Таблица сравнения стеклопакетов различного назначения



Задать вопрос консультанту или вызвать замерщика

Ваше сообщение:

Ваш адрес (улица, номер дома):

Как к Вам обращаться:

Ваш контактный телефон:

Ваш адрес e-Mail:

В государственных стандартах, все оценки теплоизолирующих свойств окон определялись величинной сопротивления стеклопакета теплопередаче — приведенное сопротивление теплопередаче стеклопакета.
Ниже приведена выдержка из ГОСТ 30674-99 «БЛОКИ ОКОННЫЕ ИЗ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНЫХ ПРОФИЛЕЙ. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ», которая позволяет сделать вывод о различиях
в сопротивляемости окон холоду при различных стеклопакетах. Измерения по теплоизоляции проводились для оконных блоков с отношением площади остекления к площади изделия,
равным 0,7, и средней толщиной комбинации профилей 58-62 мм

* Приведенное сопротивление теплопередаче.
Roпр (м2 °C/Вт) используется для общей оценки всей светопрозрачной конструкции. Чем больше этот показатель, тем меньше теплопередача через конструкцию.
Требуемые значания коэффициента сопротивления теплопередачи согласно ГОСТу для жилых зданий в городах Калининград, С-Петербург, Москва, Иркутск эта величина составляет соответственно 0,40; 0,48; 0,55; 0,65

**Увеличение шумоизоляции на 10 Дб снижает уровень шума на 50%.
Факторы, влияющие на шумоизоляцию:

• Толщина стекла – чем выше номинал стекла, тем лучше шумоизоляция;
• Формула стеклопакета – ассиметричный стеклопакет, с применением разных толщин стекол, при одинаковых дистанционных рамках, значительно повышает шумоизоляцию;
• Эластичность стекла – применение ПВБ слоя в составе триплекса значительно улучшает шумоизоляцию, т.к. ПВБ является отличным звукопоглотителем;
• Ширина дистанционной рамки – применение широкой дистанционной рамки увеличивает шумоизоляцию, однако дистанционная рамка более 16 мм провоцирует возникновение конвекции*, которая в свою очередь значительно снижает теплофизические свойства стеклопакета.

Значительно снизить конвекцию можно при использовании Аргона.
Это надо учитывать: Аргон НЕ ВЛИЯЕТ на шумоизоляцию, его функция повышать теплофизические свойства!

***И-стекло (стекло с мягким покрытием)
Стеклопакет с И-стеклом производится в процессе вакуомно-магнетронного напыления энергосберегающего слоя – серебра. За счет слоя серебра поверхность стекла становиться
электропроводной, и электромагнитное излучение свыше определенной волновой длинны большей частью отражается от этой металлической поверхности.

Таблица сопротивления теплопередаче стеклопакетов

Для сравнения характеристик стеклопакетов используют один из основных показателей

Коэффициент сопротивления теплопередаче Rо ( измеряемый в м2·°С/Вт ). (2)·°С/ВтМатериал переплета окнаДерево или ПВХАлюминий1Двойное остекление в спаренных переплетах0.4–2Двойное остекление в раздельных переплетах0.44–3Тройное остекление в раздельно-спаренных переплетах0.560.464Однокамерный стеклопакет ( два стекла ):обычного (с расстоянием между стекол 6 мм)0.29—с И — покрытием (с расстоянием между стекол 6 мм)0.38—обычного (с расстоянием между стекол 16 мм)0.320. 31с И — покрытием (с расстоянием между стекол 16 мм)0.550.475Двухкамерный стеклопакет ( три стекла ):oбычного (с расстоянием между стекол 8 мм)0.510.43oбычного (с расстоянием между стекол 12 мм)0.540.45с И — покрытием одно из трёх стекол0.680.52

По результатам таблицы видно значительное повышение характеристики стеклопакета с применением И-стекла. В однокамерном 14 мм. стеклопакете 4-6-И4 прирост до 30% по сравнению с обычным 4-6-4.

Низкоэмиссионное стекло (И-стекло) обладает способностью отражать тепловое излучение. В отопительный период оно «возвращает» в квартиру до 90% тепловых волн, выделенных нагревательными приборами. А летом отражает наружу часть солнечного излучения инфракраснго (ИК) и ультрафиолетового (УФ). В результате зимой в комнате становится теплее, а летом – прохладнее.

И-стекло – низкоэмиссионное стекло с многослойным покрытием (в том числе из серебра), нанесенным путем плазменного напыления. Это «мягкое» покрытие. Слой с таким напылением обращен только внутрь стеклопакета.

Зависимость характеристики стеклопакета от расстояния между стеклами в нем

В таблице приведены значения сопротивления теплопроводности для однокамерного стеклопакета, заполненного воздухом. Как видно из таблицы, увеличение расстояния между стеклами свыше 16 мм. нецелесообразно.

Внимание!

Если из окна тянет холодом это не всегда плохое окно, а возможно холодный стеклопакет. В этом случае нам достаточно заменить ваш стеклопакет на энергосберегающий и тепло сразу наполнит ваш дом!

Мы готовы избавить вас от вечно надоевшей прохлады.

С Мир Окон надежно, потому что мы делаем больше, чем от нас требуют!

Тематические исследования термических напряжений в стеклопакетах с помощью численного расчета

При расчете конструкции фасадного остекления необходимо учитывать различные виды нагрузок, такие как собственный вес, ветровые и климатические нагрузки. На практике, однако, есть много случаев повреждения, которые можно отнести к прямому солнечному излучению.

Информация о статье

• Цифровой идентификатор объекта (DOI): 10.47982/cgc.8.388
• Эта статья является частью материалов конференции Challengeing Glass Conference Proceedings, Volume 8, 2022, Belis, Bos & Louter (Eds.)
• Опубликовано Challenging Glass от имени автора (авторов) в Stichting OpenAccess Platforms
• Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4. 0 International License (CC BY 4.0)
• Copyright © 2022 с автором(ами)

Авторы:

• Грегор Швинд — Институт строительной механики и проектирования, Технический университет Дармштадта
• Франц Пашке — Институт строительной механики и дизайна, Технический университет Дармштадта,
•  Йенс Шнайдер — Институт строительной механики и проектирования, Технический университет Дармштадта

Abstract

При расчете конструкций фасадного остекления необходимо учитывать различные виды нагрузок, такие как собственный вес, ветровые и климатические нагрузки (перепады давления). На практике, однако, есть много случаев повреждения, которые можно отнести к прямому солнечному излучению. В этих случаях имеет место так называемое термическое разрушение, которое может произойти в результате больших перепадов температуры в плоскости стекла. В связи с усложнением конструкций остекления этот вид нагрузки необходимо учитывать при проектировании будущего стекла. По этой причине были проведены тепломеханические исследования. Коммерчески используемые двойные и тройные изоляционные стеклопакеты рассматривались как вертикальное остекление, и прямое поглощение солнечного света на оконное стекло варьировалось.

Для численных расчетов в качестве метеорологических входных данных использовались измеренные данные о температуре от Немецкой метеорологической службы и свободно доступные данные модели Clear Sky. Результаты показывают, что солнечная радиация, наряду с температурой, является определяющим фактором термического напряжения в стеклопакетах. Исследования показывают, что внутреннее стекло становится актуальным в более холодные дни, а внешнее – в более теплые дни. Результаты также показывают, что уровень внешней температуры играет незначительную роль для термических напряжений среднего стекла.

1. Введение

Фасадное остекление подвергается различным нагрузкам, таким как собственный вес и ветровые нагрузки, и должно быть спроектировано согласно соответствующим стандартам. В случае стеклопакетов климатические нагрузки, такие как изменение давления воздуха из-за разницы высот (место производства и место установки) или из-за расширения газа в полости между стеклами из-за изменения температуры также учитываются. Однако в связи с этими климатическими нагрузками часто пренебрегают воздействием на стекло солнечной радиации, что может иметь значение для определения размеров остекления, как показывают многие случаи повреждения из практики. Когда солнечное излучение попадает на незатененные участки остекления, эти участки нагреваются больше, чем участки, находящиеся в тени. Затенение может быть вызвано внешними воздействиями окружающей среды, такими как окружающая архитектура, или самой конструкцией, например, фальцом стекла в оконной раме или свесом крыши.

Из-за неравномерного плоскостного нагрева оконного стекла (градиент температуры по толщине стекла практически незначителен Pilette and Taylor, 1988) более теплая центральная часть оконного стекла расширяется больше, чем сравнительно более холодный край стекла, что равно сдерживанию расширения более теплой центральной области, как видно на рис. 1 а) слева. Эти возникающие неравномерно распределенные термические деформации (обычно: положительная деформация на краю стекла — растяжение, отрицательная деформация в центре стекла — сжатие) с помощью закона упругости можно перевести в так называемые термические напряжения. Большие перепады температуры в плоскости могут привести к растрескиванию стекла по краю, как это можно видеть в качестве примера на изображениях крупным планом на рис. 1 b) и c). Это явление может быть вызвано не только солнечным излучением, но и различными источниками тепла, например, в случае пожара, когда остекление должно выдерживать высокие температуры и сильное тепловое излучение в зависимости от условий установки.

Рис. 1: а) Явление термических напряжений в стекле и б) и в) примерная картина разрушения из-за термических напряжений.

При нынешнем состоянии стандартизации в Европе существует только французский стандарт NF DTU 39 P3 (2006 г.), который позволяет рассчитывать остекление с учетом термических напряжений. Там предусмотрены различные упрощенные одномерные методы расчета, которые позволяют инженеру проектировать с учетом предотвращения разрушения края стекла под действием тепла. В итальянском руководстве CNR DT 210 (2013 г.) предлагаются граничные условия для расчета и приводится процедура расчета температуры для двойных стеклопакетов (DGU). Различные брошюры из разных стран, таких как Ассоциация стекла и остекления Австралии AGGA (2015 г.), Flachglas Schweiz AG (2021 г.) и Verband Fenster + Fassade eV. (2012) можно найти по этой теме, но в этих брошюрах можно найти только информацию о самом явлении, но там не приведены граничные условия или методы расчета термоиндуцированных напряжений.

В нескольких более ранних публикациях, таких как Mai and Jacob (1980), Pilette and Taylor (1988), а также в более поздних публикациях, таких как Chen et al. (2017), Hildebrand and Pankratz (2013), Kozlowski et al. (2018), Монтали и др. (2020) и Полакова и соавт. (2018) была рассмотрена тема разрушения кромки стекла фасадного остекления под действием прямого солнечного излучения. В других публикациях на фоне огнестойкости остекления Cuzzillo and Pagni (1998), Dembele et al. (2012) и Tofilo and Delichatsios (2010), также рассматривалась тема термического разрушения стекла. Хотя в этих публикациях уже описывается взаимосвязь между неравномерным распределением температуры и результирующими термическими напряжениями в плоскости оконного стекла, только в Polakova et al. (2018) более подробно обсуждаются используемые в настоящее время методы расчета, включая подход различных метеорологических данных.

По вышеуказанным причинам исследовательский проект, описанный в Ensslen et al. (2022), более подробно исследует различные метеорологические условия, а также современное остекление. В контексте представленной здесь публикации описаны основы численного моделирования для теплового расчета стеклопакетов. На следующем этапе расчет коэффициента теплопередачи Ug стеклопакета используется для проверки модели. Затем с использованием реалистичных и искусственно сгенерированных метеорологических данных представлены первоначальные результаты расчетов термических напряжений на краях стекол двойных и тройных стеклопакетов (DGU и TGU), чтобы показать диапазон, в котором могут возникать термические напряжения. Для расчетов предполагается полустороннее затенение остекления (в качестве примера) для учета затененной ситуации, со ссылкой на НФ ДТУ 39P3 (2006) и дополнительно уточнить результаты с помощью представленных ниже графиков температуры и напряжения.

2. Механизмы теплопередачи

Перенос тепла как формы энергии происходит посредством трех механизмов: теплопроводности, конвекции и излучения. Согласно второму закону термодинамики, энергия всегда передается от более теплой области к более холодной для любого механизма передачи (Verein deutscher Ingenieure VDI e.V. 2013).

2.1. Теплопроводность

Теплопроводность описывает передачу энергии внутри материала, который подвергается воздействию температурного градиента. В этом процессе энергия передается от молекулы к молекуле посредством движения молекул (колебательный и ударный процессы). Теплопроводность не обязательно связана с твердым агрегатным состоянием и поэтому может иметь место также в жидкостях и газах. С помощью закона Фурье (Жан Батист Жозеф Фурье около 1822 г.) (Verein deutscher Ingenieure VDI e.V. 2013) можно рассчитать теплопередачу или плотность теплового потока 𝑞̇теплопроводность [Вт/м²] за счет теплопроводности, как показано в уравнении. 1 для одномерного и стационарного случая (не зависящего от времени). Так называемая теплопроводность 9В качестве коэффициента пропорциональности используется 0058 λ [Вт/(м·К)], который во всех дальнейших рассуждениях считается постоянным и изотропным. Температура T ₁ – это температура более теплой поверхности, а температура T ₂ – температура более холодной поверхности. Толщина, по которой происходит теплопроводность, учитывается с помощью d.

В случае, когда граничные условия могут меняться в зависимости от параметра timet (например, солнечного излучения или температуры наружного воздуха), может быть полезен анализ переходных процессов. Таким образом, уравнение нестационарной теплопроводности, приведенное в уравнении 2 (Стефан 2013) для трехмерного случая.

Уравнение 2 показывает зависимость температуры T , времени t , положения x, y и z , теплопроводности λ Дж/кгс p [ K)] и плотностью ρ [кг/м³]. Для представленных ниже тепловых расчетов эти входные переменные определены в разделе 5.

2.2. Конвекция

Конвекция описывает теплообмен между жидкостями (жидкостями и газами) и твердыми телами и содержит часть теплопроводности. Поэтому конвекцию также можно было бы упрощенно сформулировать как теплопроводность, которая усиливается потоком среды. Эта связь станет ясной позже в разделе 4.2 с помощью уравнения 9.. Если скорость течения среды равна нулю, то конвекция не происходит и среда переносит тепло только по механизму теплопроводности (см. раздел 2.1). В дополнение к скорости потока другие параметры, такие как температура протекающей среды, шероховатость поверхности и температура твердого тела, также могут влиять на перенос тепла за счет конвекции. Плотность теплового потока вследствие 𝑞̇конвекции [Вт/м²] может быть рассчитана упрощенным способом, как показано в уравнении 3 (Verein deutscher Ingenieure VDI e.V. 2013), и применяется для установившегося и переходного состояния.

Здесь ч конвекция [Вт/(м²·К)] описывает коэффициент конвективной теплопередачи, величина которого зависит от обычно зависящих от температуры свойств материала протекающей среды, скорости потока среды и шероховатость поверхности твердого тела, находящегося в контакте с текущей средой. Температура T Поверхность представляет собой температуру поверхности конструкции (например, поверхности стекла или рамы), а температура T Bulk учитывает температуру окружающей среды (наружную или внутреннюю температуру). Для внешних поверхностей коэффициент конвективной теплопередачи h конвекция, снаружи может быть рассчитан упрощенным способом в соответствии со стандартом EN ISO 6946 (2017) как функция скорости ветра v [м/с] по уравнению 4.

Для стеклянных поверхностей, окружающих полость стеклопакета, коэффициент конвективной теплопередачи h g,k можно рассчитать в соответствии с EN 673 (2011) в зависимости от свойств газа и разницы температур стеклянных поверхностей. Расчет h g,k более подробно объяснен в разделе 4. Для коэффициента конвективной теплопередачи на внутренних поверхностях h convection,inside = 3,6 Вт/(м²·К), как предложено в EN 673 (2011), можно использовать. Дальнейшие соображения о коэффициенте конвективной теплопередачи можно найти в Jelle (2013).

2.3. Излучение

Теплопередача излучением обусловлена ​​электромагнитными волнами, для распространения которых не требуется среда. В случае лучистого переноса тепла на остекление следует проводить различие между подводом тепла и отдачей тепла излучением. Прямое солнечное излучение на остекление представляет собой подвод тепла, который зависит от световых и солнечных характеристик остекления: поглощение α [-] , отражение ρ [-] , пропускание τ [-] и коэффициент излучения ε [-] . Только что упомянутые величины дополнительно зависят от длины волны падающего излучения. С помощью стандарта EN 410 (2011) можно рассчитать коэффициент прямого солнечного поглощения α e [-] каждой стеклянной панели, который показывает, сколько процентов входящего солнечного излучения I [Вт/м²] эффективно поглощается стеклопакетом. стеклопакет. Поступление энергии (плотность теплового потока 𝑞̇direct, irradiance) в оконное стекло из-за прямого солнечного излучения можно рассчитать, если известны солнечная радиация и прямое солнечное поглощение αe, как описано в уравнении 5.9.0003

В то же время коэффициент излучения ε каждой стеклянной поверхности имеет значение для теплообмена, так как коэффициент излучения показывает, какая часть тепловой энергии может выделяться в окружающую среду в виде рассеянного излучения 𝑞̇рассеянного, излучения. Теплообмен с помощью диффузного теплового излучения восходит к закону Стефана-Больцмана и может быть сформулирован в упрощенной форме, как показано в уравнении 6 (применяется для стационарного и переходного режима), где коэффициент излучения ε поверхности (здесь внешняя/внутренняя поверхность остекления) включается в коэффициент лучистой теплопередачи ч радиация, снаружи/внутри [Вт/(м²·К)] и может быть рассчитан по уравнению 7 (см. EN ISO 6946 2017).

В уравнении 7 температура T Поверхность представляет собой температуру поверхности конструкции (например, поверхности стекла или рамы), а температура T Масса учитывает лучистую температуру окружающей среды. В Jelle (2013) дается дополнительная информация о коэффициенте лучистой теплопередачи и зависящих от длины волны величинах поглощения, отражения, пропускания и излучения. Для поверхностей стекла, окружающих полость стеклопакета, коэффициент лучистой теплопередачи hrad можно рассчитать в соответствии со стандартом EN 673 (2011) в зависимости от коэффициентов излучения стеклянных поверхностей, окружающих полость. Расчет обсуждается более подробно в разделе 4.9.0003

Относительно разности температур тел, обменивающихся теплом посредством диффузного излучения, следует отметить, что поверхностная температура остекления и объемная температура (также лучистая температура) объединены средней температурой T м (среднее арифметическое T Поверхность и T Объем). Этот подход основан на том, что температуры поверхности рассматриваемых тел, обменивающихся лучистым теплом, не слишком различаются. Радиационная объемная температура зависит от наклона (например, вертикального) остекления, поскольку наклон остекления приводит к другому фактору обзора по сравнению с окружающими внешними поверхностями. Например, горизонтальное остекление крыши «видит» больше неба и меньше остального окружения, в то время как вертикальное остекление, соответственно, наоборот.

Поскольку в представленных здесь исследованиях рассматривается вертикальное остекление, предположение о том, что объемная радиационная температура окружающей среды и наружной поверхности стекла не слишком различаются, является приблизительно оправданным. При рассмотрении горизонтального остекления важно внимательно следить за объемной лучистой температурой соответствующих поверхностей (неба и остекления), поскольку, в частности, температура неба в безоблачный день может опускаться до -20 °C (независимо от времени суток). года) (Maroy et al. 2017), в то же время температура окружающей среды в летний день в Европе может составлять от 30 °C до 40 °C, исходя из опыта.

3. Описание исследуемого остекления

Для представленных здесь исследований в качестве вертикального остекления рассматриваются двойные и тройные стеклопакеты (см. сечения рамы на рис. 3а и 3б) в южной ориентации (азимут 180°). . Размеры стеклопакетов были выбраны 2000 мм x 1000 мм (см. рис. 2), при этом предполагается, что остекление представляет собой так называемое вертикальное остекление (см. блоки остекления на рис. 2). Блоки остекления обычно имеют длину около 100 мм и устанавливаются на расстоянии от угла стекла, равном их длине. Точное положение блоков остекления не указано, так как позже для упрощения ими пренебрегают при численном моделировании.

Каждое оконное стекло считается монолитным с номинальной толщиной 4 мм. Для полостей стеклопакетов, которые будут заполняться аргоно-воздушной смесью (90 % аргона, 10 % воздуха), выбрано обычное на практике расстояние 16 мм. На краю полостей используется краевой шпатель так называемой технологии «теплый край» с полисульфидным герметиком. Упрощенная деревянная рама (базовая рама взята из EN ISO 10077-2, Приложение H, рисунок H.5, 2017 г.) светлого цвета (допущение 9).Для обрамление стеклопакета. Фальц стекла в деревянной раме принимается равным 15 мм, при этом на стыке между деревянной рамой и стеклом предполагается наличие уплотнителя EPDM (этилен-пропилен-диеновый мономерный каучук) толщиной 3 мм (см. рис. 3а и 3б). .

Рис. 2: Размеры стекла и стеклопакеты. Все размеры в мм.

Основные значения свойств материала взяты из EN ISO 10456 (2007 г.) и EN 572-1 (2016 г.). Для прокладки с теплым краем эквивалентная теплопроводность для модели с двумя блоками (Svendsen et al. 2005) была взята из информационного листка (Bundesverband Flachglas e.V. 2013). Плотность ρ и удельная теплоемкость cp краевой прокладки усреднялись по площади поперечного сечения. Свойства материалов, используемые во всех численных моделях, можно найти в таблицах 1 и 2.

Рис. 3: Поперечное сечение упрощенной деревянной рамы а) двойного стеклопакета и б) тройного стеклопакета.

Таблица 1: Свойства материалов, используемые для теплового стационарного и переходного моделирования, взяты из a) EN ISO 10456 (2007 г.), b) EN 572-1 (2016 г.), c) Bundesverband Flachglas e.V. (2013) и d) усредненные по площади поперечного сечения.

Таблица 2: Свойства материалов, используемые для механического моделирования, взяты из EN 572-1 (2016).

4. Моделирование теплообмена в полости и расчет коэффициента теплопередачи (

U г) для тройного стеклопакета (валидация модели)

Перед проведением тепломеханических расчетов (раздел 6) , необходимо сначала проверить, возможно ли смоделировать тепловое поведение стеклопакета с помощью коммерческого программного обеспечения для конечных элементов, используя только твердые тела (без гидродинамики). В частности, возникает вопрос, как можно смоделировать теплообмен в полости между стеклами, так как здесь, по сравнению со всеми другими участками остекления, присутствует жидкость, а не твердое тело.

Гидродинамическое моделирование теплового поведения газа в полости, вероятно, с наибольшей точностью отразило бы теплопередачу за счет конвекции, но нецелесообразно для инженерных приложений. По этой причине было решено моделировать теплообмен в полости с использованием конвекционных граничных условий с комбинированными коэффициентами теплопередачи (суперпозиция излучения и конвекции). При этом эффекты течения жидкости за счет конвекции учитываются упрощенно. Этот инженерный подход основан на процедуре EN 673 (2011), которая является основой для расчета коэффициента теплопередачи У г.

Как уже было сказано в разделе 2.2, на конвекцию влияет скорость потока газа в полости между стеклами. Чтобы избежать сложных вычислений для определения скорости потока, можно использовать так называемое число Нуссельта Nu . Это безразмерное характеристическое число описывает отношение механизмов теплопередачи конвекции к теплопроводности ( Nu = q конвекция / q теплопроводность) и, таким образом, описывает, насколько больше увеличивается теплопередача теплопроводности. потоком жидкости. Это приводит к физическому предельному значению Nu = 1 для числа Нуссельта, которое описывает условие эквивалентности механизмов теплопередачи теплопроводности и конвекции.

В этом состоянии теплообмен в полости может быть представлен либо теплопроводностью, либо конвекцией. В то же время необходимо учитывать тепловое излучение, чтобы завершить явление теплопередачи внутри полости. Если число Нуссельта больше единицы, теплопередача посредством теплопроводности усиливается потоком жидкости. Это явление можно описать как повышенную теплопроводность, которую физически можно представить с помощью граничного условия конвекции. Если вычисление числа Нуссельта (при заданной разности температур поверхностей полости) дает Nu < 1, Nu = 1,0 необходимо установить (EN 673 2011). Значения для Nu < 1 были бы эквивалентны отрицательной скорости потока, что физически невозможно. В случае Nu < 1 теплообмен в полости происходит за счет теплопроводности и излучения, тогда как для Nu ≥ 1 теплообмен осуществляется за счет конвекции и излучения.

Чтобы проверить, можно ли подтвердить выбранный здесь подход (перенос тепла в полости с помощью граничных условий конвекции с комбинированными коэффициентами теплопередачи), коэффициент теплопередачи Ug тройного стеклопакета был рассчитан с использованием программного обеспечения для конечных элементов и наконец, по сравнению с ручным расчетом в соответствии с EN 673 (2011). С этой целью проводится анализ теплового стационарного состояния с постоянными граничными условиями на конечно-элементной модели и оценивается плотность теплового потока в каждом оконном стекле. Затем можно рассчитать коэффициент теплопередачи Ug, используя численно определенную плотность теплового потока в стекле и текущую разницу температур внутри и снаружи. Граничные условия и расчет описаны в разделах 4.1 и 4.2.

4.1. Тепловые граничные условия на внешней и внутренней поверхности для расчета коэффициента теплопередачи ( U г)

Тепловые граничные условия для внешней (вне обшивки здания) и внутренней (внутри обшивки здания) поверхностей стеклопакетов ед. взяты из EN 673 (2011). Следует отметить, что приведенные здесь коэффициенты теплопередачи представляют собой суперпозицию теплопередачи излучения и конвекции. Коэффициент внешней теплоотдачи складывается из конвективной части ч доб., ув. = 20 Вт/(м²·К) и часть излучения ок. ч доб., рад. = 5 Вт/(м²·К), что дает общий коэффициент теплопередачи ч доб. = 25 Вт/(м²·К) на внешних поверхностях (см. EN 673 2011).

Этот состав можно проследить по информации, приведенной в таблице 7 стандарта EN ISO 6946 (2017). Коэффициент внутренней теплопередачи складывается из конвективной составляющей ч внутр., конв. = 3,6 Вт/(м²·К) и, в зависимости от коэффициента излучения поверхности стекла, лучистой составляющей ч инт., рад. = 4,1 Вт/(м²·К) (для коэффициента излучения ε стекло без покрытия = 0,837, см. EN 572-1 2016), в результате чего общий коэффициент теплопередачи составляет ч внутр. = 7,7 Вт/(м²·К) на внутренних поверхностях (см. EN 673 2011). Наложение конвективной и радиационной частей коэффициента теплопередачи основано на предположении, что радиационная объемная температура окружающей среды аналогична объемной температуре воздуха (см. раздел 2.3). С помощью этого допущения и подобия уравнений 3 и 6 коэффициенты теплопередачи для излучения и конвекции могут быть совмещены и использованы в граничном условии конвекции (отдельно для внешней и внутренней части остекления).

Объемная температура граничного условия конвекции на внешних поверхностях выбрана равной T вн. = 5 °C, а для внутренних поверхностей объемная температура была выбрана равной T внутр. = 20 °C, что приводит к разности температур Δ T = 15 K внутри и снаружи согласно EN 673 (2011). Таким образом, следующие тепловые граничные условия на внешней и внутренней поверхностях для коэффициента теплопередачи ( U г) расчет:

• Внешний комбинированный коэффициент теплопередачи, постоянный: ч доб. = 25 Вт/(м²·К) при постоянной внешней температуре T доб. = 5 °C в качестве граничного условия конвекции,
• Внутренний комбинированный коэффициент теплопередачи, постоянный: ч внутр. = 7,7 Вт/(м²·К) при постоянной внешней температуре T внутр. = 20 °C в качестве граничного условия конвекции.

4.2. Тепловые граничные условия на стеклянных поверхностях, окружающих полость, для расчета коэффициента теплопередачи ( U g)

Чтобы учесть теплопередачу через полость, уравнения EN 673 (2011) конвекция) коэффициент теплопередачи. Для двух полостей тройного стеклопакета принято, что теплоизоляционные покрытия (коэффициент излучения ε ₃,₅= 0,0352) наносят на позиции 3 и 5. Позиции 2 и 4 с коэффициентом излучения согласно EN 572-1 (2016) ε ₂,₄ = 0,837 не имеют покрытия. Нумерацию позиций можно понять из рис. 5. Это приводит к идентичному набору коэффициентов излучения для обеих полостей и, как видно из уравнения 8 (EN 673 2011), также к одинаковому коэффициенту лучистой теплопередачи.

Где:

Коэффициент лучистой теплопередачи рассчитывается с помощью принятых входных значений до ч г ,₂/₃ = ч г ,₄/₅ = 0,17 Вт/(м²·К).

Коэффициент конвективной теплопередачи hg,k для обеих полостей будет рассчитываться в соответствии с формулами и граничными условиями, приведенными в EN 673 (2011 г.), при этом предполагается, что полость заполнена 90 % аргоном и 10 % воздухом. . Для определения коэффициента конвективной теплоотдачи требуется число Нуссельта, которое при заданных граничных условиях по EN 673 (2011) рассчитывается равным Nu ≈ 0,85 и устанавливается равным Nu = 1 по предельному условию. На основании рассчитанного числа Нуссельта ( Nu = 0,85 < 1) можно сделать вывод, что для температурного режима, описанного в EN 673 (2011) ( T доб. = 5 °C и T внутр. = 20 °С), теплообмен в полости происходит не за счет конвекции, а за счет теплопроводности из-за малого числа Нуссельта.

В этом смысле может возникнуть идея, что теплоперенос через полость можно смоделировать объемным телом с усредненной по объему теплопроводностью (𝜆полость = 1,7652∙10⁻²Вт (м·К)/для принятой здесь газовой смеси, 90 % аргона и 10 % наполнения воздухом). Однако при таком подходе уже нельзя было бы учитывать тепловое излучение, и это привело бы к неправильным результатам. По этой причине для моделирования теплопередачи в полости используется граничное условие конвекции, которое содержит комбинированный коэффициент теплопередачи (излучение и конвекция). Наконец, коэффициент конвективной теплопередачи h g,k согласно EN 673 (2011) можно определить с помощью уравнения 9.

Комбинированный коэффициент теплопередачи для полости тройного стеклопакета окончательно получается путем наложения излучения и конвекции ( ч r ,₂/₃ = ч r ,₄/₅ = h r ,полость = 0,17 Вт/(м²·K) и h g,k = 1,1 Вт/(м²·K)) to h полость = 9,0096 кавалерия + ч г,к = 1,28 Вт/(м²·К). Теперь для расчета коэффициента теплопередачи стеклопакета доступны все необходимые входные значения.

Изоляция чердака — введение

Когда вы начнете рассматривать изоляционные материалы, такие как изоляция чердака, вы можете быстро увязнуть в некоторых довольно сложных технических терминах. В этой статье мы постараемся упростить их, чтобы вы могли постоять за себя, когда находитесь в местном магазине «Сделай сам»!

Теплопроводность изоляционных материалов

Теплопроводность, также известная как лямбда (обозначается греческим символом λ), является мерой того, насколько легко тепло проходит через материал определенного типа, не зависит от толщины рассматриваемого материала.

Чем ниже теплопроводность материала, тем лучше тепловые характеристики (т. е. тем медленнее тепло проходит через материал).

Измеряется в ваттах на метр Кельвина (Вт/мК).

Чтобы дать вам представление об изоляционных материалах – их теплопроводность колеблется от 0,008 Вт/мК для панелей с вакуумной изоляцией (поэтому они самые лучшие, но очень дорогие!) до примерно 0,061 Вт/мК для некоторых пород дерева. волокно.

>>> НАЖМИТЕ, ЧТОБЫ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ О ПОКАЗАТЕЛЯХ U ИЗОЛЯЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ <<<

Если бы вы использовали овечью шерсть для изоляции своего имущества, это составило бы около 0,034 Вт/мК, примерно столько же, сколько у большинства других видов шерсти. и волокнистые изоляционные материалы.

R-значения

R-значение является мерой сопротивления тепловому потоку через материал заданной толщины. Таким образом, чем выше значение R, тем выше тепловое сопротивление материала и, следовательно, тем лучше его изоляционные свойства.

Значение R рассчитывается по формуле

Где:

l  — толщина материала в метрах, а

λ — теплопроводность в Вт/мК.

Значение R измеряется в метрах в квадрате по Кельвину на ватт (м ² К/Вт)

Например, тепловое сопротивление стены из сплошного кирпича толщиной 220 мм (с теплопроводностью λ=1,2 Вт/мК) составляет 0,18 м. ² К/Вт.

Если вам нужно утеплить сплошную кирпичную стену, вы просто находите коэффициент теплопроводности изоляции, а затем складываете эти два показателя. Если вы изолируете его фольгированным полиизоциануратом толщиной 80 мм (с теплопроводностью λ = 0,022 Вт / мК и значением R 0,08 / 0,022 = 3,64 м ² К/Вт), общее значение R для изолированной стены составит 0,18 + 3,64 = 3,82 м ² К/Вт. Следовательно, это улучшит тепловое сопротивление более чем в 21 раз!

Таким образом, значение R является относительно простым способом сравнения двух изоляционных материалов, если у вас есть коэффициент теплопроводности для каждого материала. Это также позволяет увидеть влияние добавления более толстых слоев того же изоляционного материала.

В реальных зданиях стены состоят из множества слоев различных материалов. Общее тепловое сопротивление всей стены рассчитывается путем сложения теплового сопротивления каждого отдельного слоя.

К сожалению, тепло проникает в ваш дом и выходит из него несколькими различными путями, и значения R учитывают только теплопроводность. Он не включает ни конвекцию, ни излучение.

Поэтому вы можете выбрать значение U, которое учитывает все различные механизмы потери тепла – читайте дальше, чтобы узнать, как это рассчитывается!

Значение U

Значение U строительного элемента является обратной величиной общего теплового сопротивления этого элемента. Значение U является мерой того, сколько тепла теряется через заданную толщину конкретного материала, но включает три основных способа потери тепла: теплопроводность, конвекцию и излучение.

Температура окружающей среды внутри и снаружи здания играет важную роль при расчете коэффициента теплопередачи элемента. Если представить себе внутреннюю поверхность участка площадью 1 м² наружной стены отапливаемого здания в холодном климате, то тепло поступает в этот участок за счет излучения со всех частей внутри здания и за счет конвекции воздуха внутри здания. Таким образом, следует учитывать дополнительные тепловые сопротивления, связанные с внутренней и внешней поверхностями каждого элемента. Эти сопротивления обозначаются как R _{si и} R _so соответственно с общими значениями 0,12 км²/Вт и 0,06 км²/Вт для внутренней и внешней поверхностей соответственно.

Это мера, которая всегда соответствует строительным нормам. Чем ниже значение U, тем лучше материал как теплоизолятор.

Это вычисляется путем взятия обратной величины R-значения и добавления конвекционных и радиационных тепловых потерь следующим образом.

U = 1/ [ R _si + R ₁ + R ₂ +… + R _{поэтому} ]

На практике это сложный расчет, поэтому лучше всего использовать программное обеспечение для расчета U-Value.

Единицы в ваттах на метр в квадрате по Кельвину (Вт/м ² К).

Ориентировочно, неизолированная полая стена имеет коэффициент теплопередачи приблизительно 1,6 Вт/м ² К, тогда как сплошная стена имеет коэффициент теплопроводности приблизительно 2 Вт/м ² К

Использование коэффициентов теплопроводности , R-значения и теплопроводность

Если вы столкнетесь с теплопроводностью, R-значениями и U-значениями в будущем, вот 3 простые вещи, которые нужно помнить, чтобы убедиться, что вы получаете лучший изоляционный продукт.