малой плотностью имеют, как правило, много воздушных пор, которые улучшают их теплоизоляционные свойства.

Виды величины распределения пор
Увлажнение материалаВид: круглые, шарообразные поры лучше, чем продолговатые. Величина: много маленьких пор лучше, чем меньшее количество больших. Распределение: равномерное распределение лучше, чем неравномерное.

Влагосодержания материала
Влагосодержания материала зависит от:
• Структуры материала (поры, строение)
• Положения в конструкции (подход воздуха)
• Климатические воздействия (внутри—снаружи)
Увлажнение ухудшает теплоизолирующую способность.
• Температура материала.
Молекулы теплых материалов более подвижны, чем молекулы холодных материалов. Чем ниже температура материала, тем хуже теплопроводность. Чтобы получить сравнимые значения DIN 4108 предписывает определять теплопроводность при температуре +10°С.

Коэффициент теплопередачи Λ

Коэффициент теплопередачи (Λ — большая греческая буква Лямбда,  по СНиП II-3-79* обозначение а)
Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество тепла (Вт•с) в стационарном режиме проходит через 2 элемента однородной ограждающей конструкции толщиной d (в метрах) за секунду, если разность температур поверхностей конструкции составляет 1 Кельвин (1K ≈°C).

Единица:                                         λ/d = Вт/м • К/м = Вт/м2 • К

Сопротивление теплопередачи R

Единица: R (м2 • К/Вт).
Для оценки ограждающей конструкции является определяющим не то, какое количество тепловой энергии она пропускает, а то, как велико ее сопротивление пропусканию тепла.
Чем больше сопротивление теплопередаче конструкции, тем лучше ее теплоизолирующая способность.
Если конструкция состоит из нескольких слоев, то сопротивления теплопередаче отдельных слоев могут складываться.

Ri = Толщина отдельного слоя / его коэффициент теплопроводности

R = d1 / λ1 + d2 / λ2 + d3 / λ3 + d4 / λ4 + ……+ dn / λn

Коэффициент теплообмена h

Коэффициент теплообмена h выражает количество тепла (в Вт•с) которое в секунду (c) обменивается между 2 поверхности твердого материала и касающимся его воздухом, когда разница температур между воздухом и поверхностью материала составляет .
Тогда, как в строительной конструкции тепло передается вследствие теплопроводности, на поверхностях стен теплопередача осуществляется за счет радиации hs и конвекции hK.
Так, например, зимой наружная стена внутри холоднее, чем внутренний воздух, тогда, как поверхность стены снаружи теплее наружного воздуха.
Для стен справедливо:

С внутренней стороны: hi≈ hk+hs ≈ 4+4

                                            hi≈ 8Вт/(м2К).

С наружной стороны:      hi≈ hk+hs 13+10
hi≈ 23Вт/(м2К).

Единица: Вт • с/с • м2 К = Вт/(м2К).

Коэффициент теплообмена зависит от:
• Температуры воздуха
• Движения воздуха
• Состояния и формы поверхности стены (гладкая, шероховатая)

• Положения ограждающей конструкции (горизонтально — вертикально)
• Конструктивного исполнения (однослойная — многослойная)



Сопротивление теплообмену Rs.

Единица: 1/(Вт/м2К) = м2К/Вт.

Общий коэффициент теплопередачи U (величина U).

Под общим коэффициентом теплопередачи понимается вся транспортировка тепловой энергии от воздушного пространства через строительную конструкцию и снова в соседнее воздушное пространство за ограждающей конструкцией. В общий коэффициент теплопередачи наряду с коэффициентом теплопередачи Λ входят также коэффициенты теплообмена hi и hc (в СНиП II-3-79* ав и ан). Общий коэффициент теплопередачи U(величина U) представляет собой важнейшую характеристику строительной физики в теплозащите.
Чем меньше величина U, тем больше экономия энергии.

Для окон и других видов остекления даются сразу величины U.

U = 1 / (1/hi)+R+(1/hc)

Общее сопротивление теплопередаче Rт (в СНиП Н-3-79*-R0)

Распределение температуры* в российской теплофизике и в СНиП Н-3-79* аналогичная величина связана с нестационарными условиями теплового режима и включает в себя круговую частоту колебаний температуры на одной из поверхностей ограждающей конструкции. Она называется коэффициентом теплоусвоения материала S (Вт/(м2))

R = (1/hi)+R+(1/hc)

RT = 1/hi + d1 / λ1 + d2 / λ2 + d3 / λ3 + ……+ dn / λn+ 1/hc

R — сопротивление теплопередаче конструкции или термическое сопротивление.
Единица: м2К/Вт.
Эту формулу обычно используют для расчета величины U (R> 1/х -» величина U). Эту формулу используют также для получения распределения температур внутри ограждающей конструкции.

Коэффициент удельной теплоемкости С

Под коэффициентом удельной теплоемкости понимают количество тепла, которое необходимо для того, чтобы поднять температуру материала массой 1 кг на 1 Кельвин (). Единица: Вт • с/(кг • К) = Джоуль/кг • К)



Коэффициент теплопроницания b*

Коэффициент теплопроницания дает сведения о том, какое количество тепла (Вт • с) может проникнуть в материал через 2 его поверхности так, чтобы нагреть его на 1 К за время с0,5.
Единица: Дж/м2 • К • с0,5 = Вт • С/м2 • К • с0,5.

b = λR• p • c

где: λR в Вт/м • К
        р в кг/м3

         с в Дж/кг • К

Большой коэффициент теплопроницания:
Если много тепла проникает в единицу времени в материал и мало тепла остается для нагревания воздуха в помещении, следовательно помещение нагревается медленно.
Маленький коэффициент теплопроницания:
Если меньше тепла проникает в единицу времени в материал, при этом остается больше тепловой энергии для нагревания воздуха в помещении. Для теплоты полов, и, соответственно, для нагревания стен коэффициент теплопроницания имеет решающее значение.
При одинаковой температуре бетонная поверхность ощущается более прохладной, чем деревянная. Для полов этот эффект, вследствие непосредственного контакта с телом человека, особенно заметен.

Например: Бетон b = 2,1-2400-1000 = 2245 Дж/(м2 • К • с0,5)
Дерево b = 0,13 -600 -2100 = 405 Дж/(м2 • К • с0,5)

Таблица 1. «Расчетные значения удельной теплоемкости с и коэффициента теплопроницания

Расчетные значения удельной теплоемкости с и коэффициента теплопроницания b

Теплонакопительная способность Q

Теплонакопительная способность играет большую роль как для летней, так и для зимней теплозащиты зданий.
Летом: Конструкции, ограждающие помещение, в течение дня накапливают часть тепловой энергии и отдают её вечером и в ночные часы в охлаждающийся воздух помещения. Это позволяет избежать так называемого «барачного» климата.
Теплонакопительная способность тем больше:
• чем больше поверхностная плотность конструкции (в кг/м2)
• чем больше разность температур между конструкцией и воздухом.
Зимой: Конструкции, ограждающие помещение в период работы отопления накапливают тепло и могут отдавать его в воздух помещения при отключении отопления. Кроме того, за счет теплонакопления достигается то, что вблизи стен не возникает ощущение сквозняков и стена может излучать тепло. Таким образом улучшается самочувствие человека вблизи стены.

Основное требование:
Наружные конструкции => высокая теплоизолирующая способность

Внутренние конструкции => высокая теплонакопительная способность.
=> надежная защита от воздушного шума.
Накапливаемая тепловая энергия определяется по формуле:

Q = m’• c • ΔΘ 

m’ в кг/м2
с в Дж/кг • К

ΔΘ в °С или К

Единица измерения: Дж/м2.

Пример: стена толщиной 24см из многопустотного кирпича р = 1200 кг/м3 имеет в среднем температуру 14°С. Температура воздуха в помещении составляет 20° С.
Q = m’• c • ΔΘ 
Q =1200 кг/м3 • 0,24м • 1000 Дж/кг • К • 6К

Q= 1728000 Дж/м2.
Q = 0,48 кВт • час/м2.



Ощущение комфорта в помещении

 

Ощущение комфорта в помещении зависит от:

Температуры поверхностей стен

 

График распределения комфортных температур в помещенииЧувствует ли человек себя комфортно в помещении, зависит, наряду с уже упомянутыми факторами, также и от теплового излучения поверхностей ограждающих это помещение конструкций. Мы чувствуем себя комфортно, с точки зрения температуры, в том случае, если внутренние поверхности стен зимой не более, чем на 3°С ниже, а летом не более, чем на 3°С выше температуры воздуха в помещении. Температура поверхностей стен зависит от их сопротивления теплопередаче (R). (см. рис.»График распределения комфортных температур в помещении«)

Температура поверхности пола

 

График распределения комфортных температур пола в зависимости от времени прибывания человека в помещенииДля полов, вследствие непосредственного контакта с телом человека через подошвы ног, справедливы другие значения. Для того, чтобы не отбирать у человека слишком много тепла, температура поверхности пола не должна быть ниже 15—20°С. Здесь играет роль также продолжительность пребывания человека в помещении. Оптимальной и приятной ощущает человек поверхность пола с температурой от 22°С до 24°С.
При напольном отоплении (теплые полы) температура поверхности пола не должна быть выше 25—30°С.
Согласно рис. 1.16. температура пола 15°С ощущается еще приемлемой, если пребывание человека в помещении длится до 3 часов. Затем пол кажется уже прохладным, а через 3,8 часа — уже холодным (см. рис. «График распределения комфортных температур подав зависимости от времени пребывания человека в помещении«).

Теплонакопительная способность стен*

* в российской строительной теплотехнике аналогичную роль выполняет понятие о массивности стены, характеризуемой величиной тепловой инерции D.
D = R • S, где R — сопротивление теплопередаче; S — коэффициент теплоусвоения.

Теплонакопительная способность стен

Теплонакопительная способность стен играет большую роль как для зимней, так и для летней теплозащиты. Так как способность к накоплению очень сильно зависит от плотности, то у тяжелых стен она лучше, чем у легких конструкций. Зимой помещения с большой теплонакопительной способностью при отключении отопления охлаждаются не так быстро, летом избыточная энергия в дневное время может накапливаться для того, чтобы ее отдать в воздух помещения в прохладные ночные часы.

Относительная влажность воздуха

 

Относительная влажность воздуха и ощущение Рисунок «Относительная влажность воздуха и ощущение «. показывает, что мы чувствуем себя некомфортно, когда температура воздуха падает ниже —17°С и, соответственно, когда она возрастает выше 26°С, независимо от относительной влажности воздуха. Далее следует отметить, что с увеличением температуры воздуха мы ощущаем, как комфортные все меньшие значения относительной влажности.

Отношение амплитуд колебания температур TAV

Температура наружного воздуха в течение суток (дневная и ночная фазы) не постоянна. Отношение амплитуд колебаний температур (h — час).Колебания температуры влияют на распределение температур внутри конструкции и на температуру воздуха внутри помещения. Величина TAV для конструкции может считаться хорошей, если колебание температуры внутреннего воздуха меньше наружного, и если волна тепловой энергии приходит вовнутрь со сдвигом по времени. Это возможно в том случае, если конструкции, ограждающие помещение имеют хорошую теплонакопительную способность. На рис. «Отношение амплитуд колебаний температур (h — час).» показано, что максимальные значения (амплитуда) колебаний температуры наружного воздуха во внутреннем воздухе гораздо меньше и энергетическая волна приходит в помещение со сдвигом по времени φ.
Значение величины TAV особенно возрастает в летние месяцы.

Качество воздуха

Для качества воздуха определяющим является содержание углекислого газа (СO2). Высокое содержание СO2 вызывает головную боль, ощущение головокружения, возбуждение, рост давления крови.

Очень высокие концентрации СO2, около 10%, которые встречаются в погребах для брожения, ведут к смерти от отравления. Человек вдыхает в час около 500л воздуха с содержанием СO2 около 0,03% от объема, а выдыхает этот воздух уже с содержанием СO2 около 4% от объема. При этом он потребляет в час около 33л O2 и вырабатывает около 25л  СO2.
Количество СO2 в гигиенически безупречных жилых и рабочих помещениях должно не превышать 0,1% от объема воздуха. Чтобы поддерживать эту величину в помещении на человека в час требуется около 30м3 наружного воздуха, содержание СO2 в котором составляет около 0,03% от объема.

От чего зависит комфорт в помещении

 

От чего зависит комфорт в помещении.

Движение воздуха

Движение воздуха может происходить через неплотные места в оболочке здания (плоскость крыши, щели в окнах, кожухи жалюзи), а также за счет конвекции внутри здания. Если внутренние поверхности стен имеют малые температуры, из-за большой разницы температур между воздухом в помещении и поверхностью стены вблизи стены происходит конвекция, которая ощущается человеком как сквозняк.

Теплопотери различных типов домов

 

Приведенные значения имеют место в тех домах, к которым еще не предъявлялись требования современного законодательства по теплозащите Рис. «Теплопотери через различные части здания в зависимости от типа дома»

Теплопотери через различные части здания в зависимости от типа дома

Как видно, теплозащита дома имеет большое значение для комфортного проживания. В следующей статье я расскажу об указаниях по теплозащите дома.




Kомментарии

Написать комментарий




  • Цитата дня

    Делитесь накопленными знаниями, ведь это замечательный способ ничего не забыть.