Теплопроводность дома: Теплопроводность стен дома, расчет теплопроводности

Содержание

Теплопроводность клееного бруса

При выборе материалов для строительства дома учитываются различные факторы, среди которых немаловажное значение имеют показатели теплопроводности. Чтобы дом был теплым и уютным, а затраты на его отопление небольшими, важно минимизировать тепловые потери. Деревянные дома всегда отличались прекрасными теплоизоляционными характеристиками. Например, коэффициент теплопроводности сосны – 0,18 Вт/м*С.

Но этот показатель может меняться в зависимости от плотности, влажности и других особенностей древесины. Поэтому пиломатериалы предварительно проходят специальную подготовку. Благодаря использованию современных технологий, застройщики получили отличную альтернативу оцилиндрованным бревнам – клееный брус. Он превосходит другие стройматериалы по многим параметрам, включая и коэффициент теплопроводности – у клееного бруса этот параметр равен 0,1 Вт/м*С.

Сравнение теплопроводности клееного бруса и других стройматериалов

Теплопроводность – важное свойство стройматериала, отражающее его способность принимать тепло от более нагретых объектов или передавать его менее теплым телам.

Чем ниже коэффициент теплопроводности, тем лучше материал сохраняет тепло. В нижеприведенной таблице можно наглядно оценить, насколько клееный брус превосходит другие стройматериалы по способности противостоять тепловым потерям.

МатериалКоэффициент теплопроводности, Вт/м*С
Клееный брус0,1
Сухая древесина0,09–0,18
Сосна, ель поперек/вдоль волокон0,09/0,18
Дуб поперек/вдоль волокон0,1/0,23
Профилированный брус0,18
Пенобетон0,08–0,47
Кирпич керамический пустотелый0,35–0,52
Кирпич красный глиняный0,56
Керамзитобетон0,66–0,73
Кирпич силикатный0,7–1,1
Бетон1,51
Железобетон1,69–2,04
Мрамор2,91
Гранит3,49

Прекрасные эксплуатационные характеристики клееных брусьев обеспечиваются благодаря особой технологии их изготовления – тщательно высушенные доски из хвойных пород древесины составляются в пакеты и склеиваются между собой с применением специального экологически безопасного клея и прессования.

Такая слоистая конструкция обладает многочисленными достоинствами, одним из которых является высокая энергоэффективность. Она достигается благодаря низкой теплопроводности древесины и клея, которые используются при создании клееного бруса.

Поскольку плотность этого материала сравнительно низкая (порядка 500 кг/м3), показатели его теплопроводности также невысоки, что позволяет строить из клееного бруса уютные и комфортные дома. При этом стены домов можно делать более тонкими, чем при использовании других материалов. Например, стены из клееного бруса толщиной 150 мм обеспечивают примерно такую же защиту от тепловых потерь, как и стены из оцилиндрованного бревна диаметром 240 мм.

Преимущества клееного бруса по сравнению с обычным

Сравним клееный и обычный брус по теплопроводности и ряду других важных критериев.

Критерий для сравненияОбычный брусКлееный брус
ТеплопроводностьПо сравнению с оцилиндрованным бревном, он меньше накапливает влагу, поэтому лучше противостоит тепловым потерям, но клееному брусу по данному параметру уступает. Требует дополнительной теплоизоляции стен и конопатки.Теплопроводность клееного бруса почти вдвое меньше, чем обычного (0,1 и 0,18 Вт/м*С). В дополнительном утеплении дома из этого материала не нуждаются.
ЭкологичностьЭтот материал сохраняет все свойства обычной древесины, включая и экологическую чистоту.Экологичность Этот материал сохраняет все свойства обычной древесины, включая и экологическую чистоту. Доски для создания дерева – такой же экологически чистый материал, как и другая древесина. Используемый для их соединения клей и защитные пропитки также абсолютно безопасны. Главное – покупать стройматериалы у надежных производителей с безупречной репутацией.
Прочность, устойчивость к деформации и биологическому разрушениюПри хорошей обработке такой материал служит долго, но при высыхании он может немного деформироваться, а при отсутствии надлежащей обработки – гнить.Клееная древесина очень прочна (благодаря чередованию направления волокон), уверенно сохраняет свою форму и размеры, дает минимальную усадку (1%) и при своевременной обработке уверенно противостоит гнилостным поражениям и другим негативным воздействиям.
Устойчивость к возгораниюОбычный брус необходимо обрабатывать специальными составами, чтобы снизить его пожароопасность.Клееный брус устойчив к возгоранию благодаря отсутствию трещин и щелей, а также за счет обработки специальными пропитками. Со временем обработку антипиренами необходимо повторять.
Экономическая выгодаСтоимость такого материала ниже, чем клееного бруса или оцилиндрованного бревна, но важно предусмотреть дополнительные затраты на утепление стен, а также внешнюю и внутреннюю отделку.Сам материал стоит дороже, зато обеспечивается экономия на дополнительной отделке и утеплении.

Коэффициент сопротивления теплопередачи

Поскольку коэффициент теплопроводности не связан с толщиной материала, его практическое использование затруднительно. Поэтому на практике широко используется обратный параметр – коэффициент сопротивления теплопередачи. Он рассчитывается как отношение толщины материала к его коэффициенту теплопроводности. Требования к данному параметру при строительстве жилых зданий значатся в СНиП II-3-79 и СНиП 23-02-2003.

В зависимости от региона, в котором планируется строительство дома, рекомендованные значения коэффициента сопротивления теплопередачи материала могут быть различными:

РегионРекомендуемое тепловое сопротивление стен (min), м2*С/Вт
Якутск, Воркута5,6
Хабаровск, Чукотка, Камчатка4,9
Новосибирск, Магадан4,2
Москва, Санкт-Петербург, Красноярский край, Владимир, Алтай3,5
Волгоград, Белгород2,8
Астрахань, Ставрополь2,1
Сочи2,0

Для расчета термического сопротивления стены из конкретного материала нужно разделить толщину стены на коэффициент теплопроводности материала, из которого она сделана. Таким образом, для расчета рекомендуемой толщины стен нужно умножить коэффициент теплопроводности на значение теплового сопротивления. Выходит, что при строительстве дома из клееного бруса в Подмосковье или Санкт-Петербурге рекомендуемая толщина стен составляет 350 мм.

В действительности дома и коттеджи из клееного бруса с толщиной стен от 200 мм не нуждаются в дополнительном утеплении и стойко выдерживают даже сильные морозы на севере нашей страны. Дополнительное утепление может потребоваться стенам дачных домов и других сооружений, выполненных из клееного бруса с меньшей толщиной.

Выбор сечения клееного бруса

Выбор ширины сечения клееного бруса зависит от особенностей его использования, прежде всего – от назначения строительного объекта и региона страны, в котором планируется его возведение.

Толщина клееного бруса, ммПредпочтительное использованиеРегионы
240Дома для круглогодичного проживанияНаиболее морозные и ветреные широты
200, 212Дома для круглогодичного проживания. В большинстве случаев – оптимальный выбор по сочетанию цены и расходов на отопление.Любые
160, 168Дома для сезонного проживания и временного пребывания зимой. Гостевые, дачные домики, бани.Любые. Области с теплым климатом
125Летние домики, барбекю, веранды, беседки, бани, строения, в которых не планируется проживание в зимнюю пору, межкомнатные перегородки Дома для круглогодичного проживанияЛюбые. Регионы с мягким климатом
85Беседки, хозяйственные постройки, лестницы, оконные конструкции и пр.Любые

Независимо от того, брус какой толщины вы выберете, стоит учесть, что тепловые потери через стены дома не превышают 33%. Остальное теряемое тепло уходит через оконные и дверные проемы (27%), подвальные и чердачные перекрытия (21%) и вентиляционную систему (19%). Поэтому толщина бруса играет не самую важную роль для обеспечения общей энергетической эффективности дома.

Выводы

Дома из клееного бруса – теплые и комфортные. Они хорошо сохраняют тепло зимой и прохладу летом, требуют сравнительно небольших затрат на отопление и отличаются приятным микроклиматом. Но чтобы построенный дом был максимально уютным и защищенным от существенных тепловых потерь, нужно еще на этапе его проектирования использовать комплексный подход к обеспечению его энергоэффективности. Дома для постоянного проживания обычно строятся из клееного бруса с сечением 200х280 или 212х192 мм, а в наиболее холодных регионах применяется брус с сечением 240х192 или 240х280 мм.

Теплопроводность каркасного дома. Каркасный дом — теплый дом.

Выбирая тот или иной основной материал для строительства деревянного дома, мы уделяем внимание таким его характеристикам, как стоимость, экологичность, теплопроводность, надежность и прочность. В наших реалиях самым важным, является, пожалуй, теплопроводность — будет ли дом оберегать от сильных морозов зимой, или же придется докупать специальное отопительное оборудование?


Коэффициенты теплопроводности

Коэффициент теплопроводности, обозначающийся, как Вт/(м-К), у стены брусового дома, при использовании специального профиля, препятствующего образованию «моста» холода и влажности менее 18%, составляет 0,14 Вт/(м-К) при плотности 550 килограмм/кубический метр (высокая плотность материала оказывает влияние на мощность фундамента — чем выше плотность, тем дороже стоимость возведения).
Серьезное влияние на коэффициент теплопроводности оказывает влажность стройматериала. Например, массивная древесина с влажностью 40% при температуре -20 градусов по Цельсию будет обладать коэффициентом, равным 0,2 Вт/(м-К).
В тоже время теплопроводность каркасного дома и минеральной ваты составляет 0,04 Вт/(м-К). Если провести несложные вычисления можно определить теплопроводность минеральной ваты в три раза ниже. В качестве самого простого примера возьмем стену брусового дома с толщиной 150 миллиметров. Исходя из расчетов для соответствия её показателям теплопроводности достаточно всего 50 миллиметров минеральной ваты. С учетом того, что стены каркасного дома состоят из своеобразного «сэндвича», в который входит внутренний и наружный облицовочный слой (к примеру, евровагонка) с толщиной 14 миллиметров с обеих сторон, а в общей сложности 28 миллиметров дополнительной теплоизоляции, можно гарантировать, что дом, построенный по

каркасной технологии с толщиной стен всего 50 миллиметров будет теплее, чем дом из бруса с толщиной 150-180 миллиметров.
Часто строительные компании при проектировании закладывают еще 100 миллиметров утеплителя в стены — то есть, в два раза больше обычного. Еще дополнительно 150 миллиметров располагается в крыше дома. Таким образом, обеспечивается низкая теплопроводность каркасного дома даже в самые лютые российские морозы.


Утеплитель каркасного дома

Достижение хорошей энергоэффективности при минимуме затрат — это девиз, по которому ведется недорогое троительство каркасных домов.

Претворение в жизнь идеи о лучшей теплопроводности обеспечивается, в первую очередь, хорошими теплоизоляционными материалами. Именно благодаря утеплителям современное каркасное домостроение обрело вторую жизнь, выйдя из сферы «временных», сезонных жилищ. Сегодня утеплитель стал «ядром» каркасной технологии, и поэтому важно, чтобы он сохранял свои качества на протяжении всего срока эксплуатации дома.
В ходе эксплуатации каркасного дома утеплитель «работает» на сохранение ваших денег — он исключает необходимость в дополнительном или же усиленном отоплении. Экономия на качестве теплоизоляции ни к чему хорошему не приведет, и поэтому делать это не рекомендуется. Таким образом, только одно это утверждение способно подтвердить то, что строительство каркасных домов недорого действительно обходится.
Все существующие на рынке утеплители можно разделить на органические и неорганические (из стекловолокна или минеральной ваты). Теплоизоляция стен и перекрытий в каркасных домах выполняется, как правило, из волокнистых утеплителей, в частности из стекловолокна ISOVER, или же, что менее часто, из пенополистирола. Оба этих материала являются негорючими. Их использование сертифицировано различными пожарными и гигиеническими органами. Материалы из стекловолокна гидрофобны — они не впитывают влагу в себя во время эксплуатации. Благодаря особой структуре стекловолокна, длина которого составляет 15 сантиметров, а толщина в несколько раз тоньше человеческого волоса, материалы на его основе очень эластичны и упруги, отлично сохраняют исходную форму и габариты в течение всего срока эксплуатации.


Защита от пара, влаги и ветра

Ветряная погода уничтожает всю эффективность даже толстого шерстяного свитера. Но при наличии ветровки из тонкой непродуваемой стали сразу становится комфортно и тепло. Такая же ситуация и с каркасным домом: утеплитель, в качестве которого выступает стекловолокно, отлично сохраняет тепло, только если с внешней стороны обшить его специальной ветрозащитной мембраной. Также она обезопасит от влияния атмосферной влаги. С внутренней стороны утеплитель защищается пароизоляцией, которая препятствует проникновению теплого влажного воздуха в пространство утеплителя и каркаса, а также его конденсации при охлаждении вблизи наружной стороны конструкции. Очень важен при этом грамотный и профессиональный подход к установке ветро- и пароизоляции.


Внешняя и внутренняя отделка ради утепления и красоты

Каркасные дома предоставляют широкий спектр возможностей для внутренней и наружной отделки, что является одним из главных преимуществ данного типа загородных жилищ. Проекты каркасных дачных домов по каркасной технологии очень различны, и предлагают внешний вид, как дворца, так и старинной русской избы.
Отделка, как внутренняя, так и внешняя, увеличивает теплоизоляционные характеристики дома. Любой отделочный материал благотворно скажется на всех характеристиках каркасного дома — будь это евровагонка, сайдинг, кирпич или другой стройматериал.
Существуют десятки технологий возведения домов по каркасной технологии. Это практичное, надежное и рациональное жилье, являющееся, к тому же, доступным. Каркасная технология является прекрасной основой и для создания престижного современного дома, в котором будет сочетаться оригинальность вкупе с использованием дорогостоящих отделочных материалов. Выбор зависит только от фантазии, желаний и возможностей.

Значение теплопроводности в строительстве — Информио

В холодную, дождливую, ветреную погоду мы всегда стремимся вернуться в теплый дом, где можно, сняв пальто, почувствовать себя в тепле и уюте. Наружные стены, окна, крыша (т.е. ограждающие конструкции) защищают наш дом от низких температур, сильного ветра, осадков в виде дождя и снега и других атмосферных воздействий. При этом они препятствуют прониканию тепла из внутреннего помещения наружу вследствие своего сопротивления теплопередаче. В зависимости от толщины материала конструкция может иметь различное сопротивление теплопередаче: чем больше толщина материала, тем лучшими теплозащитными свойствами обладает ограждение.

 

Тепло может передаваться разными способами: теплопроводностью, конвекцией, излучением.

 

В чистом виде теплопроводность наблюдается только в сплошных твердых телах. Тепло передается непосредственно через материал или от одного материала другому при их соприкосновении. Высокой теплопроводностью обладают плотные материалы - металл, железобетон, мрамор. Воздух имеет низкую теплопроводность. Поэтому через материалы с большим количеством замкнутых пор, заполненных воздухом, тепло передается плохо, и они могут использоваться как теплоизоляционные (семищелевой кирпич, пенобетон, вспененный полиуретан, пенопласт).

 

Конвекция характерна для жидких и газообразных сред, где перенос тепла происходит в результате движения молекул. Конвективный теплообмен наблюдается у поверхности стен при наличии температурного перепада между конструкцией и соприкасающимся с ней воздухом. В окнах жилых домов конвективный теплообмен происходит между поверхностями остекления, обращенными внутрь воздушной прослойки. Нагреваясь от внутреннего стекла, теплый воздух поднимается вверх. При соприкосновении с холодным наружным стеклом воздух отдает свое тепло и, охлаждаясь, опускается вниз. Такая циркуляция воздуха в воздушной прослойке обусловливает конвективный теплообмен. Чем больше разность температур поверхностей, тем интенсивнее теплообмен между ними.

 

Излучение происходит в газообразной среде путем передачи тепла с поверхности тела через пространство (в виде энергии электромагнитных волн). Благодаря лучистому теплообмену поверхность Земли обогревается Солнцем, находящимся от нее на расстоянии многих световых лет.

 

Аналогичным образом осуществляется передача тепла излучением между двумя поверхностями, расположенными в стене и разделенными воздушной прослойкой. Нагретая поверхность радиатора излучает тепло и обогревает помещение. Чем выше температура поверхности отопительного прибора, тем сильнее обогревается помещение.

 

Все тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля, излучают тепло, которое частично отражается, частично поглощается. Если вся падающая на тело лучистая энергия отражается, то такое тело называется абсолютно белым. Если вся падающая энергия поглощается, то тело называется абсолютно черным.

 

Строительные материалы также частично отражают и частично поглощают энергию, хотя и в меньшей степени, чем абсолютное белое и абсолютно черное тела. Они называются серыми телами.

 

Светлая и гладкая поверхность отражает большую часть падающей энергии. Чем темнее и шершавее поверхность тела, тем больше энергии она поглощает. Поглощенная телом лучистая энергия превращается в тепловую и вызывает повышение температуры. Поэтому для уменьшения перегрева помещений верхнего этажа в летнее время целесообразно покрытие крыши делать из оцинкованной кровельной стали, а не из рубероида. Благодаря блестящей светлой поверхности сталь отражает значительную часть излучения и нагревается меньше, чем рубероид, имеющий темную поверхность и интенсивнее поглощающий лучистую энергию.

 

Утеплять помещения идеальнее всего на стадии его строительства.


Рисунок 1  - Приведенное сопротивление теплопередачи для различных конструкций стен.

 

Теплопроводность строительных материалов – это возможность через свою толщу проводить тепловой поток от одной поверхности к другой.Но это свойство действует лишь в том случае, если в изделии есть градиент потенциала переноса. Если мы имеем дело с пористыми веществами, на теплопроводность влияет характер пор, показатель пористости, вид вещественного состава изделия, температура и влажность.

 

Стоит отметить что у плотных материалов  теплопроводность выше,  чем у пористых, дело в том, что у последних тепловой поток может идти не только через поры, заполненные воздухом, но и через вещество изделия. Тепловой поток получает сопротивление из-за низкой теплопроводности воздуха. Но чем меньше размер пор, тем меньшую теплопроводность можно отметить у пористых материалов. А если присутствуют сообщающиеся большие поры, можно говорить об увеличении переноса теплоты движением воздуха. Таким образом, изделия, где есть сообщающиеся поры – отличаются большей теплопроводностью.

 

Некоторые нюансы вносит структура материалов и условия их теплопроводности. В частности, если при строительстве замечено увлажнение, в таком случае резко увеличивается теплопроводность изделий. Дело в том, что тепловой поток проходит быстрее и лучше, если поры заполнены водой.

 

Кроме того, особое влияние на теплопроводность оказывает структура материалов. Неодинаковые свойства у изделий со слоистым и волокнистым строением. К примеру, теплопроводность пола из деревянной торцовой шашки выше подобного образца из щитового и дощатого паркетного пола. Это объясняется тем, что у древесных материалов термическое сопротивление поперек вдвое больше, чем при направлении теплового потока вдоль волокон. Такие особенности зафиксированы и при работе со слоистыми искусственными изделиями.

 

Сейчас на рынке почти каждый день появляются все новые и новые виды утеплителей. Каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками.  Но, из самых популярных очень сложно выбрать нужный, потому что при сравнении выясняется, что один лучше другого. На самом деле универсального утеплителя не существует, и для каждой утепляемой части дома – стены, крыша, пол и так далее – нужно подбирать свой тип.

 

Выбор теплоизоляционных материалов (ТИМ), хороших для каждой конструкции дома, задачка не из легких: за последнее десятилетие на рынке их появилось неописуемое огромное количество.

 

Хорошо утеплить собственный дом можно только при всеохватывающем подходе к термоизоляции.Всеохватывающее утепление дома позволяет: уменьшить толщину ограждающих конструкций, повысить их теплоизоляционные свойства, понизить массу сооружений и расход стройматериалов, а в эксплуатационный период существенно уменьшить издержки на энергию при отоплении построек.

 

Строители подсчитали, что больше половины всего тепла из дома уходит через стенки и окна, при этом, чем больше площадь наружных поверхностей, тем выше будут теплоотдачи. Один из методов минимизировать их знаком всем дачникам: пристройка к дому веранды и других подсобных помещений. В прохладное время года они делают функцию буфера, защищающего внутренние комнаты от внешнего воздуха. Самое проблемное место в доме, исходя из убеждений теплопотерь это окна. Потому нужно верно избрать тип оконного блока и детали его установки, также направить внимание на сопряжение окон со стенками, толщину оконной коробки, размещение окна в плоскости стенки. Чтоб минимизировать утраты, можно установить окна с трехслойным остеклением в спаренных древесных рамах.

 

Фасад строения можно утеплить 3-мя методами: изнутри, снаружи и утеплением внутри стенки. Предпочтение, обычно, отдается системам внешнего утепления. Это, во-1-х, позволяет сохранить полезную площадь помещений, а, во-2-х, не заниматься устройством пароизоляции и воздушных зазоров, препятствующих конденсации пара. В качестве ТИМ для фасадного утепления можно с фурором использовать минеральную вату, стекловолокно, изделия из полистирола и др.

 

Такой метод утепления не только защитит дом от воздействий наружной среды и уменьшит эксплуатационные издержки на отопление, но и сделает лучше звукоизоляционные характеристики дома, также облагородит его внешний облик.

 

Не забывайте, что показатели теплопроводности очень важны при строительстве зданий. Ведь от грамотного изучения технических характеристик материалов зависят будущие расходы на отопление дома.

 

Библиографический список

  1. Физика: Учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования / В.Ф. Дмитриева.- 6-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.
  2. Строительные материалы и изделия: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования /Ю.Г. Барабанщиков. – 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2010.
  3. Технология и организация строительства: Г.К. Соколов. – 7-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2010.

Теплопроводность материалов для строительства дома

При возведении любого здания необходимо учитывать теплопроводность строительного материала, использующегося для устройства стен, кровли и других элементов конструкции. Под этим термином подразумевают свойство материала изменять температуру при внешнем воздействии, пропускать сквозь себя тепловую энергию. Для того, чтобы количественно оценить данное свойство любого материала используют коэффициент теплопроводности.

Что такое коэффициент теплопроводности
Эта физическая величина равна количеству теплоты (измеряемой в килокалориях), проходящей через материал, толщина которого составляет 1 м, а площадь – 1 м³ за 1 час. Разница температур, измеренных на противоположных сторонах его поверхности, должна быть равной 1 °С. Исчисляется теплопроводность в Вт/м град (Ватт, деленный на произведение метра и градуса).

Использование данной характеристики строительных материалов продиктовано необходимостью оптимального их подбора для создания максимальной теплоизоляции. Это необходимое условие для экономии теплоносителей и комфорта живущих или работающих в здании людей. Также теплопроводность учитывается при выборе материала для дополнительного утепления дома.

Сравнительная характеристика теплопроводности строительных материалов
Коэффициент теплопроводности материалов различный. К примеру, у сосны этот показатель равен 0,17 Вт/м град, у пенобетона – 0,18 Вт/м град: то есть, по способности сберегать тепло они примерно идентичны. Коэффициент теплопроводности кирпича пустотелого – 0,55 Вт/м град, а обыкновенного (полнотелого) – 0,8 Вт/м град. Из всего этого следует, что для того, чтобы кирпичный дом был таким же теплым, как и деревянный сруб (из сосны), толщина его стен должна втрое превышать толщину стен сруба.

Практическое использование материалов с низкой теплопроводностью
Современные технологии производства теплоизолирующих материалов предоставляют широкие возможности для строительной индустрии. Сегодня совершенно не обязательно строить дома с большой толщиной стен: можно удачно комбинировать различные материалы при возведении энергоэффективных построек. Не очень высокую теплопроводность кирпича можно компенсировать использованием дополнительного внутреннего или наружного утеплителя, например, пенополистирола, коэффициент теплопроводности которого – всего 0,03 Вт/м град.

Взамен дорогих домов из кирпича и не эффективных с точки зрения энергоэффективности монолитных и каркасно-панельных домов из тяжелого и плотного бетона сегодня строят здания из ячеистого бетона (блоки керамзитобетонные своими руками). Его коэффициент теплопроводности такой же, как древесины: в доме из такого материала стены не промерзают даже в самые холодные зимы.

Такая технология позволяет возводить более легкие и дешевые здания. Уменьшается также и время, затрачиваемое на строительные работы. Для более легких сооружений не требуется сооружать тяжелый глубоко заглубленный фундамент: в ряде случаев достаточно легкого ленточного или даже столбчатого (фундамент под дом из газобетона).

Особенно привлекательным данный принцип строительства стал для возведения легких каркасных домов. Сегодня с использованием материалов с низкой теплопроводностью возводится все больше коттеджей, супермаркетов, складских помещений и производственных зданий. Такие строения могут эксплуатироваться в любой климатической зоне.

Принцип каркасно-щитовой технологии строительства заключается в том, что между тонкими листами фанеры или плит OSB помещается теплоизолятор. Это может быть комбинация из минеральной или стекловаты с пенополистиролом. Толщина материала выбирается с учетом его теплопроводности. Тонкие стены вполне справляются с задачей тепловой изоляции. Таким же образом устраивается кровля. Данная технология позволяет в короткие сроки возводить здание с минимальными затратами средств.

Звоните нам: +7 (921) 953-65-10

Контакты:

Адрес: Светловская, 17-г, 121287, Москва,

Телефон:+7 971-921-16-24, Электронная почта: [email protected]

Теплопроводность стен сруба

Потери тепла в домах происходят по нескольким направлениям. 1) Щели в деревянных конструкциях (плохой сруб), приток холодного воздуха через полы; отток теплого воздуха через перекрытия, крышу. 2) Конвекция через остекление. 3) Переток воздуха через открытые окна, двери, работающую климатическую систему; теплопроводность через деревянные стены. Теплопроводность - меньшая из зол, работающая на благо.

Каждая из трех основных групп теплопотерь настолько реальна, что может претендовать в некоторых случаях на половину общих теплопотерь всего дома. В наше время регулярного роста цен на источники энергии проблему надо решать комплексно. Устранение одной из основных причин (герметизация щелей к примеру) уменьшит общие теплопотерь лишь на 25%. На теплопроводность сосны повлиять не получиться, но принимать во внимание ее стоит.

Теплопроводность любого материала - это способность, при разнице температур на противоположных поверхностях, проводить тепловой поток через себя в сторону низкого значения.

Прямой противоположностью теплопроводности является термическое сопротивление. Эти понятия настолько связаны, что их стоит рассматривать вместе. Коэффициент теплопроводности волокнистых материалов зависит от плотности и текущей влажности древесины. Влага значительно увеличивает теплопроводность. В массиве дерева она всегда присутствует, регулируется естественными процессами, протекающими в стенах дома.

Разница в направлении теплового потока по отношению к волокнам дерева. Вдоль волокон (по длине бревна сруба) теплопроводность на порядок выше, чем поперек. Ниже приведена сравнительная таблица теплопроводности некоторых материалов, из которой понятно, почему бетон ледяной зимой и прохладный летом.

  • Сосна (вдоль волокон) 0,30
  • Сосна (поперек волокон) 0,17
  • Бетон 0,03
  • Вода 0,6

Теплопроводность сосны и ели выше искусственных материалов. Выражается это в быстром прогревании стен, соответственно эффективном возврате тепла окружающему воздуху. Что напрямую влияет на комфорт в деревянном доме. Чем толще венцы сруба, тем прогреваются медленнее. Но, когда прогреются, дольше не остывают. В доме из бревна солидного диаметра банально теплее, так как больше теплоемкость сруба.

Растрескивание (на рубленном бревне трещин меньше бывает) есть в любом деревянном доме. На теплопроводность стен особо не влияет. Сквозные трещины только на брусе бывают. Важно понимать: не холод в дом идет, тепло из дома уходит.

Есть зависимость теплоты стен от плотности породы древесины. В еловом срубе теплее (меньше плотность), чем в сосновом (средняя). В доме из лиственницы (высокая плотность) всех холоднее. Так же обратите внимание на теплопроводность воды из таблицы. Например, в клееном брусе тепло сразу после сборки. Там влажность дерева с производства 7-8% внутри и 17-18% в наружном ламеле. Плюс клей препятствует выходу тепла на улицу через стену. Бревно только через пару лет просохнет до таких значений. Но, стоит более доступных денег + подогревает воздух, проходящий через стену. Склеенный брус так не умеет.

Какая теплопроводность и прочность каркасного дома

  • Автор Fbase
  • Рубрика Строительство

Бытует мнение — «Каркасный дом с толщиной стены 200 мм не может быть прочным и теплым, такой дом любой ураган развалит, не говоря уже о механическом воздействии». Давайте разберем более детально, чтобы не быть голословными.

Настоящий каркасный дом по канадской технологии построенный компанией «ForestBase» обладает теплоэффективностью, которая превышает действующие нормативы по Московскому региону и соответствует самым жестким европейским стандартам. Чтобы добиться такой энергоэффективности в кирпичном доме, пришлось бы воздвигнуть стену из кирпича толщиной не менее 1.5 м! Традиционные для России конструкции в своей массе и близко не обладают подобными характеристиками, а владельцы таких домов зачастую расходуют свои средства на нагрев воздуха вне помещения.

Расчет стен каркасного дома

Коэффициент тепловодности утепленной:
1. Стены каркасного дома – λ0=0,04Вт/(м*С) — 150 мм.
2. Стены из газо и пено бетона λ0=0,17Вт/(м*С) — 550 мм.
3. Стена из глиняного кирпича — λ0=0,56Вт/(м*С) — 1800 мм.
4. Стена из силикатного кирпича — λ0=0,70Вт/(м*С) — 2400 мм.
5. Стена из железобетона — λ0=1,7 Вт/(м*С) — 5400 мм
6. Согласно норм расчета — СНиП II-3-79* «СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТЕХНИКА» СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».
7. Согласно введенного Федерального закона №261-ФЗ «Об энергосбережении» повышающим требования к домам, предназначенным для постоянного проживания, каркасные дома относятся к энергоэффективным.

С обсуждениями недоверия к толщине и прочности стены каркасного дома можно столкнуться, прежде всего, на наших российских форумах, т.к. такого вопроса давно не существует в развитых странах.
Большая часть строений из бруса и бревна имеет сравнимую, если не меньшую толщину стены. С точки зрения эксплуатации и строительства, это не недостаток, а несомненное преимущество – при постройке дома с одинаковыми внешними габаритами (к примеру, 9 на 10 метров) из, например, кирпича и по деревянно-каркасной технологии, полезная площадь последнего будет значительно больше.
Прочность домов из кирпича и бетона, конечно же, выше, однако надо задать вопрос: «Относительно каких нагрузок?». Традиционные сооружения достаточно массивны и тяжелы, они создают огромную нагрузку на фундамент и, скажем, сейсмическая активность, «подмывание грунтов» и «проседания» фундамента создают нагрузки с которыми они зачастую не справляются, трескаются и им необходим капитальный ремонт или вывод из эксплуатации*.

Из заключения государственной комиссии по результатам землетрясения 1994 года в Нордридже, Лос-Анджелес, США: «В связи с ранним утром большого количества жертв удалось избежать, т.к. люди находились у себя в домах, построенных по каркасной технологии, а не в построенных из железобетона торговых центрах и офисах».

Нас волнуют ветровые и ураганные нагрузки? Тогда почему на родине ураганов и торнадо — США, так развито строительство каркасных домов?

При правильном проектировании и строительстве каркасного дома, конструкция фундамента и дома едина, а это достаточно массивное сооружение, которому не страшны погодные катаклизмы.

Серьезные проблемы для каркасных домов начинаются со значения шкалы Фудзиты F3 и более (скорость ветра более 80 м/с): возможны повреждения стен. Стоит упомянуть, что при таком торнадо ветер разбрасывает автомашины на сотни метров, и не просто вырывает деревья, а поднимает в воздух целые участки леса. Таких ураганов в России, а тем более в ее центральной части, ввиду географического положения быть не может.

При нашумевшем урагане в Москве и области 20 июня 1998 года скорость ветра не превышала 31 м/с (значение шкалы F0), а наибольший зарегистрированный ураган в России произошел во Владикавказе (Северная Осетия), при котором скорость ветра составила 50 м/с (значение шкалы F1). Конечно, при таких ветрах зачастую происходят повреждения кровли, так же как и у кирпичных, бетонных и прочих домов. Пример: США, Клермон, штат Джорджия, март 1998. Владелец дома после ураганного ветра потерял 25 взрослых деревьев и кровельную плитку. Сам каркасный дом не получил никаких повреждений.

Действительно, независимо от технологии, любую строительную конструкцию можно разрушить, как говориться — «ломать — не строить». И, конечно же, прочность стен каркасного дома меньше чем у кирпичных и бетонных конструкций. Однако, рукой его не пробьешь. Кроме силового каркаса, состоящего из бруса толщиной 150 мм, он защищен листами цементно-стружечной плиты, листами OSB (ОСП).  Строительными инструментами такую стену можно разрушить, однако вы уверены в том, что пользуясь ими, нельзя разрушить кусок кирпичной кладки?

Это не говоря еще и о том, что большая часть домов, которые вводятся в эксплуатацию, со строительной компанией «ДомКихот», имеют каменный фасад (комплектация «Премиум»). Такое решение, не отличается по прочности от дома построенного по другой технологии с аналогичным фасадом.

Если опасаться внедорожника, который не справился с управлением и влетел в дом, то такие случаи в США и Канаде уже были. Чаще всего это автомашины самих же хозяев, которые находились в состоянии опьянения и «парковались» на полной скорости в дом. Нет, такой удар не разносит полдома, его прежде всего встречает силовой каркас — сразу несколько силовых балок. Ту часть стены, которая встретит удар, будет необходимо отремонтировать, но такой ремонт достаточно прост и займет не более недели. Вероятно, стоимость ремонта внедорожника будет гораздо выше, чем дома. Кроме того, что будет, если такой же внедорожник столкнется с кирпичным домом — дом пострадает не меньше и ремонт все равно делать.

Все традиционные технологии, с давних времен используемые в России, обладают значительными несущими способностями, заставляя Вас платить за тепло, улетающее в воздух, за срок строительства, за стоимость данных несущих материалов.
Выбор этих технологий для малоэтажного строительства — это не выбор профессиональных проектировщиков и строителей, это выбор эпохи советского домостроения, когда были массово построены заводы по изготовлению кирпича и железобетона и понятия «разумность» в рамках страны не рассматривалось.

Одно из огромного количества ошибочных решений советской эпохи – централизованные сети отопления, например те, которые на теплотрассе теряют до 70% энергии и требуют такого же «централизованного обслуживания», когда теплая вода в дома даже не подается.

80% малоэтажных индивидуальных домов для постоянного проживания строящихся в мире ежедневно, строятся по деревянно-каркасной технологии. США, Канада, Финляндия, Австрия, Германия, Япония —  список стран, где деревянно-каркасное строительство введено в качестве государственных программ, можно продолжать…. В этих странах уже давно сделали свой разумный выбор.

Таблица теплопроводности строительных материалов

Теплопроводность материалов, из которых строится здание — это важный показатель, от значения которого зависит, насколько хорошо будет сберегаться тепло в вашем доме. Особенно стоит обращать внимание на теплоизоляционные свойства продуктов, применяемых для возведения наружных стен, так как они защищают внутреннюю часть строения от потери тепла зимой. Чем этот показатель ниже, тем дольше сохраняется тепло, а следовательно, снижаются затраты на обогрев жилья.

Таблица теплопроводности

Теплопроводность — это способность материи проводить тепло и принимать температуру окружающих ее объектов. Единицей измерения коэффициента показателя тепла является величина Вт/(мК). В таблице, представленной ниже, указана теплопроводность основных стеновых материалов, которые наиболее часто применяются при строительстве и утеплении фасадных стен.

Материал

Плотность материала (кг/м3)

Коэффициент теплопроводности

Кирпич керамический полнотелый

1800

0,56

Кирпич силикатный

1800

0,7

Раствор цементно-песчаный

0,58

Раствор известково-песчаный

0,47

Газобетон, пенобетон на цементе

1000

0.29

Газобетон, пенобетон на извести

1000

0,31

Газобетон, пенобетон на цементе

600

0,14

Газобетон, пенобетон на извести

600

0,15

Арболит

О,07-0,17

железобетон

2500

1,69

Бетон

2400

1,51

Пенополиуретан

40

0,029

Пенополиуретан

80

0,041

Известняк

2000

0,93

Известняк

1400

0,33

Пенополистирол экструдированный

35

0.029

Минеральная вата каменная

180

0,038

Минеральная вата стеклянная

85

0,044

На коэффициент любой величины может влиять влажность воздуха, так как его значения, хотя и незначительно, изменяются в зависимости от времени года и климатических условий. Там, где в таблице не указана плотность материала, значение не является решающим в показателях проводимости тепла.

Теплопроводность материала определяется его химическим составом, степенью и характером пористости, а также условиями, при которых происходит передача теплоты влажностью и температурой воздуха. Материалы, имеющие волокнистую и слоистую структуру строения, могут по-разному проводить тепло. Например, изделия из древесины, с поперечным сечением волокон обладают большей степенью теплопроводности, чем с продольным сечением.

Так как воздух очень слабо передает тепло (0,023Вт/м-0C), пористые материалы с воздушными ячейками обладают меньшими теплоизоляционными свойствами. Но если продукт напитан влагой, его теплопроводность увеличивается, потому что вода проводит тепло быстрее, чем воздух, в 25 раз.

К содержанию ↑

Сравнительная характеристика

Исходя из данных таблицы, которые взяты из СНИП от 2003 года, наименьшей теплопроводностью обладают пористые стеновые материалы, такие как пенобетон и газобетон (см. Что лучше пенобетон или газобетон) на основе извести и арболит. Но у ячеистой структуры есть большой недостаток: поры быстро насыщаются влагой из окружающей среды, в результате чего увеличивается их теплопроводность.

К тому же, напитываясь влагой, после нескольких циклов замерзания и размораживания, пористые структуры начинают терять свою прочность, что ведет к разрушению материала. Для сохранения морозостойкости газобетона и пеноблоков, используют влагоустойчивую отделку для наружных работ.

Стены дома из кирпичной кладки обладают большей теплопроводностью, поэтому для лучшего сбережения тепла их толщина должна быть около 40, а то и 50 см. Такой расход ведет к удорожанию строения, поэтому в последнее время кирпич все чаще применяется как облицовочный материал.

Им обкладывают стены из легких блоков, защищая их от разрушающего действия влаги. К тому же, кирпичный дом выглядит красиво и не требует дополнительной отделки. При желании между кирпичной кладкой и бетонными блоками крепится утеплитель, что еще увеличивает сохранность тепла в доме.

К содержанию ↑

Виды утеплителей

Из утеплителей меньшей теплопроводностью обладают пенополистирол и экструдированный пенополиуретан. Это жесткие, хрупкие материалы, выпускающиеся в плитах, и имеющие ячеистую структуру. Но нужно учесть, что при увеличении плотности структуры материала, увеличивается и его способность пропускать тепло.

Минеральные утеплители кроме хорошей сохранности тепла, обладают отличными звукоизоляционными свойствами: они гасят звуки, не позволяя им проникнуть в помещение.

Производится минвата в виде плит или в рулонах. Плитами обкладываются стены, кровля, пол. Рулонный утеплитель пригоден для укрытия труб водоснабжения и отопления.

Читайте также:

Тепловые свойства строительных материалов

Предыдущие колонки технических данных охватывали тепловые свойства многих материалов, которые являются общими для упаковки электроники. Технические данные по этому вопросу шире по объему и касаются обычных строительных материалов, некоторые из которых используются в лабораторных условиях теплопередачи в дополнение к их обычным строительным применениям. Знание теплопроводности и теплоемкости элементов, используемых для создания или поддержки испытательного набора, часто требуется для понимания и интерпретации результатов (или, по крайней мере, для понимания того, почему для достижения теплового равновесия требуется так много времени).

В таблице 1 перечислены некоторые строительные материалы и их термические свойства при номинальной комнатной температуре. Металлы и сплавы не были включены, потому что они были рассмотрены ранее. Следует отметить, что эти значения являются приблизительными и репрезентативны для конкретного типа материала. Некоторые материалы поглощают воду, которая, в свою очередь, меняет их свойства. Например, теплопроводность древесины во влажном состоянии может увеличиваться на 15%. Материалы, используемые в качестве изоляторов, которые полагаются на воздух, такие как одеяла из стекловолокна, демонстрируют большее изменение свойств во влажном состоянии.Следует отметить, что диапазон значений теплопроводности для этих материалов довольно скромный (около двух порядков).

Таблица 1. Тепловые свойства конструкционного материала при комнатной температуре [1-4]

Материал Теплопроводность
(Вт / м · К) при ~ 300 К
Удельная теплоемкость
(Дж / кг · К)
Плотность
(кг / м 3)
Кирпич 0.7 840 1600
Бетон - плотный 1,4 840 2100
Бетон - легкое литье 0,4 1000 1200
Гранит 1,7 - 3,9 820 2600
Стекло (окно) 0,8 880 2700
Твердая древесина (дуб) 0.16 1250 720
Хвойные породы (сосна) 0,12 1350 510
Поливинилхлорид 0,12 - 0,25 1250 1400
Бумага 0,04 1300 930
Акустическая плитка 0,06 1340 290
ДСП (низкой плотности) 0.08 1300 590
ДСП (высокой плотности) 0,17 1300 1000
Стекловолокно 0,04 700 150
Пенополистирол 0,03 1200 50

Повышение затрат на энергию и обновленное понимание того, что минимизация нежелательной теплопередачи является выгодной, продолжает создавать стимулы для использования строительных методов и материалов с меньшим энергопотреблением.Преимущества эффективного терморегулирования внутренней электроники также должны сочетаться с термически эффективной конструкцией помещения. Использование изолирующих материалов (с низкой теплопроводностью) может быть желательным, но природа не обеспечила настоящих теплоизоляционных материалов, по крайней мере, по сравнению с диапазоном выбора материалов для электропроводности. Исследование термических свойств этих типов материалов приведет к получению данных со значительными отклонениями из-за различий в составе и различных условий испытаний.

Для многих материалов данные могут быть найдены в виде значения R. Значение R представляет собой обратную величину теплопроводности и имеет единицы измерения ft 2 ��F�h / Btu (иногда данные отображаются в единицах СИ, K�m 2 / Вт и обычно обозначаются как RSI). Более высокое значение R указывает на более ограниченный путь теплового потока. При условии, что указана толщина, возможно получение приблизительной теплопроводности. Однако путаница и разногласия по поводу экстраполяции значений R на значение толщины и тот факт, что большинство этих материалов используются в средах с влажностью и движущимся воздухом и подвержены старению, вынудили стандарты в отношении того, как их следует измерять, сообщать и рекламировать. [5,6].Если требуются более чем приблизительные значения, обычно требуется дальнейшее тестирование.

Список литературы
  1. Incropera, F., De Witt, D., Introduction to Heat Transfer, 2nd Edition, John Wiley and Sons, 1990.
  2. www.goodfellows.com
  3. Веб-сайт удобной низкоэнергетической архитектуры (http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/index.html)
  4. www.coloradoenergy.org/procorner/stuff/r-values.htm
  5. ASTM C1303, «Стандартный метод испытаний для оценки долгосрочного изменения термического сопротивления необработанных жестких пенопластов с закрытыми порами путем разрезания и масштабирования в лабораторных условиях.”
  6. Федеральная торговая комиссия «Маркировка и реклама теплоизоляции домов 16CFR460», {www.ftc .gov / bcp / rulemaking / rvalue / 16cfr460.shtm # content # content}

Теплопроводность (закон Фурье) - tec-science

Теплопроводность - это показатель того, насколько хорошо или плохо материал проводит тепловую энергию (показатель силы теплопроводности)!

Теплопроводность

В общем, тепло может передаваться тремя различными способами (дополнительную информацию о различных типах, упомянутых ниже, см. В статье Теплопередача):

Теплопроводность имеет большое техническое значение, особенно в твердых телах, но также и в тонких газах при повышенных температурах теплопроводность преобладает над тепловым излучением и конвекцией.Так, например, стены дома или изоляционные панели, вспененные воздухом, должны проводить тепло лишь в небольшой степени. Благодаря этому зимой через стены здания наружу проникает лишь небольшое количество тепла. Это предотвращает слишком быстрое охлаждение здания. Но это также имеет то преимущество, что из-за низкой теплопроводности летом в здание снаружи проникает лишь небольшое количество тепла. Таким образом, внутри здания остается приятно прохладно.

Рисунок: Теплопроводность через стену дома

В связи с особой важностью теплопроводности, она будет охарактеризована более подробно ниже.Уже повседневная практика показывает, что одни материалы проводят тепло лучше других. Металлы обычно являются очень хорошими проводниками тепла, тогда как пластик или дерево обычно проводят тепло лишь в меньшей степени. По этой причине ручки на горячих металлических предметах, таких как, например, дверцы духовки, сделаны из дерева (см. Также статью Температурный отклик человека). По этой же причине металлические чайники обычно имеют пластиковую ручку.

Рис.: Деревянная ручка на металлической дверце дровяной печи

Независимо от материала, первый вопрос, который возникает, - какие еще параметры влияют на то, сколько тепла проводит материал.

Влияние разницы температур

Для того, чтобы тепловой поток вообще возник, на объекте сначала должна присутствовать разница температур. Если придерживаться примера со стеной здания, причиной теплового потока является разница температур внутри здания и окружающей среды.

Рисунок: Профиль температуры через стену дома

Практика показывает, что чем больше разница температур, тем больше тепла проходит через стену здания.Это также причина того, что зимой требуется больше тепла, чем осенью или весной. Из-за большей разницы температур зимой внутри и снаружи стены поток тепла через стену больше, чем весной, когда разница температур меньше. Если разница температур равна нулю, т. Е. Наружный воздух имеет такую ​​же температуру, как и воздух внутри здания, то в обогреве нет необходимости. В результате тепло не проникает через стену наружу.

Тепловой поток через объект тем больше, чем больше разница температур от одной стороны объекта к другой!

Более подробный анализ показывает, что скорость теплового потока Q * через объект почти пропорциональна разности температур ΔT. Таким образом, умножение разницы температур означает равное увеличение теплового потока:

\ begin {align}
& \ dot Q \ sim \ Delta T \\ [5px]
\ end {align}

Влияние толщины материала

Кроме того, толщина объекта влияет на тепловой поток.Даже здесь повседневный опыт показывает, что чем тоньше объект, тем больше тепла проходит через него. Наоборот, это, конечно, означает, что чем толще материал, тем меньше тепловой поток. Поэтому зимой вы надеваете толстую куртку вместо тонкой.

Влияние толщины материала на тепловой поток также явно проявляется в стенах зданий. Толстые стены позволяют зданию остывать медленнее, чем относительно тонкие стены. Тепловой поток через толстую стенку явно меньше, чем через тонкую.

Рис.: Тепловой поток через толстую и тонкую стену здания.

Радиаторы в старых зданиях, которые по оптическим причинам несколько утоплены в стены здания (радиаторные ниши , ), поэтому являются очень неблагоприятными по двум причинам по энергетическим причинам. С одной стороны, стена здания там относительно тонкая, что уже вызывает большой тепловой поток. С другой стороны, там же находится система отопления, т.е.на внутренней стене очень высокая температура. Разница температур внутри и снаружи также относительно велика, что еще больше увеличивает исходящий тепловой поток! Установка световозвращающей пленки за радиатором практически не дает (вопреки утверждениям многих производителей) ощутимого изоляционного эффекта.Отражающая фольга помогает только против теплового излучения, но не против гораздо большего эффекта теплопроводности!

Рис.: Ниша для радиатора в здании

Тепловой поток через теплопроводящий объект тем меньше, чем он толще!

Более подробные исследования показывают, что удвоение толщины материала означает уменьшение вдвое теплового потока. Таким образом, тепловой поток Q * и толщина материала Δx взаимны:

\ begin {align}
& \ dot Q \ sim \ frac {1} {\ Delta x} \\ [5px]
\ end {align}

Влияние площади поверхности материала

Тепловой поток также напрямую зависит от площади, через которую проходит тепловой поток, т.е.е. площадь поперечного сечения, перпендикулярная направлению теплового потока. В случае стены здания это площадь стены. Чем больше площадь, тем больше тепла может пройти через поверхность или объект. Следовательно, тепловой поток также относительно велик для больших поверхностей. Поэтому затраты на отопление обычно выше для зданий с большим количеством больших окон (которые обычно проводят тепло лучше, чем стены здания), чем в зданиях с несколькими маленькими окнами. Через большую площадь окна проникает много тепла, т.е.е. тепловой поток через него относительно высок.

Тепловой поток через объект тем больше, чем больше площадь поперечного сечения материала!

Уменьшение теплового потока за счет уменьшения площади поверхности бессознательно очевидно и у нас, людей. Приседание в холодную погоду - это как раз то инстинктивное поведение, в основе которого лежит принцип уменьшения площади поверхности. Из всех геометрических форм сфера имеет наименьшую возможную площадь поверхности по отношению к ее объему и поэтому чрезвычайно выгодна с энергетической точки зрения.Сжимаясь вместе, человек пытается принять форму шара. С его помощью стараются создать как можно меньшую площадь поверхности, контактирующей с холодной окружающей средой. Таким образом достигается низкий тепловой поток, и тело дольше остается в тепле.

Рис.: Пригорание для уменьшения площади, излучающей тепло

При более внимательном рассмотрении видно, что тепловой поток пропорционален площади поверхности. Это легко понять. Например, можно представить две одинаковые поверхности на стене здания. Одинаковый тепловой поток проходит через обе поверхности.Теперь вы мысленно берете обе поверхности вместе, чтобы образовать одну большую, т. Е. Удваиваете поверхность. Очевидно, что вдвое больше тепла будет проходить через вдвое большую площадь. Таким образом, тепловой поток и площадь пропорциональны друг другу:

\ begin {align}
& \ dot Q \ sim A \\ [5px]
\ end {align}

Рисунок: Влияние площади на тепловой поток

Увеличенный тепловой поток через большие поверхности используется, например, для радиаторов. По этой причине радиаторы обычно не собираются как одна большая плоская деталь, а состоят из множества открытых труб.Это увеличивает площадь поверхности, что приводит к увеличению общего теплового потока. В квартире быстрее прогревается.

Рисунок: Цилиндрические нагревательные трубы радиатора

Принцип действия охлаждающих ребер также основан на увеличении площади поверхности и, соответственно, более высоком тепловом потоке. Только то, что в этом случае тепло не подводится, а рассеивается. Это означает, что объект можно охладить быстрее. На рисунке ниже показано использование ребер охлаждения для охлаждения микросхемы видеокарты (GPU).

Рис.: Теплопередача для охлаждения на примере видеокарт

Закон Фурье

Как показывают отношения, описанные выше, тепловой поток Q * через материал, таким образом, пропорционален разности температур ΔT, пропорционален площади материала A и обратно пропорционален его толщине Δx. Это можно представить следующим образом:

\ begin {align}
\ dot Q & \ sim \ frac {\ Delta T \ cdot A} {\ Delta x} \\ [5px]
\ end {align}

Это соотношение применяется независимо от материала, т.е.е. для любого материала тепловой поток будет пропорционален разности температур и площади поверхности и обратно пропорционален толщине. Однако, вводя константу пропорциональности λ, зависящую от материала, это соотношение может быть окончательно сформулировано в виде уравнения. Это уравнение также известно как закон Фурье .

\ begin {align}
\ label {q}
& \ boxed {\ dot Q = \ lambda \ cdot \ frac {\ Delta T \ cdot A} {\ Delta x}} ~~~~~ \ text {и } ~~~~~ [\ lambda] = \ frac {\ text {W}} {\ text {m} \ cdot \ text {K}} ~~~~~ \ text {теплопроводность} \\ [5px]
\ end {align}

Закон Фурье описывает тепловой поток, который проходит через материал за счет теплопроводности!

Коэффициент пропорциональности λ в приведенном выше уравнении называется теплопроводностью и в значительной степени определяется только материалом объекта.Теплопроводность выражается в единицах Вт / (м · К) («ватт на метр и кельвин»). Теплопроводность, например, 2,4 Вт / (м · К) означает, что при толщине материала в один метр тепловой поток в 2,4 Вт (т.е. 2,4 Дж в секунду) проходит через площадь в один квадратный метр, если разница температур составляет один Кельвин.

Теплопроводность - это показатель того, насколько хорошо или плохо материал проводит тепловую энергию. («Мера прочности теплопроводности»)! Это относится только к передаче тепла за счет теплопроводности, а не конвекции или излучения!

Закон Фурье в этой форме применяется только в том случае, если поверхности, через которые проходит тепло, плоские и параллельны друг другу.В действительности, однако, теплопроводность не является чисто материальной константой, а зависит от температуры. Поэтому при больших перепадах температур теплопроводность может относительно сильно изменяться по толщине материала. В этих случаях необходимо использовать среднее значение теплопроводности.

Следует еще раз отметить, что теплопроводность описывает только теплопередачу за счет теплопроводности внутри материала. Перенос тепла на границе раздела из-за тепловой конвекции не учитывается.Когда тепло передается через стену здания, обычно существует множество различных материалов, которые влияют на общую теплопередачу. Внутри и снаружи это могут быть, например: обои → штукатурка → кирпичная кладка → изоляционная стена → штукатурка. Такая теплопередача через материалы и их границы раздела более подробно обсуждается в статье Коэффициент теплопередачи (коэффициент теплопередачи).

Рисунок: Строительство стены здания

Информацию об экспериментальном определении теплопроводности можно найти в связанной статье.

Тепловой поток и градиент температуры

Уравнение (\ ref {q}) описывает тепловой поток как функцию геометрических величин материала, таких как площадь и толщина. Однако, изменив это уравнение, эти геометрические зависимости могут быть легко устранены:

\ begin {align}
\ dot Q & = \ lambda \ cdot \ frac {\ Delta T} {\ Delta x} \ cdot A \\ [5px]
\ label {u}
\ underbrace {\ frac {\ точка Q} {A}} _ {\ text {тепловой поток} \ dot {q}} & = \ lambda \ cdot \ underbrace {\ frac {\ Delta T} {\ Delta x}} _ {\ text {градиент температуры } \ nabla {T}} \\ [5px]
\ end {align}

Частное теплового потока и площади описывает тепловой поток на единицу площади.Таким образом, это можно интерпретировать как , плотность теплового потока , которая также упоминается как тепловой поток q * (тепловая мощность на единицу площади).

Тепловой поток - это тепловая мощность на единицу площади!

Соотношение разницы температур и толщины материала также можно четко интерпретировать. Это частное в конечном итоге описывает падение температуры на единицу длины. Такое пространственное изменение величины на расстоянии обычно называется градиентом .В этом случае перепад температуры называется температурным градиентом ∇T. Температурный градиент соответствует наклону температурного профиля. Градиент обычно обозначается перевернутой греческой дельтой (также называемой дель или набла).

Температурный градиент - это изменение температуры на единицу длины!

Рис.: Температурный градиент через стену дома

Для правильной математической характеристики необходимо добавить знак минус к уравнению (\ ref {u}) (а также к уравнению (\ ref {q})), потому что тепло всегда течет в сторону понижения температуры.Таким образом, тепловой поток направлен от теплого к холодному, то есть в направлении отрицательного температурного градиента.

\ begin {align}
\ label {r}
& \ boxed {\ dot {q} = - \ lambda \ cdot \ nabla {T}}
\ end {align}

В этом контексте теплопроводность материала, таким образом, описывает взаимосвязь между существующим градиентом температуры и результирующим тепловым потоком. Теплопроводность 2,4 Вт / (м · К), уже упомянутая в качестве примера, поэтому также может интерпретироваться следующим образом: при градиенте температуры 1 К / м тепловой поток равен 2.Через материал проходит 4 Вт / м². В этой интерпретации не играет роли ни площадь поверхности, ни толщина материала. Эти величины уже, так сказать, «включены» в тепловой поток и градиент температуры. Таким образом, приведенное выше уравнение не зависит от геометрических свойств!

Также часто слышимое в этом контексте утверждение о том, что закон Фурье применяется только к одномерным тепловым потокам с плоскими параллельными поверхностями, не имеет значения в этом контексте. Такое ограничение применяется только к уравнению (\ ref {q}), которое описывает тепловой поток в макроскопическом масштабе, но не к уравнению (\ ref {r})! Уравнение (\ ref {r}) определяет плотность теплового потока в одной точке материала в зависимости от температурного градиента в этой точке.Никакая поверхность не имеет никакого отношения к этой точке. Уравнение (\ ref {r}) составляет основу уравнения теплопроводности, которое также описывает трехмерные тепловые потоки в телах произвольной формы с непараллельными поверхностями.

Теплопроводность выбранных материалов

В таблицах ниже показаны различные материалы и их теплопроводность (см. Wikipedia и energie-lexikon). Приведенные значения относятся к температуре 20 ° C. Видно, что твердые тела и особенно металлы обладают относительно высокой теплопроводностью, тогда как полимеры в основном имеют более низкие коэффициенты.Еще более низкие значения обычно встречаются у жидкостей, которые бьют только газы. Различия в основном связаны с характерной атомной структурой. Подробнее об этом в статье Теплопередача за счет теплопроводности.

Теплопроводность обычно снижается при переходе от металлов, полимеров и жидкостей к газам!

Что поражает в металлах, так это относительно высокая теплопроводность меди. Вот почему медь часто используется, например, в качестве материала для изготовления охлаждающих элементов, таких как охладители ПК.Таким образом, тепло может очень быстро рассеиваться от источника тепла. У серебра была бы даже более высокая теплопроводность, но оно намного дороже.

900
Металлы Теплопроводность [Вт / (м · К)] при 20 ° C
Серебро 429
Медь 401
Золото 314
Алюминий 236
Вольфрам 170
Магний 156
Латунь 120
Цинк 110
Никель 85
Железо 80
Платина 71
Сталь ~ 50
Свинец 35
Титан 22
Другие твердые частицы Теплопроводность [Вт / (м · К)] при 20 ° C
Графен 5300
Алмаз 2300
Нитрид алюминия ~ 200
Кремний 148
Корунд 42
Оксид алюминия 28
Лед (-10 ° C) 2,3
Бетон 2,0
Мел 1
Песчаный известняк ~ 1
Автоклавный газобетон (AAC ) 0,2
Дерево ~ 0,15
Полимеры Теплопроводность [Вт / (м · К)] при 20 ° C
Полиэтилен ~ 0,45
Политетрафторэтилен («тефлон») 0,25
Полиуретан (невспененный) 0,25
Полипропилен 0,23
Эпоксидная смола (EP) 0,20
Полиметилметакрилат (оргстекло) 0,19
Поливинилхлорид (ПВХ) 0,17
Полистирол (невспененный) 0,17
Жидкости Теплопроводность [Вт / (м · К)] при 20 ° C
Вода 0,60
Серная кислота 0,54
Спирт 0,17
Бензин 0,14
Масло 0,14
Газы Теплопроводность [Вт / (м · К)] при 20 ° C
Водород 0,186
Гелий 0,157
Метан 0,034
Кислород 0,026
Воздух 0,026
Азот 0,026
Водяной пар (пар) 0,025
Аргон 0,018
Двуокись углерода (CO2) 0,017
Криптон 0,010
Ксенон 0,006
Изоляционные материалы Теплопроводность / (м · К)] при 20 ° C
ДВП ~ 0,05
Стекловата ~ 0,04
Целлюлоза ~ 0,04
Шерсть 0,035
Пробка ~ 0,04
Вспененный полистерин ~ 0 , 04

Теплопроводность - Энергия и нагрев - AQA - GCSE Physics (Single Science) Revision - AQA

Сравнение проводимостей

Проводимость материалов можно сравнивать, исследуя время, необходимое для передачи энергии через них.Вентилятор из стержней из разных материалов может быть нагрет с одного конца одним и тем же пламенем. Какой стержень на другом конце нагревается первым, является лучшим проводником. Считается, что материал, который нагревается быстрее всего, обладает высокой теплопроводностью.

Теплопроводность - это мера того, насколько хорошо материал проводит энергию при нагревании.

Вот некоторые типичные значения электропроводности:

Материал Теплопроводность (ватт на метр на градус Цельсия (Вт / м / ° C))
Медь 385.0
Стекло 0,17
Кирпич 0,15
Воздух 0,024

Это означает, что 385 джоулей (Дж) энергии будет течь в секунду через кубический блок из меди (1 м × 1 м × 1 м) при разнице температур между его сторонами 1 ° C.

Изоляция домов

Пытаясь сохранить тепло в доме, нужно выбирать между материалами с плохой проводимостью, такими как кирпич, дерево, пластик и стекло.Дом, построенный из проводящих материалов, таких как медь, будет очень холодным для жизни, поскольку энергия может легко покидать дом.

Вопрос

Ссылаясь на приведенную выше таблицу проводимости, почему лучше иметь окно из двух слоев стекла со слоем воздуха, находящегося между ними?

Показать ответ

И стекло, и воздух являются изоляторами, поскольку обладают низкой теплопроводностью. Слой воздуха имеет самую низкую теплопроводность и снижает общую проводимость оконного блока.Поскольку воздух и стекло прозрачны, люди все еще могут видеть через окно.

Ug, Uf, Uw, U Что? : Введение в U-ценность и те, которые наиболее важны для дизайна пассивного дома

Автор: Nikki Goad

Для кого-то, не связанного со строительным сектором, многие сокращенные символы, часто используемые в материалах, связанных с пассивным домом, включая образовательные видео, пресс-релизы, вебинары и даже некоторые другие сообщения в наших блогах, могут сбивать с толку.Что, черт возьми, такое U-значение? Что это за разные индексы? И что это за символ -> Ψ? Не волнуйся. Мы рассмотрим все это, а также объясним их отношение к дизайну пассивного дома.

Краткое объяснение значения U

Потери тепла через стандартный элемент здания, то есть через внешнюю стену, окно, пол, крышу, определяются значением U , также известным как коэффициент теплопередачи или коэффициент теплопередачи .Это значение указывает скорость передачи тепла через определенный компонент на заданной площади , если разница температур составляет один градус (1 Кельвин). Таким образом, единицей измерения U-значения является «Вт / (м²K)». Таким образом, чем ниже значение U, тем ниже скорость теплопередачи и тем лучше изоляционные свойства элемента! Другими словами, тем медленнее проходит тепло через материал.

Взаимосвязь между значением U, значением R, толщиной и теплопроводностью одного материала

Вы также можете думать о термическом «качестве» элемента в терминах R-value , также известного как тепловое сопротивление .Значение R - это просто величина, обратная величине U, и описывает, какое сопротивление материал или элемент оказывает тепловому потоку.

Тепловое сопротивление материала зависит от его толщины (d) и его теплопроводности ('λ-значение' или иногда 'k-значение'). Толщина - круто. Понятно. Интуитивно понятно, что чем толще материал, тем он лучше изолирует. Однако с теплопроводностью немного сложнее. Существует множество ресурсов, которые расскажут, как определяется это значение и что делает одни материалы лучшими теплопроводниками, чем другие.Но в большинстве случаев вам дается это значение. Также следует учитывать поверхностное сопротивление (R se и R si ). Различная ориентация приводит к разным ценностям. Однако они, вероятно, тоже даны. Вот таблица с некоторыми распространенными строительными материалами.

Теплопроводность обычных строительных материалов и толщина, необходимая для получения значения U = 0,13 Вт / (м²K), что типично для зданий PH в умеренно прохладном климате | Таблица адаптирована из Passipedia

Таким образом, хотя «λ-значение» или «k-значение» используется для описания теплопроводности отдельного материала, значение U может рассказать нам кое-что об общей сборке, принимая во внимание сопротивления и области всех отдельных материалов, составляющих компонент.

В большинстве литературных источников, посвященных проектированию пассивных домов, используется U-значение. В этом случае мы также будем ссылаться на значение U на протяжении всей статьи. Просто имейте в виду, что некоторые профессионалы в области строительства могут предпочесть говорить о R-значении. Но все они имеют в виду одно и то же!

Введение в компоненты пассивного дома

Здания пассивного дома известны своей превосходной изоляцией. За счет уменьшения потерь тепла через компоненты здания (стены, окна, двери и т. Д.)), количество энергии, необходимое для обогрева / охлаждения здания, может быть значительно уменьшено. В некоторых случаях до 90% (например, старые здания с плохой базовой производительностью) и более 75% по сравнению со средними новостройками.

Институт пассивного дома тестирует и сертифицирует продукты, подходящие для использования в зданиях пассивных домов. Продукты, отмеченные знаком «Сертифицированный компонент пассивного дома», были протестированы в соответствии с едиными критериями; их можно легко сравнить с точки зрения их конкретных значений, и они имеют отличное качество с точки зрения энергоэффективности.

После сертификации этим компонентам пассивного дома выдается сертификат, содержащий конкретные значения, относящиеся к конструкции пассивного дома, и они получают место в базе данных компонентов пассивного дома. Такая повышенная наглядность приносит пользу как производителям компонентов, так и проектировщикам пассивных домов. Это помогает соединить потребности Дизайнера с производителями высококачественных компонентов в их области.

База данных компонентов также предоставляет разработчикам легкий доступ к техническим спецификациям, экономя время и силы.Это действительно полезный инструмент, который продолжает развиваться вместе со стандартом пассивного дома. Фактически, в июне этого года был выдан 1000-й сертификат компонента пассивного дома! Мы рассмотрим U-значения непрозрачных и прозрачных компонентов всего за секунду. Но не забывайте, что существует множество других типов компонентов, сертифицированных Институтом пассивного дома, включая системы вентиляции, компактные тепловые насосы, системы рекуперации тепла сточных вод и многое другое!

Типичные значения U компонентов пассивного дома

Как мы уже говорили, общие потери тепла через компонент здания связаны с площадью компонента, свойствами и толщиной материала, а также разницей температур.В этом случае компоненты пассивного дома разрабатываются из определенного материала и толщины для конкретного климата. Потому что климат определяет эту разницу температур. Большинство домовладельцев хотят поддерживать в своем здании уютную и комфортную температуру 20-25 ° C. В зависимости от вашего климата за стенами дома могут быть экстремальные температуры. Таким образом, не каждый компонент пассивного дома подходит для любого климата. Но есть варианты для каждого климата.

Примерный план климатических зон, учитываемых для компонентов пассивного дома.Фактическая климатическая зона в зависимости от местоположения может отличаться.

Давайте проверим некоторые типичные значения U для компонентов пассивного дома в этих различных климатических условиях и почувствуем, как они сравниваются с типичными зданиями. Имейте в виду, что в процессе сертификации компонентов учитываются и другие факторы, такие как герметичность, гигиена и тепловые мосты. Однако мы сосредоточимся на критериях, касающихся U-значений. Если вы хотите узнать больше, обязательно ознакомьтесь с ссылками в разделе «Дополнительная литература» внизу страницы.

Непрозрачные компоненты

Непрозрачные компоненты включают в себя такие вещи, как стены и строительные системы, системы изоляции плит перекрытия, а также соединения балконов и окон. Поскольку мы знаем, что пассивные дома суперизолированы, мы можем ожидать, что значения U для этих частей будут довольно низкими, особенно по сравнению с типичными зданиями. Изображение ниже хорошо иллюстрирует этот момент.

Сравнение типичных значений коэффициента теплопередачи и толщины стен типичного немецкого строительного фонда и пассивного дома.

Можно подумать, что эти требования слишком жесткие, но на самом деле это значение 0,15 Вт / (м²K) (для климата Центральной Европы) является наиболее рентабельным при сегодняшних ценах на энергию. Более низкое значение U и, следовательно, большая изоляция может привести к более низкому энергопотреблению, но это может быть не самым экономически целесообразным. Возможно, этот капитал лучше вложить в другое место в здании.

Рекомендуемые значения U для непрозрачных строительных систем приведены в таблице ниже.Обратите внимание, что при строительстве собственного пассивного дома значения U стен не обязательно должны точно соответствовать этим параметрам. Эти значения просто необходимы для сертификации компонентов, но в зависимости от конструкции вашего здания они могут быть выше или ниже, чтобы в конечном итоге соответствовать критериям <15 кВтч / м² в год.

Компоненты прозрачные

К прозрачным компонентам относятся такие вещи, как системы навесных стен, световые люки, входные двери и, конечно же, окна. В этих двух последних разделах мы рассмотрим два наиболее распространенных компонента - окна и входные двери.

Окна
Пригодность

для пассивного дома для окон проверяется с использованием коэффициента теплопередачи компонентов и температурного фактора в самой холодной точке компонента. Для получения подробной информации о том, как рассчитываются эти значения, обязательно ознакомьтесь с полными критериями сертификации для компонентов прозрачного пассивного дома.

Максимальные коэффициенты теплопередачи (значения U) установленных сертифицированных прозрачных компонентов здания пассивного дома для каждого климата были рассчитаны PHI и представлены в таблице ниже.

Вы заметите, что в таблице включены два разных значения U. Значение U самого окна (U w ) (включая остекление, раму, край стекла и т. Д.), А также ожидаемое значение U окна после установки, т. Е. Включая установочные мосты холода (U w, inst ).

Имейте в виду, что коэффициент теплопроводности самого окна важен, но не менее важна его установка. Плохая установка может в лучшем случае привести к большим потерям тепла.В худшем случае плесень может начать формироваться, поскольку влажный воздух конденсируется в самых холодных точках вокруг установленного окна. Таким образом, в то время как рассчитанное значение U окна используется для сертификации, фактическое установленное значение U окна является значением, используемым при расчете баланса энергии. Полное уравнение для определения U w, inst выглядит следующим образом:

Иллюстрация окна пассивного дома.

Это уравнение может показаться большим и пугающим. Но на самом деле все не так уж плохо. Он просто учитывает размер и изоляцию остекления (A g и U g ), размер и изоляцию рамы (A f и U f ) и тепловые потери, связанные с остеклением. кромка (Ψ г ) и установка (Ψ г ).Ψ - это символ коэффициента теплового моста, который описывает добавленный тепловой поток, связанный с линейным тепловым возмущением или изменением геометрии. Прочтите эту и другие статьи на Pasipedia, чтобы узнать больше о тепловых мостах и ​​их важности в проектировании пассивных домов.

Входные двери

При первом рассмотрении можно подумать, что входные двери подпадают под действие непрозрачных компонентов. На самом деле, однако, они чаще ведут себя как окна, но с немного большей рамкой.В некоторых случаях полностью рамный, если вообще не используется остекление. В этом случае вышеупомянутое уравнение все еще применимо. Просто замените U w, inst на U D, inst и вот оно что!


Надеюсь, эта статья помогла прояснить значение U и его роль в проектировании пассивного дома. Если у вас есть какие-либо вопросы относительно сертификации компонентов, обязательно свяжитесь с командой разработчиков по электронной почте [email protected]

Дополнительная литература

Общий флаер по сертификации компонентов

Критерии сертификации для компонентов прозрачного пассивного дома

Критерии сертификации для строительных систем непрозрачных пассивных домов

Константы Основным источником потерь тепла из дома в холодную погоду являются теплоносители...

  • Константы Основным источником потери тепла из дома в холодную погоду является ...

    Константы Основным источником потери тепла из дома в холодную погоду являются окна. Часть A Рассчитайте скорость теплового потока за счет теплопроводности через стеклянное окно площадью 2,0 м x 1,5 м и толщиной l 3,0 мм (рисунок 1), если температура на внутренней и внешней поверхности составляет 15,0 ° C. Предположим, что дует сильный порывистый ветер. и внешняя температура -14,0 ° C. Выразите свой ответ двумя значащими цифрами и включите...

  • основной источник потери тепла из дома в холодную погоду Проблема 14.36 Крупная ...

    основной источник потери тепла из дома в холодную погоду Задача 14.36. Основным источником потерь тепла из дома в холодную погоду являются окна. и толщиной l = 24 мм (рисунок 1), если температура на внутренней и внешней поверхности 15.0 ° С. Предположим, что там ...

  • Холодной ночью температура двух поверхностей стакана оконное стекло в ...

    Холодной ночью температура двух поверхностей стакана оконное стекло в доме составляет 7,8 ° C на внешней поверхности и 8,0 ° C на внутренняя поверхность при температуре воздуха на улице 0 ° C и 21,2 ° C внутри. Толщина стекла 3,33 мм. (Тепловой проводимость для стекла составляет 0,8 Вт / м-С °.) а) Найдите скорость, с которой тепло проходит через стекло. на квадратный метр оконной площади.(b) Найдите значение ...

  • Скорость отвода тепла из окна в зимний день составляет достаточно быстро ...

    Скорость отвода тепла из окна в зимний день составляет достаточно быстро, чтобы охладить воздух рядом с ним. Чтобы увидеть, как быстро окна проводят тепло, рассчитайте коэффициент теплопроводности в ваттах через окно 2,72 м2 толщиной 0,515 см, если температура внутренней и внешней поверхностей 5,00 ° C и -10,0 ° C, соответственно. Такой высокой скорости не будет - внутренняя поверхность остынет, может даже образоваться иней....

  • Техник-энергетик исследует потерю энергии через окна. Интересующее оконное стекло - 0. 450 ...

    Техник-энергетик исследует потерю энергии через окна. Представляющее интерес оконное стекло имеет толщину 0,45 см, размеры 0,92 м x 1,75 м и коэффициент теплопроводности 0,8 Вт / (м · ° C). В данный холодный день наружная температура составляет 0 ° C, а температура внутренней поверхности стекла равна 260. Определите скорость (в Вт), с которой тепловая энергия передается через окно.4784 Смотрите лет, найдите выражение для скорости ...

  • Тепловые потери и расходы на отопление в доме Часть A Дом с хорошо изолированными стенами 17.1 ...

    Потери тепла и расходы на отопление дома Часть AA Дом имеет хорошо изолированные стены толщиной 17,1 см (предполагая проводимость воздуха) и площадью 411 м2, деревянную крышу толщиной б.бб см и площадью 279 м2, а также открытые окна толщиной 0,626 см. и общей площадью 33,4 м2. Предполагая, что потеря тепла происходит только за счет теплопроводности, рассчитайте скорость, с которой тепло должно подаваться в этот дом, чтобы поддерживать его температуру на уровне 21.4 ° C, если наружная температура ...

  • ВОПРОС 1 Четверть площади внешней стены дома 5м х 3м ...

    ВОПРОС 1 Четверть площади внешней стены дома размером 5м х 3м сделана из стеклянных окон. Стена имеет толщину 15 см и среднюю теплопроводность 0,8 Вт / м К. Оконное стекло имеет толщину 8 мм и среднюю теплопроводность 0,15 Вт / м К. В зимний день внутренняя температура стены и температура стекла 20 ° C, температура наружного воздуха -10 ° C.Тепло внешней конвекции ...

  • Скорость отвода тепла из окна в зимний день составляет достаточно быстро ...

    Скорость отвода тепла из окна в зимний день составляет достаточно быстро, чтобы охладить воздух рядом с ним. Чтобы увидеть, как быстро окна передают тепло за счет теплопроводности, рассчитайте скорость проводимость в ваттах через окно площадью 3,00 м2, которое 0,645 см, если температура внутренней и внешней поверхностей составляют 5,00 ° C и -10,0 ° C соответственно.Такой стремительной скорости не будет. в уходе - внутренняя поверхность остынет, а то и замерзнет ...

  • Рассмотрим дом с основанием 10 м x 20 м и стеной высотой 4 м. Все четверо ...

    Рассмотрим дом с основанием 10 м x 20 м и стеной высотой 4 м. Коэффициент теплопроводности всех четырех стен дома составляет 2,31 м2 ° C / Вт. В двух стенах размером 10 х 4 м нет окон. В третьей стене пять окон из стекла толщиной 0,5 см (k = 0,78 Вт / м-К), размером 1,2 м x 1,8 мин. Четвертая стена имеет такой же размер и количество окон, но они имеют двойное остекление с цифрой 1.Застойное воздушное пространство толщиной 5 см (k = 0,026 Вт / м-К), заключенное между ...

  • Техник-энергетик исследует потерю энергии через окна. Интересующее оконное стекло 0,600 см ...

    Техник-энергетик исследует потерю энергии через окна. Представляющее интерес оконное стекло имеет толщину 0,600 см, размеры 0,89 м x 2,30 м и теплопроводность 0,8 Вт · м-C). В данный холодный день наружная температура составляет 0 ° C, а температура внутренней поверхности стекла составляет 26.0 ° с. (a) Определите скорость (в Вт), с которой тепловая энергия передается через окно. б) Определите количество энергии (в 1), передаваемое через ...

  • Анализ тепловых характеристик конструкции железобетонного пола с системой лучистого теплого пола в многоквартирном доме

    Использование эластичных материалов в системах лучистого теплого пола для железобетонного пола в многоквартирном доме тесно связано с уменьшением ударного шума пола и потеря тепловой энергии.В этом исследовании изучалась теплопроводность пенополистирола (EPS), используемого в качестве упругого материала в Южной Корее, и анализировалась теплопередача железобетонной конструкции пола в соответствии с теплопроводностью упругих материалов. Для измерения теплопроводности использовалось 82 образца EPS. Измеренная кажущаяся плотность упругих материалов EPS составляет от 9,5 до 63,0 кг / м 3 , а теплопроводность - от 0,030 до 0,046 Вт / (м · К).По мере увеличения плотности упругих материалов из пенополистирола теплопроводность имеет тенденцию пропорционально уменьшаться. Чтобы установить разумные требования к теплоизоляции для систем теплого пола, необходимо определить термические свойства конструкции пола в соответствии с теплоизоляционными материалами. Моделирование теплопередачи было выполнено для анализа температуры поверхности, потерь тепла и теплового потока конструкции пола с системой лучистого отопления. По мере увеличения теплопроводности упругого материала EPS 1.В 6 раз теплопотери увеличились на 3,4%.

    1. Введение

    В Корее многоквартирные дома занимали наибольшее количество жилых домов - 86,4%. На многоквартирные дома приходится более 50% всех типов жилья, и с 1990-х годов были построены многоэтажные многоквартирные дома выше 15 этажей, иногда 30 этажей, чтобы эффективно использовать относительно небольшую земельную площадь (99 373 км 2 ). Корея с высокой плотностью населения [1]. Некоторые домохозяйства живут по соседству друг с другом, разделенные только стеной или полом.Поскольку одна железобетонная плита разделяет домохозяйства в квартирах, ударный шум пола и потери тепла сверху могут быть легко переданы в дом внизу и за его пределы. Так что возникает много проблем, связанных с теплоизоляцией и звукоизоляцией. В частности, звук удара пола вызывает раздражение у жителей и вызывает множество жалоб в жилых домах, например, в квартирах. Энергия для отопления помещений и нагрева воды является самым большим потреблением энергии в жилых зданиях.

    Конструкция железобетонного пола с системой лучистого теплого пола (ONDOL) традиционно используется для жилых домов в Корее [2, 3]. Эта конструкция пола из железобетона (ЖБИ) состоит из железобетонной плиты, изоляционного слоя с упругими материалами, слоя лучистого теплого пола, слоя аккумулирования тепла и материалов для отделки пола. Горячая вода из бойлера подается в пластиковую трубу в слое лучистого теплого пола под поверхностью пола.Горячая вода циркулирует по встроенной пластиковой трубе, нагревая пол для обогрева помещения. Укладка упругих материалов между бетонной плитой и слоем лучистого теплого пола в системе лучистого теплого пола известна как самый популярный метод снижения ударного шума пола и потерь тепла в жилых домах в Корее. Обычно толщина упругих материалов составляет 10–20 мм.

    Использование эластичных материалов в системах напольного отопления тесно связано с уменьшением ударного шума пола и потерь тепловой энергии.В Корее характеристики теплоизоляции ограждающих конструкций здания просто включают в себя толщину изоляционных материалов и свойства теплопередачи систем стен и полов по регионам [4, 5]. Конструкция пола в многоквартирных домах должна обладать определенными характеристиками звукоизоляции пола (легкий ударный звук составляет 58 дБ или меньше, а тяжелый ударный звук составляет 50 дБ или меньше) и термическое сопротивление (1,23 м 2 K / Вт). В предыдущем исследовании Kim et al. [1] опубликовали исследование, в котором утверждается, что по мере уменьшения динамической жесткости упругих материалов уровень ударного шума в системе напольного отопления также снижался.Была корреляция между динамической жесткостью и ударным звуком тяжелого веса. Jeong et al. [6] измерили теплопроводность и плотность упругих материалов и исследовали их корреляцию. Но не было исследований, которые бы пытались проанализировать теплопередачу конструкции пола из ж / б с системой лучистого теплого пола как тепловое свойство упругих материалов.

    Было проведено несколько исследований эффектов теплопередачи и методов анализа в области энергетики зданий.Сонг [2] рекомендовал выбирать материалы для отделки полов над системой подогрева пола в Корее по тепловому потоку, исходя из тепловой нагрузки, и они должны быть теплофизиологически комфортными. Ли и др. [3] опубликовали исследование, показывающее, что тонкие панели пола с повышенной тепловой эффективностью в системе лучистого теплого пола обеспечивают снижение энергии на 7,2% по сравнению с традиционными деревянными панелями пола в многоквартирных домах. Лю и др. [7] разработали двухпотоковую модель существующего процесса теплопередачи для внутриплитного теплого пола.Исследование Jin et al. [8] представляет метод расчета температуры поверхности пола в системе водяного отопления / охлаждения на основе численной модели. Ларби [9] представляет регрессионные модели коэффициента теплопередачи для трех типов строительных стен (стык перекрытия и стены, стык перекрытия и стены и стык кровля-стена) 2D тепловых мостов. Теодосиу и Пападопулос [10] рекомендовали, чтобы тепловые мосты не учитывались в процедуре расчета потребности зданий в энергии; фактические тепловые потери в таких зданиях до 35% выше первоначально предполагаемых.Song et al. [11] проанализировали теплопередачу через тепловой мост стыка стена-плита на годовые потери тепла в многоквартирных домах с трехмерным моделированием переходной теплопередачи. Кайнакли [12] провел исследование влияния различных параметров на оптимальную толщину изоляции для наружных стен с учетом затрат и экономии энергии.

    В этом исследовании изучается теплопроводность упругого материала, используемого в конструкции пола из ж / б с системами лучистого теплого пола в Корее, и проводится анализ теплопередачи систем пола в соответствии с теплопроводностью упругих материалов в многоквартирном доме.

    2. Материалы и методы
    2.1. Подготовка образца

    Упругие материалы, которые в настоящее время используются в Корее, изготовлены из пенополистирола (EPS), вспененного полипропилена (EPP), уретана, сополимера этилена и винилацетата (EVA), полиэтилена (PE), стекловаты (GW), минеральная вата (MW), экструдированный полистирол (XPS), экструдированные полиэфирные волокна и другие композитные материалы [1, 5]. Упругим материалом, который использовался для измерений в этом исследовании, был пенополистирол (EPS), который широко используется в Южной Корее в качестве строительного изоляционного материала.Пенополистирол - это термопласт, который получают путем сплавления небольших шариков материала. Обычно он белого цвета и изготавливается из бусин из предварительно вспененного полистирола. Это жесткая и прочная структура с закрытыми ячейками, достаточно прочная для использования во многих приложениях [13].

    В этом исследовании были собраны упругие материалы EPS, которые продавались на рынке строительных материалов Южной Кореи с 2008 по 2010 годы. Из 93 тестовых образцов, собранных в этом исследовании, 82 пенопласта из упругого материала EPS были окончательно отобраны и использовались для проверки теплопроводности. .В этом исследовании были подготовлены образцы для испытаний, размеры которых составляли 300 × 300 мм на плоской доске, а их толщина составляла 20 мм, 30 мм, 50 мм и 90 мм. Для каждой толщины были испытаны по три образца. Им позволили стабилизировать гидротермальные условия при лабораторной температуре (20 ° C) в течение 3 дней. Все испытуемые образцы были протестированы через 3 дня в этом исследовании.

    Исследование под микроскопом проводилось с использованием поляризационного микроскопа для фотографирования состояния поверхности испытуемого образца.Мы наблюдали за состоянием поверхности и формой ячеек пенопласта из эластичного пенополистирола. Изображение под микроскопом типичного пенополистирола показано на рисунке 1. Как показано на этом рисунке, упругий материал EPS имеет гладкую поверхность, однородную структуру и структуру с закрытыми ячейками. Эта структура с закрытыми ячейками действует как теплоизолятор.

    2.2. Экспериментальный тест

    Методы измерения, применяемые для проверки теплопроводности в этом исследовании, включают метод KS L 9016 [14] для измерения теплопроводности изолятора и ISO 8301 [15].Измерения проводились методом теплового расходомера (HFM, рис. 2 (а)). Средняя температура для измерения теплопроводности составляла 20 ± 1 ° C. Результатом измерения значения теплопроводности было среднее значение трех образцов одинаковой толщины. Объем и вес образцов измеряли с помощью цифрового микрометра (рис. 2 (b)) с разрешением 0,001 мм, а кажущуюся плотность измеряли с помощью цифровой шкалы (рис. 2 (с)) с разрешением 0,001 г. Кажущаяся плотность может быть определена с помощью веса, основанного на единице объема, если образец для испытаний включает кожуру во время производства.Во время проведения эксперимента испытательное оборудование и образцы для испытаний выдерживают в условиях окружающей среды при температуре 23 ± 2 ° C и относительной влажности 50 ± 5%.

    2.3. Численное моделирование

    Конфигурация материалов конструкции пола была смоделирована на основе типового пола [4, 16], применимого к большинству домов в Южной Корее. Типичная конструкция пола из железобетона для дома состоит из четырех слоев: отделочного слоя, слоя обогрева, слоя изоляции и слоя конструкции.Нагревательный слой имеет теплоаккумулирующий слой и трубу для горячей воды в виде пластиковой трубы. Для этого численного моделирования конструкции пола представляли собой пол из ПВХ (мм), цементный раствор (мм), трубу для горячей воды, легкий бетон (мм), упругий материал (мм) и железобетонную плиту толщиной 210 ​​мм. Для обогрева помещения была установлена ​​труба диаметром 15 мм с узким шагом 230 мм в цементном растворе толщиной 40 мм. Геометрическая модель и конфигурация материала представлены на рисунке 3. В таблице 1 показаны тепловые характеристики каждого строительного материала.Как показано в таблице 1, значение теплопроводности упругого материала было получено из результатов эксперимента, который проводился в этом исследовании.


    Материал Толщина Плотность Теплопроводность
    (мм) (кг / м 3 ) (Вт / (м · К)) )

    Пол из листов ПВХ 2 1,500 0.19
    Цементный раствор 40 2,000 1,4
    Труба горячей воды 15 930 0,324
    Легкий бетон 40 650 0,16
    Упругий материал 20 9,5–63 -
    Бетон 210 2,240 1,6
    Гипсовая плита 9 940 0.18


    Для анализа тепловых характеристик напольных систем использовалось программное обеспечение Physibel, поскольку оно позволяет анализировать стационарный режим теплопередачи. Программа Physibel TRISCO предназначена для моделирования теплопередачи, которая фокусируется на строительной физике [17]. Эта программа позволяет рассчитывать трехмерный (3D) установившийся теплообмен на основе метода конечных разностей в объектах, описываемых в прямоугольной сетке.Таким образом, он вычисляет распределение теплового потока и температуры в установившемся режиме через сетку. Эта программа позволяет моделировать в полном соответствии со стандартом EN ISO 10211-1 [18]. На рисунке 3 (b) показана имитационная модель, а на рисунке 3 (c) показано вертикальное сечение стыков между наружной стеной и железобетонным полом и конструкции из материалов. Моделирование проводилось на основе модели размером 2,0 м (высота) × 1,2 м (ширина) × 1,0 м (глубина), которая определяет средний этаж многоквартирного дома в Корее.Трехмерное моделирование неустановившейся теплопередачи проводилось с интервалом временного шага 30 минут. Параметры расчета для моделирования приведены в таблице 2.


    Параметр Присвоенное значение

    Интервал временного шага 30 минут
    Максимальное количество итераций 10,000
    Максимальный перепад температур 0.0001 ° C
    Дивергенция теплового потока для всего объекта 0,001%
    Дивергенция теплового потока для худшего узла 1%
    Теплопроводность упругого материала в полу 0,029, 0,031, 0,037, 0,046 Вт / (м · К)

    Граничные условия задаются как температура поверхности на внешней и внутренней границах, а на периферии стены и пола налагается адиабатический режим.Материалы каждого слоя в этом исследовании однородны, а параметры свойств остаются постоянными. Температура окружающей среды была выбрана в соответствии с фактической температурой наружного воздуха (° C) и температурой отопления помещения (° C) в зимний сезон в Южной Корее. Температура горячей воды составляла 60 ° C, которая поступала в трубу горячей воды в нагревательном слое системы пола. Скорость горячей воды в трубе была установлена ​​на уровне 3 л / мин. Установленная температура для обогрева помещения составляла 20 ° C. Все факторы окружающей среды контролировались в идеальных тепловых и физиологических условиях.

    3. Результаты и обсуждение
    3.1. Плотность и теплопроводность эластичного материала EPS

    Измеренная кажущаяся плотность эластичных материалов EPS составляла от 9,5 до 63,0 кг / м 3 , а теплопроводность - от 0,030 до 0,046 Вт / (м · К). На рисунке 4 показана корреляция между теплопроводностью и кажущейся плотностью. Как показано на рисунке 4, измеренная теплопроводность и плотность показывают линейную корреляцию, где - теплопроводность и плотность упругих материалов EPS.Эта пунктирная линия показывает коэффициент корреляции взрывчатых веществ 0,786. Результаты эксперимента показали тесную корреляцию между кажущейся плотностью и теплопроводностью. По мере увеличения плотности упругих материалов из пенополистирола теплопроводность имеет тенденцию пропорционально уменьшаться. Получившаяся пунктирная линия имела наклон, который быстро уменьшался в сторону высокой плотности.


    На основании этих результатов было установлено, что плотность является важным фактором тепловых свойств упругих материалов, которые используются в системах полов жилых домов.Чтобы предотвратить большие потери тепла из системы пола из-за разницы температур в помещении и на открытом воздухе, строительные изоляционные материалы должны выбираться на основе соотношения между плотностью и теплопроводностью. Но при той же плотности теплопроводность изменялась из-за других факторов, влияющих на тепловые свойства, то есть физическая структура ячеек материалов варьировалась в зависимости от метода производства, размера и типа внутренних воздушных зазоров, лучистого тепла. скорость потока и т. д.

    3.2. Характеристики теплопередачи

    Численное моделирование было проведено для исследования влияния и характеристик теплопередачи системы лучистого теплого пола на основе теплопроводности упругого материала. В методе моделирования использовалось установившееся состояние модели теплового баланса, основанное на самой низкой внешней температуре окружающей среды, а значения теплопроводности упругого материала EPS были максимальным, минимальным, средним и медианным.

    В таблице 3 и на рисунке 5 приведены результаты численного моделирования. Как показано в таблице 3, количество потерь тепла в каждом случае зависело от тепловых свойств упругого материала EPS. Поскольку теплопроводность упругого материала EPS увеличилась в 1,6 раза, потери тепла в системе теплого пола увеличились на 3,4%. На рис. 5 показано распределение температуры и тепловой поток при самой низкой внешней температуре. Из рисунка 5 видно, что потеря тепла произошла из трубы теплоносителя в системе лучистого теплого пола, которая предназначалась для обогрева пространства во внешней конструкции.Теплопотери произошли в стыке ЖБИ пола и внешней стены. Причина теплопотерь - тепловой мост железобетонной конструкции перекрытия в многоквартирном доме. Зависимость от теплопроводности упругого материала EPS была снижена, а изоляционные свойства пола были увеличены. Поскольку поток теплового потока через стык между стеной и полом снижается по направлению к внешней стене, потери тепла уменьшаются. Понятно, что теплопроводность упругого материала конструкции пола из ж / б с системами лучистого теплого пола в многоквартирном доме в Корее может быть важным фактором.


    Теплопроводность Потери тепла Коэффициент экономии
    (Вт / (м · К)) (Вт) (%)

    Корпус 0,029 46,83 3,4
    Корпус 0,031 47,07 2,9
    Корпус 0,037 47.70 1,6
    Корпус 0,046 48,46 0,0


    В Корее жилищное строительство должно соответствовать нормам энергосбережения и звукоизоляции. Этот код требует, чтобы конструкция пола из ж / б с системой лучистого теплого пола имела значение тепловых характеристик меньше или равное 0,81 Вт / (м 2 · K). Коэффициент теплопроводности упругого материала EPS в конструкции пола должен быть менее 0.031 Вт / (м · К), как в данном исследовании. Когда теплопроводность упругого материала EPS составляет более 0,31 Вт / (м · К) как для корпуса, так и для корпуса, толщина упругого материала EPS также должна быть более 20 мм. Корпус (Вт / (м · К)) должен иметь толщину 24 мм, а корпус (Вт / (м · К)) должен быть толщиной более 30 мм, чтобы сохранить код конструкции.

    4. Выводы

    Мы исследуем изменения теплопроводности типичных упругих материалов, пенополистирола, в зависимости от их кажущейся плотности.Из результатов мы получаем эмпирическую формулу, которая имеет соотношение между теплопроводностью и плотностью. Чтобы установить разумные требования к теплоизоляции для систем теплого пола из железобетона, необходимо выяснить свойство теплопередачи систем пола в соответствии с характеристиками теплоизоляции. Таким образом, моделирование теплопередачи было выполнено для анализа температуры поверхности и теплопотерь конструкции пола с помощью системы лучистого теплого пола.

    Упругие материалы - пенополистирол; по мере увеличения плотности теплопроводность имела тенденцию к уменьшению. Результаты эксперимента показали корреляционное выражение между теплопроводностью и плотностью, что позволило определить подходящие изоляционные материалы и их теплопроводность в соответствии с энергетическим кодексом здания. Когда изоляционные материалы устанавливаются в стенах, полах и крышах здания для предотвращения потерь тепла и снижения шума в зданиях, материалы должны использоваться с учетом не только физических свойств материалов, но и их тепловых свойств [6 ].Исследование показало, что проводимость упругих материалов в конструкции железобетонного пола с системой лучистого теплого пола влияет на энергосбережение.

    Тепловые характеристики играют важную роль в тепловых потерях здания. Относительная важность тепловых мостов возрастает в энергетическом балансе недавних зданий с высокой изоляцией [19]. Результаты моделирования показали, что температуры внешней поверхности и внутренней поверхности стыковых частей части теплового моста и нормальной части существенно различаются в конструкции пола.Таким образом, эластичные материалы на трубе горячей воды в системе лучистого теплого пола являются важным фактором не только для снижения уровня шума от удара по полу, но и для предотвращения потерь тепла на отопление помещения.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

    Тепловые свойства конструктивных элементов деревянных каркасных домов: анализ и рекомендации

    Абстрактные

    Дом с деревянным каркасом на платформе - доминирующий дизайн в Соединенных Штатах, когда речь идет о домах для одной семьи.Эта схема, представленная в середине девятнадцатого века, представляет собой дешевую, быструю и испытанную конструкцию, в которой используются преимущества большого и обильного американского предложения древесины. Однако, несмотря на то, что строительные технологии в других секторах развивались, сегодня мы продолжаем строить дома на одну семью практически так же, как это делалось 150 лет назад. Это исследование сосредоточено на анализе тепловых свойств структурных деталей в каркасных домах из легкого дерева, уделяя особое внимание деталям конструкции стен как для модернизации, так и для нового строительства.Программное обеспечение для двухмерного анализа THERM 5.2 используется для выполнения анализа теплопередачи методом конечных элементов при различных конфигурациях укладки стен. На основании анализа сделаны две рекомендации. Во-первых, при модернизации стандартная методика может быть улучшена путем дополнительной изоляции полостей внешней стены, образованных дополнительными стойками, используемыми в более старых деталях перегородок. Во-вторых, эффективность передовых методов создания каркаса должна сделать их основным методом нового строительства.Дом с деревянным каркасом на платформе - доминирующий дизайн в Соединенных Штатах, когда речь идет о домах для одной семьи. Эта схема, представленная в середине девятнадцатого века, представляет собой дешевую, быструю и испытанную конструкцию, в которой используются преимущества большого и обильного американского предложения древесины. Однако, несмотря на то, что строительные технологии в других секторах развивались, сегодня мы продолжаем строить дома на одну семью практически так же, как это делалось 150 лет назад. Это исследование сосредоточено на анализе тепловых свойств структурных деталей в каркасных домах из легкого дерева, уделяя особое внимание деталям конструкции стен как для модернизации, так и для нового строительства.Программное обеспечение для двухмерного анализа THERM 5.2 используется для выполнения анализа теплопередачи методом конечных элементов при различных конфигурациях укладки стен. На основании анализа сделаны две рекомендации. Во-первых, при модернизации стандартная методика может быть улучшена путем дополнительной изоляции полостей внешней стены, образованных дополнительными стойками, используемыми в более старых деталях перегородок. Во-вторых, эффективность передовых методов создания каркаса должна сделать их основным методом нового строительства.

    Описание
    Диссертация (M. Eng.) - Массачусетский технологический институт, Департамент гражданской и экологической инженерии, 2010.

    Внесено в каталог из версии диссертации в формате PDF.

    Включает библиографические ссылки (стр. 50-52).

    Отдел
    Массачусетский Институт Технологий. Департамент гражданской и экологической инженерии; Массачусетский Институт Технологий. Кафедра гражданской и экологической инженерии

    Издатель

    Массачусетский технологический институт

    Ключевые слова

    Гражданская и экологическая инженерия.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *