Profilpipe.ru

Профиль Пипл
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сопротивление теплопередаче глиняного кирпича

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, коэффициент теплосопротивления, теплосопротивление, термическое сопротивление — один из важнейших теплотехнических показателей строительных материалов.

При общих равных условиях, это отношение разности температур на поверхностях ограждающей конструкции к величине мощности теплового потока (теплопередача за один час через один квадратный метр площади поверхности ограждающей конструкции, Q ˙ A >_> ) проходящего сквозь нее, то есть R = Δ T / Q ˙ A >_> . Сопротивление теплопередаче отражает теплозащитные свойства ограждающей конструкции и складывается из термических сопротивлений отдельных однородных слоев конструкции.

Содержание

  • 1 Единицы измерения
  • 2 Расчёт
  • 3 Теплопроводность некоторых материалов
  • 4 См. также
  • 5 Примечания
  • 6 Литература

Единицы измерения [ править | править код ]

В Международной системе единиц (СИ) сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции измеряется разностью температуры в кельвинах (либо в градусах Цельсия) у поверхностей этой конструкции, требуемой для переноса 1 Вт мощности энергии через 1 м 2 площади конструкции (м 2 ·K/Вт или м 2 ·°C/Вт).

Расчёт [ править | править код ]

Термическое сопротивление отдельного слоя ограждающей конструкции или однородного ограждения [1] R = δ λ >> , где δ — толщина слоя материала (м), λ — коэффициент теплопроводности материала [2] (Вт/[м·°С]). Чем больше полученное значение R, тем выше теплозащитные свойства слоя материала. Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции равно сумме термических сопротивлений слоев из однородных материалов, составляющих эту конструкцию.

Для примера рассчитаем теплопотери помещения верхнего этажа дома через крышу. Примем температуру внутреннего воздуха +20°С , а наружного −10°С. Таким образом, температурный перепад составит 30°С (или 30 К). Если, например, потолок комнаты со стороны крыши изолирован стекловатой с низкой плотностью толщиной 150 мм, то сопротивление теплопередачи крыши составит около R=2,5 кв.м*град/Вт. При таких значениях температурного перепада и сопротивления теплопередаче, теплопотери через один квадратный метр крыши равны: 30 / 2,5 = 12 Вт/кв.м. При площади потолка комнаты 16 м 2 мощность оттока тепла только через потолок составит 12*16=192 Вт.

Согласно «СНиП 1954» R многослойных ограждений = Rв + R1 + R2 + … + Rн, где Rв — сопротивление теплопереходу у внутренней поверхности ограждения, R1 и R2 — термические сопротивления отдельных слоёв ограждения, Rн — сопротивление теплопереходу у наружной поверхности ограждения [1] .

Охрана труда

Передача тепла через стены осуществляется главным образом вследствие теплопроводности. Количество тепла, проходящего через стену, зависит от коэффициента теплопередачи материала к. Чем он выше, тем больше теплоты проходит через материал и тем хуже его теплозащита (рис. 8.7.4). Различные строительные материалы имеют разные коэффициенты теплопередачи. На них влияют различные факторы, в частности, плотность и влажность материала.

Плотный материал имеет больший коэффициент теплопередачи по сравнению с пористым материалом. Увеличение плотности способствует повышению к. Уменьшение плотности приводит к снижению к. Это объясняется тем, что поры строительного материала заполнены воздухом, имеющим низкий коэффициент теплопередачи. Чем больше пор в материале, тем меньше его плотность и теплопроводность. Например, у железобетона плотностью 2500 кг/м3 коэффициент теплопередачи к=2,04 Вт/(м2*К); у кладки из обыкновенного глиняного кирпича плотностью 1800 кг/м3 -к = 0,81 Вт/(м2*К), у фанеры плотностью 600 кг/м3 — к = = 0,18 Вт/(м2*К), у плит из полистирольного пенопласта плотностью 100 кг/м3 — к = 0,05 Вт/(м2*К).

Коэффициент теплопередачи к — единица, которая обозначает прохождение теплового потока мощностью 1 Вт сквозь элемент строительной конструкции площадью 1 м2 при разнице температур наружного воздуха и внутреннего в 1 Кельвин Вт/(м2*К).

Сопротивление теплопередаче R0 — величина, обратная коэффициенту теплопередачи.

Влажность способствует повышению теплопроводности: сырой материал имеет больший коэффициент теплопередачи и обладает худшими теплозащитными характеристиками по сравнению с сухим. Это вызвано тем, что при увлажнении материала его поры заполняются водой, имеющей высокий коэффициент теплопередачи (приблизительно в 20 раз больший, чем воздух). Чем больше влаги впитывает материал, тем выше становится его теплопроводность. Например, при повышении влажности кирпичной стены толщиной 0,5 м из обыкновенного глиняного кирпича от нормальной, равной 2%, до 8%, ее теплозащита ухудшается более чем на 30%. И если при температуре внутреннего воздуха +20 °С и наружного —20 °С на поверхности сухой стены температура составляет 14,4 °С, то на сырой стене на 2,7 °С ниже и равняется 11,7 °С (рис. 8.7.6).

Рис. 8.7.6. Влияние влажности материала на теплозащитные свойства кирпичной стены: а — сухая стена, влажность материала 5%, б — сырая стена, влажность материала 15%

Читать еще:  Характеристики облицовочного пустотелого кирпича

Поэтому для теплозащиты домов очень важно, чтобы строительный материал, и в первую очередь утеплитель, был обязательно сухим, а конструкции наружных ограждений были сделаны с таким расчетом, чтобы в них не образовывался конденсат, не скапливалась влага, приводящая к ухудшению теплоизоляционной способности стен, окон, чердачных перекрытий, полов первого этажа.

Таким образом, теплозащитная способность стены, ее сопротивление теплопередаче зависят от интенсивности передачи тепла на трех участках (у внутренней поверхности, в толще ограждения, у наружной, поверхности), каждый из которых имеет свое сопротивление. Общее сопротивление теплопередаче представляет собой их сумму (рис. 8.7.7).

Рис. 8.7.7. Сопротивление теплопередаче стены: 1 — теплообмен у внутренней поверхности стены, 2 — теплопередача через толщу ограждения, 3 — теплообмен у наружной поверхности стены, ав — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2 • К), а„ — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, Вт/(м2 • К)

Оконные проемы в общей площади наружных ограждений составляют значительно меньший процент по сравнению со стенами. Однако они имеют худшую теплозащиту: сопротивление теплопередаче оконного блока с двойным остеклением в 2—3 раза меньше, чем у наружных стен. Поэтому через окна теряется значительное количество теплоты: 20—30% всех теплопотерь дома.

На потери тепла через стены (и особенно через окна и стыки оконных коробок со стенами) сильное влияние оказывает ветер. Поскольку строительные материалы и конструкции являются в большей или меньшей степени воздухопроницаемыми, то через них воздух может проникать с улицы в помещение и из помещения на улицу. Если воздух попадает снаружи внутрь дома, то это называют инфильтрацией, если из помещения наружу, то эксфильтрацией.

При инфильтрации через конструкцию стены, стыки и неплотности окон в зимний период проникает холодный воздух. Проходя через толщу стены, он вызывает снижение температуры внутри ограждения и на его поверхности, а проникая в комнату, охлаждает внутренний воздух и вызывает дополнительные потери тепла. Наибольшие теплопотери при инфильтрации происходят через окна и стыковые соединения оконных блоков со стенами. В таблице 8.7.1 приведены теплопотери через наружные ограждения различных конструкций, включающие участок стены, оконный откос и окно при инфильтрации и без нее.

Таблица 8.7.1. Теплопотери через ограждения при инфильтрации и без нее

Вертикальная неоднородная ограждающая конструкция

Температура на внутренней

Теплопотери через наруж­ное ограждение, Вг/м 2

поверхности оконного от­коса, °С *

Керамзитобетонная (R =0,84 м 2 -К/Вт) с дере­вянным оконным блоком с двойным остеклением в спаренных переплетах (R0= 0,34 м 2 -К/Вт)

Трехслойная керамзитобе­тонная панель толщиной 340 мм с утеплителем из полистирольного пеноплас­та и обрамляющими реб­рами из керамзитобетона (Rо=1,91 м 2 -К/Вт) с дере­вянным оконным блоком с двойным остеклением в деревянных раздельных переплетах (Rо=0,38 м 2 К/Вт)

Примечание: над чертой — без учета инфильтрации, под чертой — с учетом инфильтрации.

При эксфильтрации теплый воздух проходит из помещения через наружное ограждение, повышая температуру на его поверхности и в толще и способствуя увеличению теплопотерь жилым домом. Помимо, этого при эксфильтрации повыщается вероятность выпадения конденсата на стене, остеклении, оконных откосах и внутри ограждений.

Из таблицы 8.7.1. видно, что фильтрация воздуха приводит к увеличению теплопотерь через ограждения почти в 2 раза.

Потери тепла через перекрытия первого этажа в большинстве случаев составляют 3—10% общих теплопотерь. При строительстве дома необходимо качественно выполнить теплоизоляцию цокольного перекрытия и обеспечить на поверхности пола температуру не более чем на 2 °С ниже температуры внутреннего воздуха.

В холодное время года часть тепла теряется через крышу, причем в одноэтажных, двухэтажных домах потери больше, чем в многоэтажных. Они составляют соответственно 30—35 и 5—10%. Поэтому при проектировании и строительстве индивидуальных малоэтажных домов особое внимание должно быть уделено теплоизоляции перекрытия верхнего этажа или чердачного перекрытия. Часто на втором этаже индивидуального двухэтажного дома устраивают жилые комнаты — мансарды. В них крыша выполняет роль наружного ограждения, защищающего помещение от дождя, ветра, холода. Его хорошие теплоизоляционные качества создают уют и тепловой комфорт для живущих людей, снижают затраты на отопление дома, а в солнечную погоду позволяют защитить комнату от перегрева.

Каждая квартира оборудована системой естественной вытяжной вентиляции. Вентиляционные отверстия расположены в ванной комнате, в туалете и на кухне на внутренних стенах, в верхней их части, и прикрыты металлическими или пластмассовыми решетками. Это — вытяжные отверстия. Через них вытяжной воздух из помещений удаляется на улицу. По законам физики работа этой системы зависит от разности температуры в помещении и на улице, Чем ниже температура воздуха на улице, тем лучше она работает и больше теплого воздуха удаляется. На смену ему, благодаря создаваемому вытяжной вентиляцией разрежению в квартире через щели в окнах, открытые форточки, двери, поступает холодный наружный воздух. Причем в холодную пору года действительный объем вентиляции зачастую намного превышает требуемую норму, приводя к увеличению затрат на отопление, так как через систему вентиляции теплопотери составляют до 15%.

Читать еще:  Кирпич рядовой утолщенный желтый

Таким образом, типовая структура расхода тепловой энергии зданием выглядит следующим образом:

Задание № 2. Определить толщину утеплителя и приведенное сопротивление теплопередаче многослойной ограждающей конструкции для жилого дома в городе Пермь.

Определить толщину утеплителя и приведенное сопротивление теплопередаче многослойной ограждающей конструкции для жилого дома в городе Пермь.

Требуется определить толщину утеплителя и вычислить приведенное сопротивление теплопередаче следующей многослойной наружной стены с металлическими связями d = 6 мм (шаг раскладки — 0,6 м) :

Рисунок 1 – Схема ограждающей конструкции

Таблица 2- Слои ограждающей конструкции

№ слояМатериалПлотность , кг/м³Толщина δ, м
Кладка из керамического кирпича0,12
Плита минераловатная?
Кладка из сплошного глиняного кирпича0,25
Штукатурка (цементно-песчаный раствор)0,02

1. В Задании № 1 мы определили величину требуемого сопротивления теплопередаче:

м 2 •°С/Вт.

2. Для удобства решения заполняем таблицу расчетных данных:

Таблица 3 – Расчетные данные

МатериалПлотность , кг/м³Толщина δ, мКоэффициент теплопроводности , Вт/(м•°С)
Кладка из керамического кирпича0,120,58
Плита минераловатная (ГОСТ 21880)?0,064
Кладка из сплошного глиняного кирпича0,250,70
Штукатурка (цементно-песчаный раствор)0,020,76

3. Находим требуемое условное сопротивление теплопередаче по формуле:

= м 2 •°С/Вт, (2)

где — требуемое сопротивление теплопередаче конструкции без учета теплопроводных включений (гибких связей), м 2 • °С/Вт;

r — коэффициент теплотехнической однородности, «глади», «глухой» части стены. В рассматриваемом варианте принимаем r = 0,87

Для двухслойных стен с конструктивным слоем плотностью от 600 до 2500 кг/м 3 и эффективным утеплителем на прямых металлических связях диаметром не более 3 мм с шагом 600 мм, закрепленных на дюбелях, = 0,95—0,98.

Для трехслойных стен с наружным кирпичным слоем и слоем эффективного утеплителя с прямым анкерным креплением (крепление в шов кладки через 6 слоев по вертикали, шаг по горизонтали — 600 мм, диаметр анкера не более 6 мм):

1. При внутреннем ячеистобетонном слое плотностью 600 кг/м 3 :

• при толщине утеплителя 100 мм = 0,78—0,91;

• при толщине утеплителя 150 мм = 0,77—0,90;

• при толщине утеплителя 200 мм = 0,75—0,88.

4. Требуемое значение сопротивления теплопередаче слоя утеплителя (минераловатных плит) определяем по формуле:

= (3)

м 2 •°С/Вт.

5. Расчетную толщину утеплителя находим по формуле:

= (4)

6. Фактическую толщину утеплителя принимаем из конструктивных соображений

7. Приведенное сопротивление теплопередаче наружной стены находим по формулам:

; (5)

= (6)

= =

= =

= м 2 •°С/Вт.

8. Проверяем выполнение условия неравенства:

м 2 •°С/Вт

Фактическое приведенное сопротивление теплопередаче не меньше требуемого.

Способы уменьшения теплопередачи через стенку

Влажность способствует повышению теплопроводности: сырой материал имеет больший коэффициент теплопроводности и обладает худшими теплозащитными характеристиками по сравнению с сухим. Это вызвано тем, что при увлажнении материала его поры заполняются водой, имеющей высокий коэффициент теплопроводности (приблизительно в 20 раз больший, чем воздух). Чем больше влаги впитывает материал, тем выше становится его теплопроводность.

Рис. 4.14. Сопротивление теплопередаче стены: 1 — теплообмен у внут-ренней поверхности стены; 2 — теплопередача через толщу ограждения; 3 — теплообмен у наружной поверхности стены; ctB — коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м∙С); αн — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, Вт/(м∙С).

Например, при повышении влажности кирпичной стены толщиной 0,5 м из обыкновенного глиняного кирпича с нормальной, равной 2%, до 8%, ее теплозащита ухудшается более чем на 30%. И если при температуре внутреннего воздуха +20°С и наружного -20°С на поверхности сухой стены температура составляет 14,4°С, то на сырой стене на 2,7°С ниже и равняется 11,7°С (рис. 4.14). Поэтому для теплозащиты домов очень важно, чтобы строительный материал, и в первую очередь утеплитель, был обязательно сухим, а конструкции наружных ограждений были сделаны с таким расчетом, чтобы в них не образовывался конденсат и не скапливалась влага, приводящая к ухудшению теплоизоляционной способности стен, окон, чердачных перекрытий, полов первого этажа.

Читать еще:  Облицовочный кирпич обычный кирпич отличия

На тепловые потери через ограждения наибольшие влияние оказывает их способность передавать теплоту, которое зависит от коэффициента теплопроводности и толщины материала. Чем меньше коэффициент теплопроводности и толще стена, тем больше ее термическое сопротивление и лучше ее теплозащитные свойства (см. рис. 4.14).

Кроме того, количество теряемой теплоты зависит от сопротивления теплообмену конвекцией и излучением у поверхности внутренней и наружной стен. Чем интенсивнее происходит теплообмен, тем больше теплоты теряется из помещения и передается внутренней поверхности конструкции или отдается поверхностью стены наружу, тем меньше сопротивление теплообмену и хуже теплозащита.

Таким образом, теплозащитная способность стены, ее сопротивление теплопередаче зависят от интенсивности передачи теплоты на трех участках (у внутренней поверхности, в толще ограждения, у наружной поверхности), каждый из которых имеет свое сопротивление. Общее сопротивление теплопередаче представляет собой их сумму.

Пример

Наружная стена длиной 4 м высотой 3 м состоит из кирпичной кладки толщиной 50 см (кладка в два кирпича, кирпич красный полнотелый на цементно-песчаном растворе). Слоем внутренней цементной штукатурки толщиной 1 см можно пренебречь. Коэффициент теплопроводности такой кладки λ = 0,8 м 2 ∙С/Вт.

Коэффициент теплопередачи такой стены:

k = 1/(1/8,7 + 0,5/0,8 + 1/23) = 1,3 Вт/(м 2 ∙С),

Тепловые потери через стену при разности температур 40 о С (на улице -20, в помещении +20):

Qт.п. = k∙F∙dt = 1,3∙(3∙4)∙40 = 624 Вт.

Теперь, если рассматриваемую стену утеплить с помощью минеральной ваты или стекловаты. Утепление с наружной стороны, толщина стекловаты 5 см, теплопроводность λ = 0,045 м∙С/Вт.

Коэффициент теплопередачи утепленной стены:

k = 1/(1/8,7 + 0,5/0,8 + 0,05/0,045 + 1/23) = 0,53 Вт/(м 2 ∙С),

тепловые потери через утепленную стену:

Qт.п. = k∙F∙dt = 0,53∙( ∙4)∙40 = 254 Вт.

Разница в тепловых потерях до утепления и после:

ΔQ т.п. = 624 — 254 = 370 Вт.

То есть утепление является очень эффективным способом снижения потерь теплоты. Поэтому можно сделать вывод, что правильно утеплив дом эффективными теплоизоляционными материалами, можно уменьшить потребление теплоты до двух раз и даже больше.

Каким образом можно достичь нужных показателей коэффициентов теплопередачи? Ниже приведен пример кирпичной однородной кирпичной стены с толщиной 25 см (см. рис. 4.15). Материал — полнотелый красный кирпич на цементно-песчаном растворе.

Как показано в этом примере, толщина теплоизоляции наружной стены, если возможно, не должна быть менее 100 мм. Затраты на теплоизоляцию наружных стен складываются из стоимости материалов (теплоизоляция, штукатурные смеси, сетка, дюбели, декоративная отделка) и стоимость работ. Как показывает практика, разница в общих затратах при использовании теплоизоляции толщиной 50 мм и 100 мм будет около 10%, а по эффективности — отличаться в полтора раза.

Рис. 4.15. Пример утепления кирпичной однородной кирпичной стены,

имеющей до начала теплоизоляционных работ толщину 25 см.

Коэффициенты теплопередачи при разном утеплении кирпичной стены

Коэффициент теплопередачи Вт/(м 2 ∙С)

Толщина теплоизоляции, мм

Увеличение толщины теплоизоляции свыше 150 мм экономически не выгодно. Общая стоимость будет расти намного быстрее, чем эффект от экономии теплоты. Итак, оптимальной толщиной теплоизоляции при утеплении наружных стен (при применении теплоизоляции с коэффициентом теплопроводности λ ≤ 0,041 Вт/(м∙С)) — 100-150 мм.

Утепление с наружной стороны наиболее подходит для жилых домов, так как имеет ряд преимуществ:

— использование эффекта аккумулирования теплоты несущими конструкциями здания;

— вынос «точки росы» за пределы несущей конструкции;

— не уменьшается полезный объем помещения.

Наружные стены при этом можно утеплять с помощью пенополистирольных или жестких минераловатных (стекловатных) плит с дальнейшим оштукатуриванием и покрытием декоративным отделками. Этот способ очень распространен в настоящее время из-за высокой технологичности и дешевизны основного утеплителя — пенопласта. Но следует помнить, что у пенопласт имеет очень малое паропроницание. Поэтому помещения, утепленные с его применением, нужно тщательно проветривать и удалять лишнюю влагу, иначе она может конденсироваться в наиболее холодных местах — на оконных стеклах и в углах.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector