Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций. Расчет, таблица сопротивления теплопередаче :: BusinessMan.ru

При строительстве частных и многоквартирных домов приходится учитывать множество факторов и соблюдать большое количество норм и стандартов. К тому же перед строительством создается план дома, проводятся расчеты по нагрузке на несущие конструкции (фундамент, стены, перекрытия), коммуникациям и теплосопротивлению. Расчет сопротивления теплопередаче не менее важен, чем остальные. От него не только зависит, насколько будет дом теплым, и, как следствие, экономия на энергоносителях, но и прочность, надежность конструкции. Ведь стены и другие элементы ее могут промерзать. Циклы заморозки и разморозки разрушают строительный материал и приводят к обветшалости и аварийности зданий.

Теплопроводность

Любой материал способен проводить тепло. Этот процесс осуществляется за счет движения частиц, которые и передают изменение температуры. Чем они ближе друг к другу, тем процесс теплообмена происходит быстрее. Таким образом, более плотные материалы и вещества гораздо быстрее охлаждаются или нагреваются. Именно от плотности прежде всего зависит интенсивность теплопередачи. Она численно выражается через коэффициент теплопроводности. Он обозначается символом λ и измеряется в Вт/(м*°C). Чем выше этот коэффициент, тем выше теплопроводность материала. Обратной величиной для коэффициента теплопроводности является тепловое сопротивление. Оно измеряется в (м2*°C)/Вт и обозначается буквой R.

Применение понятий в строительстве

Для того чтобы определить теплоизоляционные свойства того или иного строительного материала, используют коэффициент сопротивления теплопередаче. Его значение для различных материалов дается практически во всех строительных справочниках.

Так как большинство современных зданий имеет многослойную структуру стен, состоящую из нескольких слоев различных материалов (внешняя штукатурка, утеплитель, стена, внутренняя штукатурка), то вводится такое понятие, как приведенное сопротивление теплопередаче. Оно рассчитывается так же, но в расчетах берется однородный аналог многослойной стены, пропускающий то же количество тепла за определенное время и при одинаковой разности температур внутри помещения и снаружи.

Приведенное сопротивление рассчитывается не на 1 м кв., а на всю конструкцию или какую-то ее часть. Оно обобщает показатель теплопроводности всех материалов стены.

Тепловое сопротивление конструкций

Все внешние стены, двери, окна, крыша являются ограждающей конструкцией. И так как они защищают дом от холода по-разному (имеют различный коэффициент теплопроводности), то для них индивидуально рассчитывается сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции. К таким конструкциям можно отнести и внутренние стены, перегородки и перекрытия, если в помещениях имеется разность температур. Здесь имеются в виду помещения, в которых разность температур значительная. К ним можно отнести следующие неотапливаемые части дома:

• Гараж (если он непосредственно примыкает к дому).
• Прихожая.
• Веранда.
• Кладовая.
• Чердак.
• Подвал.

В случае если эти помещения не отапливаются, то стену между ними и жилыми помещениями необходимо также утеплять, как и наружные стены.

Тепловое сопротивление окон

В воздухе частицы, которые участвуют в теплообмене, находятся на значительном расстоянии друг от друга, а следовательно, изолированный в герметичном пространстве воздух является лучшим утеплителем. Поэтому все деревянные окна раньше делались с двумя рядами створок. Благодаря воздушной прослойке между рамами сопротивление теплопередаче окон повышается. Этот же принцип применяется для входных дверей в частном доме. Для создания подобной воздушной прослойки ставят две двери на некотором расстоянии друг от друга или делают предбанник.

Такой принцип остался и в современных пластиковых окнах. Единственное отличие – высокое сопротивление теплопередачи стеклопакетов достигается не за счет воздушной прослойки, а за счет герметичных стеклянных камер, из которых откачан воздух. В таких камерах воздух разряжен и практически нет частиц, а значит, и передавать температуру нечему. Поэтому теплоизоляционные свойства современных стеклопакетов намного выше, чем у старых деревянных окон. Тепловое сопротивление такого стеклопакета – 0,4 (м2*°C)/Вт.

Современные входные двери для частных домов имеют многослойную структуру с одним или несколькими слоями утеплителей. К тому же дополнительное теплосопротивление дает установка резиновых или силиконовых уплотнителей. Благодаря этому дверь становится практически герметичной и установка второй не требуется.

Расчет теплового сопротивления

Расчет сопротивления теплопередаче позволяет оценить потери тепла в Вт и рассчитать необходимое дополнительное утепление и потери тепла. Благодаря этому можно грамотно подобрать необходимую мощность отопительного оборудования и избежать лишних трат на более мощное оборудование или энергоносители.

Для наглядности рассчитаем тепловое сопротивление стены дома из красного керамического кирпича. Снаружи стены будут утеплены экструдированным пенополистиролом толщиной 10 см. Толщина стен будет два кирпича – 50 см.

Сопротивление теплопередаче вычисляется по формуле R = d/λ, где d – это толщина материала, а λ – коэффициент теплопроводности материала. Из строительного справочника известно, что для керамического кирпича λ = 0,56 Вт/(м*°C), а для экструдированного пенополистирола λ = 0,036 Вт/(м*°C). Таким образом, R (кирпичной кладки) = 0,5 / 0,56 = 0,89 (м²*°C)/Вт, а R (экструдированного пенополистирола) = 0,1 / 0,036= 2,8 (м²*°C)/Вт. Для того чтобы узнать общее теплосопротивление стены, нужно сложить эти два значения: R = 3,59 (м²*°C)/Вт.

Таблица теплового сопротивления строительных материалов

Всю необходимую информацию для индивидуальных расчетов конкретных построек дает представленная ниже таблица сопротивления теплопередаче. Образец расчетов, приведенный выше, в совокупности с данными таблицы может также использоваться и для оценки потери тепловой энергии. Для этого используют формулу Q = S * T / R, где S – площадь ограждающей конструкции, а T – разность температур на улице и в помещении. В таблице приведены данные для стены толщиной 1 метр.

Теплые конструкции, методы, материалы

Для того чтобы повысить сопротивление теплопередаче всей конструкции частного дома, как правило, используют строительные материалы с низким показателем коэффициента теплопроводности. Благодаря внедрению новых технологий в строительстве таких материалов становится все больше. Среди них можно выделить наиболее популярные:

• Дерево.
• Сэндвич-панели.
• Керамический блок.
• Керамзитобетонный блок.
• Газобетонный блок.
• Пеноблок.
• Полистиролбетонный блок и др.

Дерево является весьма теплым, экологически чистым материалом. Поэтому многие при строительстве частного дома останавливают выбор именно на нем. Это может быть как сруб, так и оцилиндрованное бревно или прямоугольный брус. В качестве материала в основном используется сосна, ель или кедр. Тем не менее это довольно капризный материал и требует дополнительных мер защиты от атмосферных воздействий и насекомых.

Сэндвич-панели – это довольно новый продукт на отечественном рынке строительных материалов. Тем не менее его популярность в частном строительстве очень возросла в последнее время. Ведь его основными плюсами является сравнительно невысокая стоимость и хорошее сопротивление теплопередаче. Это достигается за счет его строения. С наружных сторон находится жесткий листовой материал (ОСП-плиты, фанера, металлический профиль), а внутри — вспененный утеплитель или минеральная вата.

Строительные блоки

Высокое сопротивление теплопередаче всех строительных блоков достигается за счет наличия в их структуре воздушных камер или вспененной структуры. Так, например, некоторые керамические и другие виды блоков имеют специальные отверстия, которые при кладке стены идут параллельно ей. Таким образом, создаются закрытые камеры с воздухом, что является довольно эффективной мерой препятствия теплопередачи.

В других строительных блоках высокое сопротивление теплопередачи заключается в пористой структуре. Это может достигаться различными методами. В пенобетонных газобетонных блоках пористая структура образуется благодаря химической реакции. Другой способ – это добавление в цементную смесь пористого материала. Он применяется при изготовлении полистиролбетонных и керамзитобетонных блоков.

Нюансы применения утеплителей

Если сопротивление теплопередачи стены недостаточно для данного региона, то в качестве дополнительной меры могут применяться утеплители. Утепление стен, как правило, производится снаружи, но при необходимости может применяться и по внутренней части несущих стен.

На сегодняшний день существует множество различных утеплителей, среди которых наибольшей популярностью пользуются:

• Минеральная вата.
• Пенополиуретан.
• Пенополистирол.
• Экструдированный пенополистирол.
• Пеностекло и др.

Все они имеют очень низкий коэффициент теплопроводности, поэтому для утепления большинства стен толщины в 5-10 мм, как правило, достаточно. Но при этом следует учесть такой фактор, как паропроницаемость утеплителя и материала стен. По правилам, этот показатель должен возрастать наружу. Поэтому утепление стен из газобетона или пенобетона возможно только с помощью минеральной ваты. Остальные утеплители могут применяться для таких стен, если делается специальный вентиляционный зазор между стеной и утеплителем.

Заключение

Теплосопротивление материалов – это важный фактор, который следует учитывать при строительстве. Но, как правило, чем стеновой материал теплее, тем меньше плотность и прочность на сжатие. Это следует учитывать при планировке дома.

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций

07.12.2020

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 = Δ T / 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.

Единицы измерения

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).

Расчёт

Термическое сопротивление отдельного слоя ограждающей конструкции или однородного ограждения R = δ λ {displaystyle R={frac {delta }{lambda }}} , где δ — толщина слоя материала (м), λ — коэффициент теплопроводности материала (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.

Теплопроводность некоторых материалов

Коэффициент теплопередачи (значение U) — tec-science

Коэффициент теплопередачи (значение U или коэффициент U) описывает передачу тепла через твердый объект, находящийся между двумя жидкостями (газ или жидкость) с разными температурами.

• 1 Определение и единица измерения коэффициента теплопередачи
• 2 Значение коэффициента теплопередачи
• 3 Расчет коэффициента теплопередачи (термические сопротивления)
  • 3.1 Коэффициент теплопередачи и тепловое сопротивление проводимости
  • 3.2 Коэффициент теплопередачи и термическое сопротивление конвекции
  • 3.3 Теплопередача тепловым излучением
  • 3.4 Общее тепловое сопротивление и коэффициент теплопередачи (значение U)
• 4 Пример расчета значения теплопередачи в ограждающих конструкциях здания

Определение и единица измерения коэффициента теплопередачи

Значение U показывает, сколько тепловой энергии в единицу времени и на единицу площади передается через твердое тело при разнице температур жидкостей в 1 кельвин (1 °C). Поэтому значение U также называют 9.0027 коэффициент теплопередачи .Поэтому значение U дается в единицах «Ватт на квадратный метр и Кельвин» Вт/(м²⋅K). Тепло, передаваемое в единицу времени и на единицу площади, также называется тепловым потоком q*.

\begin{align}
\label{def}
&\boxed{U := \frac{Q}{\Delta t \cdot A \cdot \Delta T}} \\[5px]
&U = \underbrace {\ frac {Q} {\ Delta t}} _ {\ text {скорость теплового потока} \ dot Q} \ cdot \ frac {1} {A \ cdot \ Delta T} \\ [5px]
&U = \ подкос {\ frac {\ dot Q} {A}} _ {\ text {тепловой поток} \ dot q} \ cdot \ frac {1} {\ Delta T} \\ [5px]
&\boxed{U := \frac{\dot q}{ \Delta T}}\\[5px]
\end{align}

Рисунок: Определение значения U как теплового потока на единицу температуры

Чем выше U-значение, тем больше тепла проходит через объект в течение определенного времени и тем ниже изоляция. Таким образом, низкие значения коэффициента теплопередачи означают хорошие теплоизоляционные свойства.

Коэффициент теплопередачи зависит в основном от теплопроводности твердого тела (теплопередача за счет теплопроводности), а также от коэффициента теплопередачи между жидкостью и твердым телом или твердым телом и жидкостью (теплопередача за счет тепловой конвекции). Кроме того, происходит передача тепла тепловым излучением. Однако на практике значение U для различных компонентов обычно определяется не на основе теплопроводности или коэффициента теплопередачи, а определяется экспериментально.

Рисунок: Тепловой поток через стену за счет тепловой конвекции и теплопроводности

Согласно уравнению (\ref{def}), для данной разности температур ΔT в стационарном состоянии только количество тепла Q, прошедшее через площадь поверхности A в пределах необходимо определить время Δt. Для измерения теплового потока используются специальные счетчики теплового потока (СТМ).

Значение коэффициента теплопередачи

Значение коэффициента теплопередачи особенно важно для ограждающих конструкций зданий. В строительной технике жидкостью является воздух. В этом случае окна, кирпичная кладка, штукатурка или другие изоляционные материалы служат в качестве теплопередающих твердых тел. Эти компоненты должны максимально препятствовать передаче тепла между внутренней частью дома и окружающей средой. Что касается теплоизоляции, цель всегда состоит в том, чтобы использовать материалы с наименьшим возможным коэффициентом теплопередачи для достижения максимально возможного изоляционного эффекта.

Рисунок: Сборка стены здания для расчета коэффициента теплопередачи

Используя значение коэффициента теплопередачи объектов, тепловой поток q*, проходящий через компонент, может быть определен по текущей разности температур ΔT:

\begin{align}
&\boxed{\dot q = U \cdot \Delta T} ~~~\text{тепловой поток (скорость теплового потока на единицу площади)} \\[5px]
\end{align}

Если площадь A объекта известен, то можно определить скорость теплового потока Q*, прошедшего через компонент:

\begin{align}
&\boxed{\dot Q = U \cdot A \cdot \Delta T} ~~~\text{скорость теплового потока} \\[5px]
\end{align}

количество тепла Q, прошедшее за время Δt, затем окончательно определяется по следующей формуле: } ~~~\text{тепло, прошедшее через объект} \\[5px]
\end{align}

Расчет коэффициента теплопередачи (термическое сопротивление)

Для расчета коэффициента теплопередачи полезно определить разные термические сопротивления в зависимости от различных механизмов теплопередачи. Сумма этих сопротивлений дает общее тепловое сопротивление, обратное значение которого в итоге соответствует коэффициенту теплопередачи (значение U).

Коэффициент теплопередачи и тепловое сопротивление проводимости

Коэффициент теплопроводности λ материала показывает, сколько тепла в единицу времени и на единицу площади проходит через материал при данной разности температур ΔT.

Рисунок: Коэффициент теплопередачи и тепловое сопротивление проводимости

Чем больше теплопроводность материала, тем больше теплопередача за счет теплопроводности. При заданной разности температур результирующий тепловой поток q* _λ существенно зависит от толщины Δx материала (см. закон Фурье) – например, через толстую стенку за определенное время проходит меньше тепла, чем через тонкую .

\begin{align}
&\boxed{\dot q_\lambda = \lambda \cdot \frac{\Delta T}{\Delta x}}~~~~~\text{Закон Фурье} \\[5px ]
&\dot q_\lambda = \underbrace{\frac{\lambda}{\Delta x}}_{\text{коэффициент теплопередачи}\\{\text{проводимости}\Lambda}} \cdot \Delta T \ \[5px]
\end{align}

Рисунок: Тепловой поток через толстую и тонкую стену здания

Поскольку сочетание теплопроводности и толщины материала является свойством компонента, эти величины объединяются в новую величину: коэффициент теплопроводности Λ. Обратите внимание, что эта величина описывает не общий коэффициент теплопередачи (значение U) компонента, а только теплопередачу за счет теплопроводности):

\begin{align}
\label{ql}
&\boxed{\dot q_\lambda = \Lambda \cdot \Delta T}~~~\text{where}~~ \boxed{\Lambda=\frac {\lambda}{\Delta x}}~~\text{коэффициент теплопроводности} \\[5px]
\end{align}

компонент из-за теплопроводности!

Чем выше коэффициент теплопроводности, тем больше тепла передается за счет теплопроводности и тем ниже эффект изоляции. Поэтому величина, обратная коэффициенту теплопередачи, называется тепловое сопротивление R:

\begin{align}
&R:=\frac{1}{\Lambda} \\[5px]
\label{a}
&\boxed{R=\frac{\Delta x }{\lambda}}~~[R]=\frac{\text{m²K}}{\text{W}} ~~~\text{тепловое сопротивление проводимости} \\[5px]
\end{align}

Термическое сопротивление проводимости является зависящей от компонента величиной, которая является мерой теплоизоляции компонента по отношению к теплопроводности!

Коэффициент теплопередачи и термическое сопротивление конвекции

Коэффициент теплопередачи α описывает, сколько тепла в единицу времени и на единицу площади при данной разности температур ΔT проходит через границу между жидкостью и твердым телом или наоборот.

В отличие от теплопроводности, которая описывает передачу тепла внутри твердого тела, коэффициент теплопередачи описывает передачу тепла посредством тепловой конвекции на границе между жидкостью и твердым телом! Чем выше коэффициент теплопередачи, тем сильнее теплообмен за счет конвекции. Для теплового потока в этом случае применяется:

\begin{align}
\label{qk}
&\boxed{\dot q_\text{s} = \alpha \cdot \Delta T} \\[5px]
\end{align}

Индекс s означает s поверхность и выражает, что этот тепловой поток относится к границе раздела между жидкостью и твердым телом.

Коэффициент теплопередачи описывает как зависящую от компонента величину теплопередачу на границе раздела между жидкостью и твердым телом вследствие конвекции!

Примечание : В строительстве коэффициент теплопередачи часто обозначается буквой h вместо α.

Чем больше коэффициент теплопередачи, тем больше тепла передается конвекцией и тем ниже эффект изоляции. Обратная величина коэффициента теплопередачи поэтому называется тепловое сопротивление конвекции R _с (также называемое сопротивлением теплопередаче ):

\begin{align}
\label{rk}
&\boxed{R_\ text{s} =\frac{1}{\alpha}}~~[R_\text{s}]=\frac{\text{m²K}}{\text{W}} ~~~\text{термическое сопротивление конвекции} \\[5px]
\end{align}

Термическое сопротивление конвекции является зависящей от компонента величиной, которая является мерой теплоизоляции компонента по отношению к тепловой конвекции!

Теплопередача тепловым излучением

Математическое описание теплового излучения в принципе может быть описано таким же образом, как теплопроводность или конвекция. Однако на практике экспериментальное определение коэффициента теплопередачи всегда включает тепловое излучение. Таким образом, поток тепла согласно уравнению (\ref{qk}) получается из той части, которая фактически обусловлена ​​конвекцией (α _c ) и от теплового излучения (α _r ):

\begin{align}
\label{qs}
&\boxed{\dot q_\text{s} = \left(\alpha_\text{ c} +\alpha_\text{r} \right)\cdot \Delta T} \\[5px]
\end{align}

В этом отношении тепловое излучение уже учитывается тепловым сопротивлением конвекции согласно уравнению (\ref{rk}):

\begin{align}
&\boxed{R_\text{s} =\frac{1}{\alpha}=\frac{1}{\alpha_\ текст{c}+\alpha_\text{r}}} \\[5px]
\end{align}

В строительстве тепловое излучение обычно играет заметную роль только при больших перепадах температур. Эта ситуация обычно не дается с оболочкой здания. В этом случае тепловое излучение имеет лишь второстепенное значение. Однако в случае трубопроводов с горячей водой из-за большой разницы температур между водой и окружающей средой тепловое излучение может играть большую роль, и поэтому его необходимо учитывать.

Поэтому, чтобы также принять меры по ограничению потерь тепла за счет излучения, трубы горячего водоснабжения обычно дополнительно к теплоизоляционному слою оборачивают светоотражающей пленкой. Это сводит к минимуму потери излучения из-за происходящих отражений и, таким образом, максимально предотвращает передачу тепла излучением.

Рисунок: Тепловая изоляция трубы горячей воды с отражающей фольгой

Общее тепловое сопротивление и коэффициент теплопередачи (значение U)

Если теплота должна передаваться от одной жидкости к другой жидкости, разделенной твердым телом, теплота должна сначала преодолеть термическое сопротивление конвекции на внутренней внутренней части твердого тела, так сказать. Затем необходимо преодолеть тепловое сопротивление проводимости , чтобы пройти через твердое тело на другую сторону. Наконец, происходит дальнейший теплообмен между твердым телом и жидкостью, который также будет определяться конвекцией ( термическое сопротивление конвекции ).

Рисунок: Термическое сопротивление конвекции и проводимости и общее тепловое сопротивление

Обратите внимание, что тепловое сопротивление конвекции внутри обычно отличается от сопротивления снаружи. Это особенно верно, если компонент изготовлен из разных слоев материала, и поэтому внешняя и внутренняя поверхности выполнены из разных материалов, каждый из которых имеет различное тепловое сопротивление. В частности, в зданиях также играет роль скорость ветра, которая явно отличается внутри здания от внешней. Это также означает, что конвективный теплообмен внутри стены отличается от теплообмена снаружи.

Разница в термическом сопротивлении указывается дополнительной буквой. Тепловое сопротивление R _si обозначает тепловое сопротивление конвекции на внутренней стороне i , а R _se обозначает тепловое сопротивление на внешней стороне e . Термины внутренний и внешний относятся к направлению теплового потока, то есть от «холодного к теплу».

Сумма двух термических сопротивлений конвекции на внешней и внутренней сторонах (R _si и R _se ), а также тепловое сопротивление проводимости R твердого тела, в конечном итоге приводит к общему тепловому сопротивлению R _T :

\begin{align}
&\boxed{R_\text {T} =R_\text{si} + R + R_\text{se}} ~~~\text{общее тепловое сопротивление}\\[5px]
\end{align}

Если рассматриваемый компонент является сборкой из нескольких слоев различных материалов за основу следует взять сумму соответствующих термических сопротивлений (обратите внимание на отсутствие тепловой конвекции между отдельными слоями):

\begin{align}
&\boxed{R_\text{T} =R_\text{si} + \sum R + R_\text{se}} ~~~\text{общее тепловое сопротивление} \\[ 5px]
\end{align}

Индивидуальные сопротивления тепловому потоку можно считать аналогами электрических сопротивлений в электротехнике. Если резисторы соединены последовательно, отдельные сопротивления могут быть добавлены к общему сопротивлению.

Обратная величина общего теплового сопротивления окончательно соответствует общему коэффициенту теплопередачи (значение U):

\begin{align}
&\boxed{U = \frac{1}{R_\text{T}} =\frac{1}{R_\text{si} + \sum R + R_\text{se}}} ~~~\text{U-значение}\\[5px]
\end{align}

Пример расчета коэффициента теплопередачи в оболочке здания

Далее , будет рассчитано значение U стены здания. Стена изнутри наружу устроена следующим образом:

1. штукатурка (2 см)
2. Кирпичная кладка (30 см)
3. Теплоизоляционный слой (16 см)
4. штукатурка (2 см)

Рисунок: Сборка стены здания для расчета коэффициента теплопередачи

Строго говоря, теплопередача между воздухом и внутренней штукатуркой или наружной штукатуркой и воздухом зависит не только от температуры. Также на теплопередачу влияет скорость воздуха (скорость ветра снаружи здания). Поскольку различия в плотности воздуха приводят к свободной конвекции, направление теплового потока также влияет на теплообмен. Поэтому следует различать горизонтальный, восходящий и нисходящий потоки тепла.

Для упрощения расчета следующие значения термического сопротивления конвекции в зависимости от направления теплового потока приведены в соответствии с DIN EN 6946:

.0274

The values ​​of thermal conductivity of the specified material layers can be found in table books. При соответствующей толщине слоя термические сопротивления проводимости можно определить по уравнению (\ref{a}):0123 λ
( m²⋅K/W ) layer
thickness Δx
(m) thermal
resistance R
(m²⋅K/W) plaster 0. 40 0.02 0.05 masonry 0.50 0.30 0.60 thermal insulation layer 0.032 0.16 5.00 Render 0,25 0,02 0,08

Соответствующая суммами \ \ \ \ \ text stext \ \ \ \ \ rails \ \ \ rails .
&= R_\text{si} + \sum R + R_\text{se}\\[5px]
&= R_\text{si} + R_\text{штукатурка} + R_\text{каменная кладка} + R_ \text{изоляция} + R_\text{рендер} +R_\text{se}\\[5px]
&= \left(0,13+ 0,05 + 0,60 + 5,00+ 0,08 + 0,04 \right) \tfrac{\text{ м²}\cdot \text{K}}{\text{W}} \\[5px]
&= \underline{5.90 \tfrac{\text{м²}\cdot \text{K}}{\text{W}}}\\[5px]
\end{align}

Обратная величина общего тепловое сопротивление, наконец, дает U-значение стены нашего здания: text{m²}\cdot \text{K}}{\text{W}}} = \underline {0,17 \tfrac{\text{W}}{\text{m²}\cdot \text{K}}} \ \[5px]
\end{align}

Значение коэффициента теплопередачи стены составляет 0,17 (в основном указывается без единиц измерения) и, таким образом, ниже значения 0,24, предписанного Постановлением об энергосбережении Германии (EnEV). В этом случае на значение U существенно влияет теплоизоляционный слой, без которого значение U было бы равно 1,11. Таким образом, без теплоизоляции потери тепла через стену здания были бы примерно в 6,5 раз выше.

Теплопроводность

Теплопроводность («значение k») — это свойство материала, определяющее, сколько тепла проходит через него при данной разности температур. Однако с волокнистой или пористой изоляцией, которая будет включать как твердый материал, так и газ, передача тепла осуществляется за счет комбинации теплопроводности, конвекции и теплового излучения. «Теплопроводность» по-прежнему обычно указывается для таких изоляционных материалов, хотя, строго говоря, это «эффективная теплопроводность».

Единицы: Вт/(м.К)

Обратная величина: удельное тепловое сопротивление

Методы измерения: защищенная нагревательная пластина, тепломер или проволока

9012 значение теплового сопротивления («R»2 значение теплового сопротивления ) — свойство объекта, определяющее сопротивление теплопередаче через него а при заданной разности температур. Поскольку «термическое сопротивление» относится к объекту, а не к конкретному материалу, его можно использовать для описания изолирующего эффекта продуктов, состоящих из слоев различных материалов. Сопротивление объекта тепловому потоку будет больше, если он толстый и изготовлен из материалов с низкой теплопроводностью.

Единицы: (м2.K)/Вт

Обратная величина: теплопроводность

Методы измерения: защищенная нагревательная плита или тепломер конструкция, которая определяет, сколько тепла передается из воздушного пространства на горячей стороне конструкции в воздушное пространство на холодной стороне. В то время как «теплопроводность» и «тепловое сопротивление» относятся к тепловому потоку через однородные материалы, «теплопроницаемость» учитывает все три режима теплопередачи через конструкции, которые могут состоять из многих материалов и сложных тепловых потоков. Он также учитывает теплопередачу между окружающим воздухом и внешними поверхностями конструкции. «Теплопередача» будет использоваться для описания теплопередачи через компоненты здания, такие как окна, двери, стены и крыши.

Единицы: Вт/(м2.K)

Метод измерения: Hot Box

Что такое теплофизические свойства?

Теплофизические свойства можно просто определить как свойства материала, которые изменяются в зависимости от температуры без изменения химической идентичности материала. Однако стало обычным ограничивать объем термина свойствами, имеющими отношение к передаче и хранению тепла.

Более полное определение состоит в том, что теплофизические свойства – это все свойства материала, влияющие на передачу и накопление тепла, которые изменяются в зависимости от переменных состояния, температуры, давления и состава (в смесях), а также других соответствующих переменных, не изменяя химической идентичности материала . Эти свойства будут включать теплопроводность и диффузию, теплоемкость, тепловое расширение и теплоизлучательные свойства, а также вязкость и массу и коэффициенты термодиффузии, скорость звука, поверхностное и межфазное натяжение в жидкостях.

2: Каковы основные ссылки на данные о теплофизических свойствах?

Основные ссылки на данные о теплофизических свойствах:

КНИГИ

Серия данных по теплофизическим свойствам вещества, тома 1-13, ред.

Несколько устаревший, но все еще ключевой источник данных о теплофизических свойствах; отдельные тома охватывают теплопроводность, температуропроводность, удельную теплоемкость, теплоизлучательные свойства, вязкость, коэффициент теплового расширения и другие свойства твердых тел. В каждом томе есть полезные вводные страницы по теории и измерению соответствующего свойства.

Рекомендуемые теплофизические свойства для выбранных коммерческих сплавов, KC Mills, Woodhead Publishing Ltd, Кембридж, Англия ISBN 1 85573 569 5 (2002)

Критический обзор имеющихся данных (теплоемкость, плотность, вязкость, поверхностное натяжение) , температуропроводность и теплопроводность) выбранных элементов и сплавов, направленные на предоставление разработчикам моделей затвердевания критически пересмотренных данных. Содержит рекомендуемые значения свойств с указанием погрешностей измерения. Включены алюминий, кобальт, медь, железо, магний, никель, кремний, титан и цинк, а также некоторые избранные сплавы.

ВЕБ-САЙТЫ

http://amptiac.alionscience.com/ProductsAndServices/

Advanced Materials & Processes Technology Information Analysis Center — доступ к базе данных свойств осуществляется на основе Windows и является удобным для пользователя. Инструкции по настройке и эксплуатации включены в руководство пользователя. База данных также доступна на компакт-диске. Также публиковать информационный бюллетень о разработках в области технологий материалов; имеет связи с американскими компаниями и организациями.

http://www.ike.uni-stuttgart.de/dienste/tp/thermophys_e.htm

THERSYST База данных теплофизических свойств твердых тел, объединяющая данные измерений в лабораториях IKE и исследования научной литературы.

http://www.gi.rwth-aachen.de/forschung/rechner/dienste/mebsp-b/main. html

MEBSP Данные о теплофизических свойствах для моделирования литья (Microstructural Engineering By Solidification Processing — MEBSP) и другая информация и ресурсы, включая ссылки на другие базы данных, имеющие отношение к моделированию отливок.

http://www.ashrae.org

Справочники ASHRAE по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха и охлаждению (HVACR) публикуются в серии из четырех томов, один из которых пересматривается каждый год, обеспечивая постоянно обновлялся. Том по основам охватывает основные принципы, данные для проектирования ОВКВ, циклы охлаждения, поток жидкости, тепло- и массоперенос, сельскохозяйственные культуры, загрязнение воздуха, запахи, измерения и инструменты, воздушный поток вокруг зданий, энергетические ресурсы, топливо, хладагенты, осушители, тепловые а также контроль влажности и паропропускания, вентиляция, инфильтрация, нагревательные и охлаждающие нагрузки, оконные проемы, диффузия воздуха в помещении, конструкция воздуховодов и размеры труб. Также включает элементы управления, оболочки зданий и физические свойства материалов. Доступно через веб-сайт или в виде книги.

http://www.ppds.net/help/h_Introduction.asp

Приложение для определения физических и транспортных свойств жидкостей и смесей жидкостей.

3: Как я могу измерить теплопроводность моего изоляционного материала и какую точность я могу ожидать?

Точное измерение теплопроводности не так просто, как предполагает простая теория стационарного состояния. Для введения в эту тему обратитесь к Руководству NPL для начинающих по измерению теплопроводности.

Наиболее распространенными и надежными приборами для измерения теплопроводности изоляции и других плохих теплопроводников являются защищенные нагревательные плиты и тепломеры. Эти инструменты создают стационарный температурный градиент на образце материала, помещая его между изотермической нагреваемой пластиной и охлаждающей пластиной. Дополнительные теплозащитные экраны располагаются таким образом, чтобы свести к минимуму любые потери или поступления тепла от нагреваемой пластины или от краев образца. Количество энергии, необходимое нагреваемой пластине для создания определенного температурного градиента, будет пропорционально теплопроводности материала.

При измерении изоляционных изделий низкие тепловые потоки означают, что образец и пластины должны быть в высокой степени термически изолированы от окружающей среды. Существуют также сопутствующие проблемы, такие как влияние толщины из-за передачи тепла излучением, а также влияние содержания влаги и однородности материала. Для материалов с более высокой теплопроводностью, таких как пластмассы и изделия из каменной кладки, существуют другие факторы, включая влияние контактного сопротивления между образцом и датчиком температуры, которые необходимо учитывать.

Каждый из четырех измеряемых параметров (тепловой поток, падение температуры, толщина образца и площадь) непосредственно связаны с расчетом теплопроводности, что означает, что любая неопределенность этих параметров переносится непосредственно на общую неопределенность измерения теплопроводности. Национальные лаборатории, такие как NPL, должны измерять изоляционный материал при температуре окружающей среды и получать согласие с точностью ± 1 %, аккредитованные лаборатории — с точностью ± 3 %, а другие испытательные лаборатории — с точностью ± 5 %. Для материалов с более высокой проводимостью и более высоких температур соответствие будет не таким хорошим.

4: Какие стандартные документы описывают измерение теплопроводности строительных материалов, огнеупоров и пластмасс?

В следующем списке приведены основные стандарты, относящиеся к измерению теплопроводности строительных материалов, огнеупоров и пластмасс. Стандарты, конечно, могут быть изменены или обновлены с течением времени, поэтому для получения последней информации посетите веб-сайты BSI или ASTM:

Британский институт стандартов (BSI)

ISO 8302:1991- Теплоизоляция. Определение стационарного термического сопротивления и связанных с ним свойств. Охраняемый аппарат с горячей плитой.

ISO 8301:1991 — Теплоизоляция. Определение стационарного термического сопротивления и связанных с ним свойств. Метод измерения теплового потока

BS EN 12664:2001* — Тепловые характеристики строительных материалов и изделий. Определение термического сопротивления с помощью методов защищенной нагревательной плиты и тепломера. Сухие и влажные изделия средней и низкой термостойкости.

BS EN 12667:2001* — Тепловые характеристики строительных материалов и изделий. Определение термического сопротивления с помощью методов защищенной нагревательной плиты и тепломера. Изделия высокой и средней термостойкости.

BS EN 12939:2001* — Тепловые характеристики строительных материалов и изделий. Определение термического сопротивления с помощью методов защищенной нагревательной плиты и тепломера. Толстые изделия высокой и средней термостойкости.

ISO 8894:1987 — Огнеупорные материалы. Определение теплопроводности. Метод горячей проволоки.

BS EN 993-14:1998 — Методы испытаний огнеупорных изделий плотной формы. Определение теплопроводности методом нагреваемой проволоки (поперечной решетки).

BS EN 993-15:1998 — Методы испытаний огнеупорных изделий плотной формы. Определение теплопроводности методом горячей проволоки (параллельно).

Для получения дополнительной информации или для приобретения этих стандартных документов обращайтесь в Британский институт стандартов по телефону: http://www.bsi-global.com/.

Примечание. Пользователи также могут встретить следующие два старых британских стандарта. Они были отозваны и заменены тремя вышеуказанными стандартами, помеченными звездочкой * .

BS 874-2.1:1986 — Методы определения теплоизоляционных свойств. Испытания на теплопроводность и связанные с ней свойства. Метод защищенной горячей пластины.

BS 874-2.2:1988 — Методы определения теплоизоляционных свойств. Испытания на теплопроводность и связанные с ней свойства. Метод незащищенной горячей пластины.

Американское общество по испытаниям и материалам (ASTM)

C177-97 — Стандартный метод испытаний для измерения стационарного теплового потока и свойств теплопередачи с помощью прибора с защищенной горячей пластиной.

C518-98 — Стандартный метод испытаний свойств теплопередачи в установившемся режиме с помощью прибора для измерения теплового потока.

E1530-99 — Стандартный метод испытаний для оценки сопротивления теплопередаче материалов с помощью защищенного тепломера.

E1225-99 — Стандартный метод определения теплопроводности твердых тел с помощью метода защищенного сравнительного продольного теплового потока.

D5930-01 — Стандартный метод испытания теплопроводности пластмасс с использованием метода линейного источника переходного процесса.

C1113-99 — Стандартный метод определения теплопроводности огнеупоров горячей проволокой (метод платинового термометра сопротивления).

C201-93 — Стандартный метод испытаний на теплопроводность огнеупоров.

Для получения дополнительной информации или приобретения этих стандартных документов обращайтесь по телефону ASTM International .

5: Какое свойство теплопередачи подходит для моего строительного продукта или конструкции?

Теплопроводность («значение k») — это свойство материала, определяющее, сколько тепла проходит через него при данной разности температур. Однако с волокнистой или пористой изоляцией, которая будет включать как твердый материал, так и газ, передача тепла осуществляется за счет комбинации теплопроводности, конвекции и теплового излучения. «Теплопроводность» по-прежнему обычно указывается для таких изоляционных материалов, хотя, строго говоря, это «эффективная теплопроводность».

Единицы: Вт/(м.К)

Обратная величина: удельное тепловое сопротивление

Методы измерения: защищенная нагревательная пластина, тепломер или проволока

9012 значение теплового сопротивления («R»2 значение теплового сопротивления ) — свойство объекта, определяющее сопротивление теплопередаче через него а при заданной разности температур. Поскольку «термическое сопротивление» относится к объекту, а не к конкретному материалу, его можно использовать для описания изолирующего эффекта продуктов, состоящих из слоев различных материалов. Сопротивление объекта тепловому потоку будет больше, если он толстый и изготовлен из материалов с низкой теплопроводностью.

Единицы: (м2.K)/Вт

Обратная величина: теплопроводность

Методы измерения: защищенная нагревательная плита или тепломер конструкция, которая определяет, сколько тепла передается из воздушного пространства на горячей стороне конструкции в воздушное пространство на холодной стороне. В то время как «теплопроводность» и «тепловое сопротивление» относятся к тепловому потоку через однородные материалы, «теплопроницаемость» учитывает все три режима теплопередачи через конструкции, которые могут состоять из многих материалов и сложных тепловых потоков. Он также учитывает теплопередачу между окружающим воздухом и внешними поверхностями конструкции. «Теплопередача» будет использоваться для описания теплопередачи через компоненты здания, такие как окна, двери, стены и крыши.

Единицы: Вт/(м2.K)

Метод измерения: Hot Box

Библиография

Спецификации по услугам измерения температуры и артефактам калибровки см. на сайте: http://www.npl.co.uk/ Thermal/publns.html#datasheets

«Температура» Т. Дж. Куинна, 2-е издание, 1990 г., Academic Press «

Международная температурная шкала 1990 г.», HMSO 1991

«Теория и практика радиационной термометрии», под редакцией Д.П. ДеВитт и Г. Д. Наттер, Wiley Interscience 1989

«Измерение температуры» Л. Михальски, К. Экерсдорф и Дж. МакГи, Дж. Вили и сыновья, 2002

«Отслеживаемые температуры» Дж. В. Николас и Д. Р. Уайт, Джон Уайли и сыновья, 2001 передачи» Ф. П. Инкропера и Д. П. ДеВитта, 3-е изд., 1990, John Wiley & Sons

«Теплоперенос теплового излучения» Р. Сигела и Дж. Р. Хауэлла, 3-е изд., 1992, Тейлор и Фрэнсис

«Измерение теплового излучения». свойства материалов» Дж. К. Ричмонда, в «Сборнике методов измерения теплофизических свойств», том. 1, К. Маглич, А. Чезаирлиян, В. Пелецкий (ред.), 1984, Plenum Press, Нью-Йорк

«Теплоизлучательные свойства вещества — серия данных TPRC», тт. 7-9, Y Touloukian & D DeWitt, 1970, IFI/Plenum, New York

Как преобразовать единицы измерения точки росы в относительную влажность?

Точка росы (или температура точки росы ) – это температура, при которой образуется роса или конденсат при охлаждении газа. Если конденсат представляет собой лед, это известно как точка замерзания.

Относительная влажность представляет собой отношение количества водяного пара, e, в воздухе к количеству водяного пара, es, которое было бы в воздухе, если бы оно было насыщенным при той же температуре и давлении, и может быть выражено (1)

К сожалению , не существует простой прямой формулы для преобразования в любом направлении между точкой росы и относительной влажностью. Преобразование между этими двумя параметрами должно выполняться через промежуточный этап оценки как фактического давления пара воды, так и давления насыщенного пара при преобладающей температуре, т. е.

Для преобразования точки росы или точки инея в относительную влажность:

• Преобразование температуры точки росы и температуры окружающей среды в давление водяного пара с помощью уравнения (2) или (3) ниже (или уравнения (4) или ( 5) для большей точности)
• Используйте эти значения давления пара в уравнении (1), чтобы найти относительную влажность

Чтобы преобразовать относительную влажность и температуру окружающей среды в точку росы или точку инея:

• Используйте уравнение (2) или (3) ниже (или уравнение (4) или (5) для большей точности), чтобы найти давление насыщенного пара по температуре окружающей среды
• Используйте уравнение (1) для расчета водяного пара давления по давлению пара насыщения и известной относительной влажности
• Используйте приведенное ниже уравнение (2) или (3) (или (4) или (5)) для расчета температуры точки росы или инея по давлению пара (требуется повторение при использовании (4) ) или (5)).

Давление пара можно рассчитать по формулам Магнуса :

При температуре t (в °C) давление насыщенного пара ew(t) над жидкой водой в паскалях составляет (2)

( ew(t) , выражено в паскалях (Па): 100 Па = 1 миллибар (мбар))

Для диапазона от -45 °C до +60 °C значения, указанные в этом уравнении, имеют погрешность менее ±0,6 в процентах от значения при доверительном уровне 95%.

Над льдом, ei(t) is  (3)

Для диапазона от -65 °C до +0,01 °C значения, полученные по этому уравнению, имеют погрешность менее ±1,0 процента значения при доверительном уровне 95%.

Более точная, но сложная альтернативная формула для давления пара (в паскалях) от точки росы (в кельвинах) выглядит следующим образом для воды (4)

и для льда (5)

(Формулы Зоннтага, 1990 г., обновленные из формул, данных Wexler, 1976 и 1977.)

Неопределенности, связанные с этими уравнениями:

• менее 0,01 процента значения, для воды от 0 °С до +100 °С
• менее 0,6 процента, для переохлажденной воды ниже 0 °С до -50 °С
• менее 1,0 процента для ледяного пуха до -100 °C

при доверительном уровне 95 %.

Точность этих расчетов незначительно зависит от давления и температуры рассматриваемого газа. Для воздуха, близкого к комнатной температуре и атмосферному давлению, коэффициент усиления водяного пара влияет на результат примерно на 0,5 процента значения.

Дополнительная информация и таблицы приведены в публикации «Руководство по измерению влажности», которую можно приобрести в интернет-магазине NPL .

2: Могу ли я использовать растворы солей для получения значений относительной влажности? … Как?

Да. Насыщенные (или ненасыщенные) растворы солей и некоторые другие химические вещества могут использоваться для создания среды с определенной относительной влажностью в замкнутом пространстве. Полученное значение относительной влажности зависит, среди прочего, от конкретной химической соли, концентрации раствора и температуры использования.

Насыщенные растворы солей, содержащие твердую соль, обладают особым свойством, заключающимся в том, что поддерживается стабильная концентрация и, следовательно, постоянная относительная влажность, даже если вода мигрирует в раствор или из него. Готовые капсулы имеются в продаже для различных «фиксированных точек» относительной влажности. Такие капсулы предназначены для введения датчиков относительной влажности с уплотнением, обеспечивающим небольшую закрытую атмосферу с определенной относительной влажностью. Некоторые из них, если они представлены в виде раствора с твердой солью, пригодны для повторного использования и могут быть откалиброваны для присвоения прослеживаемого значения эталонной влажности, которую они обеспечивают.

Существуют и другие системы калибровки влажности, использующие растворы ненасыщенных солей; например, в виде одноразовых ампул раствора. Они обычно используются для замачивания прокладки в корпусе, предназначенном для воздействия на датчик создаваемой влаги. Эти ампулы также могут поставляться с прослеживаемой калибровкой на основе испытаний образцов из партий ампул.

Как и для любой другой калибровки, прослеживаемость в лаборатории с аккредитацией UKAS или аналогичной аккредитации обеспечивает наилучшую гарантию надежного измерения.

Растворы солей также можно использовать различными способами для получения номинальных (некалиброванных) значений влажности. При использовании в сочетании с калиброванным гигрометром такие среды с номинальной влажностью также могут быть полезны для калибровки.

Так же, как и для относительной влажности в целом, температурная стабильность имеет решающее значение для калибровки растворов солей, особенно потому, что свойства растворов солей меняются в зависимости от температуры. Стабилизация после изменения температуры может занять час или много часов, в зависимости от величины изменения. Для свежесмешанных растворов полная стабилизация может занять дни или недели.

Всегда необходимо следить за тем, чтобы соль не попадала на чувствительные части гигрометра, так как это может привести к ошибкам в показаниях и выходу из строя некоторых датчиков.

Формы «солевого чека», предлагаемые для продажи в виде «набора», который пользователь смешивает с раствором, обычно не подходят для обеспечения какой-либо прослеживаемой калибровки или надежной проверки сами по себе, за исключением случаев, когда они используются в сочетании с калиброванным гигрометр.