Опір теплопередачі. Опір теплопередачі огороджувальної конструкції

Теплопередача огороджувальних конструкцій - це складний процес, що включає конвекцію, теплопровідність і випромінювання. Всі вони відбуваються спільно при переважанні одного з них. Теплоізоляційні властивості конструкцій огорожі, які відображаються через опір теплопередачі, повинні відповідати чинним будівельним нормам.

Як відбувається теплообмін повітря з огороджувальними конструкціями

У будівництві задають нормативні вимоги до величини потоку тепла через стінку і через нього визначають її товщину. Одним з параметрів для його розрахунку служить температурний перепад зовні і всередині приміщення. За основу беруть найхолоднішу пору року. Іншим параметром є коефіцієнт теплопередачі К - кількість тепла, переданого за 1 с через площу 1 м², при різниці температури зовнішнього і внутрішнього середовища в 1 ordm-С. Величина К залежить від властивостей матеріалу. У міру його зниження зростають теплозахисні властивості стіни. Крім того, холод в приміщення буде проникати менше, якщо буде більше товщина огорожі.

Конвекція і випромінювання зовні і зсередини також впливають на витік тепла з будинку. Тому за батареями на стінах встановлюють відображають екрани з алюмінієвої фольги. Подібний захист роблять також усередині вентильованих фасадів зовні.

Теплопередача через стіни будинку

Зовнішні стіни складають максимальну частину площі будинку і через них енергетичні втрати досягають 35-45%. Будівельні матеріали, з яких виготовлені огороджувальні конструкції, мають різну захист від холоду. Найменшою теплопровідністю володіє повітря. Тому пористі матеріали мають найнижчі значення коефіцієнтів теплопередачі. Наприклад, у будівельної цегли К = 0,81 Вт / (м²middot-^проС), у бетону К = 2,04 Вт / (м²middot-^проС), у фанери К = 0,18 Вт / (м²middot-^проС), а у пінополістирольних плит К = 0,038 Вт / (м²middot-^проС).

У розрахунках застосовують величину, зворотну коефіцієнту К, - опір теплопередачі захисної конструкції. Воно є нормованою величиною і не повинно бути нижче певного заданого значення, оскільки від нього залежать витрати на опалення та умови перебування в приміщеннях.

На коефіцієнт К впливає вологість матеріалу огороджувальних конструкцій. У сирого матеріалу вода витісняє повітря з пор, а її теплопровідність вище в 20 разів. В результаті погіршуються теплозахисні властивості огорожі. Вологе цегляна стіна пропускає на 30% більше тепла в порівнянні з сухою. Тому фасад і дахи будинків намагаються облицьовувати матеріалами, на яких вода не утримується.

Втрати тепла через стіни і стики прорізів в значній мірі залежать від вітру. Несучі конструкції - повітропроникні, і повітря через них проходить зовні (інфільтрація) і зсередини (ексфільтрація).

Облицювання будівель

Зовнішнє облицювання вентильованих фасадів встановлюється з зазором, в якому циркулює повітря. Вона не впливає на опір теплопередачі стін, але добре протистоїть вітрового навантаження, зменшуючи інфільтрацію. Повітря може проникати в місця з'єднання віконних і дверних коробок зі стінними отворами. Через це зменшується опір теплопередачі вікон на крайніх ділянках. У цих місцях поміщають ефективну ізоляцію, перешкоджає відтоку тепла по найбільш короткому шляху. Опір теплопередачі стін і вікон в місцях сполучення буде мінімальним, і конденсат на склопакеті не утворюється, якщо розташувати рами посередині укосу.

Необхідні захисні властивості та енергозбереження досягається застосуванням теплоізоляційних багатошарових панелей, якими захищають весь фасад будинку зовні і зсередини. Системи навісного вентильованого фасаду встановлюються в будь-який час року і при будь-якій погоді. За рахунок додаткового утеплення усуваються «містки холоду» і підвищується комфорт проживання.

Втрати тепла через перекриття першого поверху

Через пів поверху втрати тепла досягають 3-10%. Будівельники мало дбають про їх утепленні, залишаючи щілини. У кращому випадку проводиться їх косметична закладення цементним розчином. Якщо температура поверхні підлоги нижча, ніж в приміщенні, на 2 ordm-С, значить, теплоізоляція цоколя виконана неякісно.

Тепловтрати через дах

Особливо великі втрати тепла через дах в одно- і двоповерхових будинках. Вони досягають 35%. Сучасні теплоізолюючі дозволяють надійно захистити стелю і дах від дії зовнішнього середовища і втрат тепла зсередини.

Як визначається опір теплопередачі

У фізичному сенсі опір теплопередачі огороджувальної конструкції характеризує рівень її теплоізоляційних властивостей і знаходиться зі співвідношення

• R = 1 / К (М²middot-^проС / Вт).

Захисні властивості стіни визначаються процесами температурного обміну на її зовнішній і внутрішній поверхнях, а також в товщі матеріалу. Для складного огорожі сумарний опір теплопередачі буде мати вигляд:

• R₀ = (R₁ + R₂ + ... + R_n) + R_в + R_н ,

де R₁, R₂, R_n характеризують властивості окремих шарів, а R_в, R_н - внутрішнє і зовнішнє взаємодія з повітрям.

Приведений опір теплопередачі

На практиці конструкції є неоднорідними і містять елементи кріплення шарів і інші зв'язки, що утворюють «містки холоду». Неоднорідність конструкцій може значно знижувати опір теплопередачі всієї конструкції. Тому його приводять до деякого усередненого значенням R₀^' для еквівалентного огорожі з рівномірними властивостями по всій площі. Наприклад, у розрахунках товщини стін будівлі враховуються тепловтрати у віконних і дверних укосах, воротах, окремих елементах будівлі через величину приведеного опору теплопередачі. На зображенні стрілками показано, як теплопровідність бетонне перекриття витягує тепло назовні.

Приведений опір теплопередачі визначається після визначення всіх основних майданчиків дії різних теплових потоків. Після цього, відповідно до ГОСТ 26254-84, проводиться розрахунок за формулою:

• R₀^' = F / (F₁ / R₀₁+ F₂ / R₀₂+...+ F_n / R_0n), Де:

F - площа огороджувальної конструкції-

F_n - площа характерною n-й зони-

R_0n -опір теплопередачі характерною n-ї зони.

Таким чином, фактичні теплові потоки через складну конструкцію приводяться до рівномірної теплопередачі через її проекцію.

Згідно ГОСТ Р 54851-2011, питома тепловий потік через огороджувальні конструкції-і визначається з виразу:

• q = (t_вн - t_н) / R₀^' ,

де t_вн і t_н - температура повітря в приміщенні, що обирається, по ГОСТ 30494, і температура зовні, обумовлена як середня по найхолоднішою п'ятиденці за рік.

Інфрачервона технологія дозволяє визначати місця, де опір теплопередачі знижується. На зображенні видно «містки холоду», де відбувається велика втрата тепла. Температура в зоні синього кольору на 8 ordm-С менше решті.

Втрати тепла через віконні отвори

Вікна займають невелику частину поверхні будинку, але навіть у подвійних склопакетів теплозахист в 2-3 рази слабкіше, ніж у стін. Сучасні енергозберігаючі вікна по характеристиці температурного захисту наближаються до властивостей стін.

Для кожного склопакета існують свої експлуатаційні характеристики. На першому місці серед них стоїть приведений опір теплопередачі, залежно від величини якого кожен виріб розділяють по класах.

Найнижчий клас - Д2 - представляють одношарові склопакети з товщиною скла 4 мм (R₀^' = 0,35 - 0,39 мmiddot- ° С / Вт). Якщо вікно має опір теплопередачі склопакетів нижче наведених мінімальних значень, то його ніяк не класифікують. У міру збільшення температурного захисту енергоефективні вікна знижують світлопропускання.

Найвищий клас опору теплопередачі - А1 - представляють двокамерні енергозберігаючі вікна з інертним газом і захисними покриттями (R₀^' > = 0,8 мmiddot- ° С / Вт). Їх теплозахисні властивості вище, ніж у деяких стін з будівельних матеріалів.

Опір теплопередачі склопакетів залежить від наступних факторів:

• співвідношення площ скління і всього блока;
• розмірів перерізів стулки і рами;
• матеріалу і конструкції віконного блоку;
• характеристики стеклопакета;
• якості ущільнень між стулкою і рамою.

Коли розраховується опір теплопередачі вікон і балконних дверей, необхідно враховувати вплив крайової зони, оскільки в місці з'єднання склопакета з профілем вікна може випадати конденсат. При монтажі також слід звертати увагу на якість ущільнення прорізів. Через термографічне пристрій можна побачити, як холод проникає в будинок через верхню і праву частини дверей (картинка знизу).Якими б ефективними не були склопакети, при вільному проходженні повітря між рамами і стінами всі їхні переваги будуть втрачені.

Вибір вікон разом з балконними дверима для кожного регіону проводиться відповідно до необхідної величиною опору теплопередачі R₀^' і кліматичними умовами, обумовленими кількістю градусо-діб періоду опалення.

Висновок

Нормовані опору теплопередачі стін і вікон дозволяють зводити енергоефективні будівлі та споруди. При розрахунках температурних характеристик стін необхідно враховувати неоднорідні властивості конструктивних елементів. Для підтримки мікроклімату потрібна надійна захист всіх частин будинку від холоду. Це дозволяють зробити сучасні утеплювачі.