Коэффициент теплопередачи является скорость передачи тепла через вещество. Коэффициент теплопередачи материала (например, изоляции или бетона) или конструкции (например, стены или окна) выражается как U-значение .
Хотя концепция U-значения (или U-фактора) универсальна, U-значения могут быть выражены в разных единицах. В большинстве стран значение U выражается в единицах СИ, в ваттах на квадратный метр кельвин :
- Вт / (м 2 ⋅K)
В США значение U выражается в британских тепловых единицах (Btu) на час-квадратный фут-градус Фаренгейта:
- Британские тепловые единицы / (h⋅ft 2 ⋅ ° F)
В этой статье значения U выражены в СИ, если не указано иное. Чтобы преобразовать СИ в стандартные значения США, разделите их на 5,678. [1]
Хорошо изолированные части здания имеют низкий коэффициент теплопередачи, тогда как плохо изолированные части здания имеют высокий коэффициент теплопроводности. Потери из-за теплового излучения , тепловой конвекции и теплопроводности учитываются в U-значении. Хотя он имеет те же единицы, что и коэффициент теплопередачи, коэффициент теплопередачи отличается тем, что коэффициент теплопередачи используется исключительно для описания теплопередачи в жидкостях, в то время как коэффициент теплопередачи используется для упрощения уравнения, которое имеет несколько различных форм тепловых сопротивлений.
Он описывается уравнением:
- Φ = A × U × ( Т 1 - Т 2 )
где Φ - теплопередача в ваттах, U - коэффициент теплопередачи, T 1 - температура на одной стороне конструкции, T 2 - температура на другой стороне конструкции, а A - площадь в квадратных метрах.
Коэффициент теплопередачи большинства стен и крыш можно рассчитать с помощью ISO 6946, за исключением случаев, когда изоляция перекрывает металлический мост. В этом случае его можно рассчитать с помощью ISO 10211. Для большинства первых этажей его можно рассчитать с помощью ISO 13370. Для большинства окон коэффициент теплопередачи можно рассчитать с использованием ISO 10077 или ISO 15099. ISO 9869 описывает, как экспериментально измерить коэффициент теплопередачи конструкции.
Типичные значения коэффициента теплопередачи для обычных строительных конструкций следующие: [ необходима цитата ]
- Одинарное остекление : 5,7 Вт / (м 2 K)
- Окна с одинарным остеклением, с учетом рам: 4,5 Вт / (м 2 ⋅K)
- Окна с двойным остеклением , с учетом рам: 3,3 Вт / (м 2 K)
- Стеклопакеты с улучшенными покрытиями: 2,2 Вт / (м 2 K)
- Стеклопакеты с улучшенными покрытиями и рамы: 1,2 Вт / (м 2 ⋅K)
- Окна с тройным остеклением , с учетом рам: 1,8 Вт / (м 2 ⋅K)
- Окна с тройным остеклением, с улучшенными покрытиями и рамами: 0,8 Вт / (м 2 K) [2]
- Хорошо изолированные крыши : 0,15 Вт / (м 2 K)
- Плохо изолированные крыши: 1,0 Вт / (м 2 K)
- Хорошо изолированные стены: 0,25 Вт / (м 2 K)
- Плохо изолированные стены: 1,5 Вт / (м 2 K)
- Хорошо утепленные полы: 0,2 Вт / (м 2 K)
- Плохо утепленные полы: 1,0 Вт / (м 2 K)
На практике на коэффициент теплопередачи сильно влияет качество изготовления, и если изоляция установлена плохо, коэффициент теплопередачи может быть значительно выше, чем при правильной установке изоляции [3]
Расчет коэффициента теплопередачи [ править ]
При расчете коэффициента теплопередачи полезно рассматривать конструкцию здания с точки зрения различных слоев. Например, полая стена может быть описана в следующей таблице:
| Толщина | Материал | Проводимость | Сопротивление = толщина / проводимость |
|---|---|---|---|
| - | Внешняя поверхность | - | 0,04 км 2 / Вт |
| 0,10 м (0,33 фута) | Глиняные кирпичи | 0,77 Вт / (м⋅K) | 0,13 км 2 / Вт |
| 0,05 м (0,16 фута) | Стекловата | 0,04 Вт / (м⋅K) | 1,25 км 2 / Вт |
| 0,10 м (0,33 фута) | Бетонные блоки | 1,13 Вт / (м⋅K) | 0,09 км 2 / Вт |
| - | Внутренняя поверхность | - | 0,13 км 2 / Вт |
В этом примере полное сопротивление составляет 1,64 Км 2 / Вт. Коэффициент теплопередачи конструкции обратно пропорционален общему тепловому сопротивлению. Таким образом, коэффициент теплопередачи этой конструкции составляет 0,61 Вт / (м 2 K).
(Обратите внимание, что этот пример упрощен, поскольку он не принимает во внимание какие-либо металлические соединители, воздушные зазоры, прерывающие изоляцию, или стыки раствора между кирпичами и бетонными блоками.)
При расчете коэффициента теплопроводности стены можно учесть швы из раствора , как показано в следующей таблице. Поскольку стыки раствора позволяют теплу проходить легче, чем блоки из легкого бетона, раствор, как говорят, «перекрывает» блоки из легкого бетона.
| Толщина | Материал | Проводимость | Сопротивление = толщина / проводимость |
|---|---|---|---|
| - | Внешняя поверхность | - | 0,04 км 2 / Вт |
| 0,10 м (0,33 фута) | Глиняные кирпичи | 0,77 Вт / (м⋅K) | 0,13 км 2 / Вт |
| 0,05 м (0,16 фута) | Стекловата | 0,04 Вт / (м⋅K) | 1,25 км 2 / Вт |
| 0,10 м (0,33 фута) | Легкие бетонные блоки | 0,30 Вт / (м⋅K) | 0,33 км 2 / Вт |
| (Мост, 7%) | Раствор между бетонными блоками | 0,88 Вт / (м⋅K) | 0,11 км 2 / Вт |
| 0,01 м (0,033 фута) | Штукатурка | 0,57 Вт / (м⋅K) | 0,02 км 2 / Вт |
| - | Внутренняя поверхность | - | 0,13 км 2 / Вт |
Среднее тепловое сопротивление «мостик» слой зависит от доли площади , занимаемого раствором по сравнению с долей площади , занимаемой легкими бетонными блоками. Для расчета коэффициента теплопередачи при наличии «перемычек» строительных швов необходимо рассчитать две величины, известные как R max и R min . R max можно рассматривать как общее тепловое сопротивление, полученное, если предположить, что нет бокового потока тепла, а R minможно рассматривать как полное тепловое сопротивление, полученное, если предположить, что нет сопротивления боковому потоку тепла. Значение U для вышеуказанной конструкции приблизительно равно 2 / ( R max + R min ). Дополнительная информация о том, как бороться с «перемычкой», приведена в ISO 6946.
Измерение коэффициента теплопередачи [ править ]
Хотя расчет коэффициента теплопередачи можно легко выполнить с помощью программного обеспечения, соответствующего стандарту ISO 6946, расчет коэффициента теплопередачи не полностью учитывает качество изготовления и не допускает случайную циркуляцию воздуха между секциями, сквозь и вокруг них. изоляция. Чтобы полностью учесть влияние факторов, связанных с производством, необходимо провести измерение коэффициента теплопередачи. [4]
ISO 9869 описывает, как измерить коэффициент теплопередачи крыши или стены с помощью датчика теплового потока.. Эти измерители теплового потока обычно состоят из термобатарей, которые выдают электрический сигнал, прямо пропорциональный тепловому потоку. Обычно они могут иметь диаметр около 100 мм (3,9 дюйма) и, возможно, толщину около 5 мм (0,20 дюйма), и их необходимо надежно прикрепить к крыше или стене, которые проходят испытания, для обеспечения хорошего теплового контакта. Когда тепловой поток отслеживается в течение достаточно длительного времени, коэффициент теплопередачи можно рассчитать путем деления среднего теплового потока на среднюю разницу температур внутри и снаружи здания. Для большинства конструкций стен и крыш измеритель теплового потока должен постоянно контролировать тепловые потоки (а также внутреннюю и внешнюю температуру) в течение 72 часов, чтобы соответствовать стандартам ISO 9869.
Как правило, измерения коэффициента теплопередачи наиболее точны, когда:
- Разница в температуре внутри и снаружи здания составляет не менее 5 ° C (9,0 ° F).
- Погода скорее пасмурная, чем солнечная (это упрощает точное измерение температуры).
- Между измерителем теплового потока и испытуемой стеной или крышей имеется хороший тепловой контакт .
- Контроль теплового потока и температуры осуществляется не менее 72 часов.
- Измеряются различные точки на строительном элементе или используется термографическая камера, чтобы гарантировать однородность строительного элемента.
Когда конвекционные токи играют роль в передаче тепла через компонент здания, коэффициент теплопередачи увеличивается с увеличением разницы температур. Например, для внутренней температуры 20 ° C (68 ° F) и внешней температуры -20 ° C (-4 ° F) оптимальный зазор между стеклами в окне с двойным остеклением будет меньше, чем оптимальный зазор для внешняя температура 0 ° C (32 ° F).
Собственный коэффициент теплопередачи материалов также может изменяться в зависимости от температуры - задействованные механизмы сложны, и коэффициент пропускания может увеличиваться или уменьшаться с увеличением температуры. [5]
Ссылки [ править ]
- ^ Холладей, Мартин. «Метрическая и британская система мер» . Советник по экологическому строительству . Проверено 25 марта 2019 .
- ^ Результаты тепловых испытаний института Passivhaus для окна Rehau Geneo 'PHZ' с тройным остеклением [1]
- ^ Полевые исследования тепловых характеристик (значений коэффициента теплопередачи) строительных элементов в заводском состоянии [2]
- ^ "greenTEG Application Note Building Physics" (PDF) .
- ^ Теплопроводность некоторых распространенных материалов и газов
