Сопротивление теплопередаче. Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции

Теплопередача ограждающих конструкций — это сложный процесс, включающий конвекцию, теплопроводность и излучение. Все они происходят совместно при преобладании одного из них. Теплоизоляционные свойства конструкций ограждения, которые отражаются через сопротивление теплопередаче, должны соответствовать действующим строительным нормам.

Как происходит теплообмен воздуха с ограждающими конструкциями

В строительстве задают нормативные требования к величине потока тепла через стенку и через него определяют ее толщину. Одним из параметров для его расчета служит температурный перепад снаружи и внутри помещения. За основу берут самое холодное время года. Другим параметром является коэффициент теплопередачи К — количество тепла, переданного за 1 с через площадь 1 м², при разности температуры наружной и внутренней среды в 1 ºС. Величина К зависит от свойств материала. По мере его снижения возрастают теплозащитные свойства стены. Кроме того, холод в помещение будет проникать меньше, если будет больше толщина ограждения.

Конвекция и излучение снаружи и изнутри также влияют на утечку тепла из дома. Поэтому за батареями на стенах устанавливают отражающие экраны из алюминиевой фольги. Подобную защиту делают также внутри вентилируемых фасадов снаружи.

Теплопередача через стены дома

Наружные стены составляют максимальную часть площади дома и через них энергетические потери достигают 35-45%. Строительные материалы, из которых изготовлены ограждающие конструкции, имеют разную защиту от холода. Наименьшей теплопроводностью обладает воздух. Поэтому пористые материалы имеют самые низкие значения коэффициентов теплопередачи. Например, у строительного кирпича К = 0,81 Вт/(м²·^оС), у бетона К = 2,04 Вт/(м²·^оС), у фанеры К = 0,18 Вт/(м²·^оС), а у пенополистирольных плит К = 0,038 Вт/(м²·^оС).

В расчетах применяют величину, обратную коэффициенту К, - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции. Оно является нормируемой величиной и не должно быть ниже определенного заданного значения, поскольку от него зависят затраты на отопление и условия пребывания в помещениях.

На коэффициент К влияет влажность материала ограждающих конструкций. У сырого материала вода вытесняет воздух из пор, а ее теплопроводность выше в 20 раз. В результате ухудшаются теплозащитные свойства ограждения. Влажная кирпичная стена пропускает на 30% больше тепла по сравнению с сухой. Поэтому фасад и крыши домов стараются облицовывать материалами, на которых вода не удерживается.

Потери тепла через стены и стыки проемов в значительной степени зависят от ветра. Несущие конструкции — воздухопроницаемые, и воздух через них проходит снаружи (инфильтрация) и изнутри (эксфильтрация).

Облицовка зданий

Наружная облицовка вентилируемых фасадов устанавливается с зазором, в котором циркулирует воздух. Она не влияет на сопротивление теплопередаче стен, но хорошо противостоит ветровой нагрузке, уменьшая инфильтрацию. Воздух может проникать в места соединения оконных и дверных коробок со стенными проемами. Из-за этого уменьшается сопротивление теплопередаче окон на крайних участках. В этих местах помещают эффективную изоляцию, препятствующую оттоку тепла по наиболее короткому пути. Сопротивление теплопередаче стен и окон в местах сопряжения будет минимальным, и конденсат на стеклопакете не образуется, если расположить рамы посередине откоса.

Необходимые защитные свойства и энергосбережение достигается применением теплоизоляционных многослойных панелей, которыми защищают весь фасад дома снаружи и изнутри. Системы навесного вентилируемого фасада устанавливаются в любое время года и при любой погоде. За счет дополнительного утепления устраняются «мостики холода» и повышается комфорт проживания.

Потери тепла через перекрытия первого этажа

Через пол этажа потери тепла достигают 3-10%. Строители мало заботятся об их утеплении, оставляя щели. В лучшем случае производится их косметическая заделка цементным раствором. Если температура поверхности пола ниже, чем в помещении, на 2 ºС, значит, теплоизоляция цоколя выполнена некачественно.

Теплопотери через крышу

Особенно велики потери тепла через крышу в одно- и двухэтажных домах. Они достигают 35%. Современные теплоизолирующие материалы позволяют надежно защитить потолок и крышу от действия внешней среды и потерь тепла изнутри.

Как определяется сопротивление теплопередаче

В физическом смысле сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции характеризует уровень ее теплоизоляционных свойств и находится из соотношения

• R = 1/К (м²·^оС/Вт ).

Защитные свойства стены определяются процессами температурного обмена на ее наружной и внутренней поверхностях, а также в толще материала. Для сложного ограждения суммарное сопротивление теплопередаче будет иметь вид:

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

где R₁, R₂, R_n характеризуют свойства отдельных слоев, а R_в, R_н — внутреннее и внешнее взаимодействие с воздухом.

Приведенное сопротивление теплопередаче

На практике конструкции являются неоднородными и содержат элементы крепления слоев и прочие связи, образующие «мостики холода». Неоднородность конструкций может значительно снижать сопротивление теплопередаче всей конструкции. Поэтому его приводят к некоторому усредненному значению R₀^' для эквивалентного ограждения с равномерными свойствами по всей площади. Например, в расчетах толщины стен здания учитываются теплопотери в оконных и дверных откосах, воротах, отдельных элементах здания через величину приведенного сопротивления теплопередаче. На картинке стрелками показано, как теплопроводное бетонное перекрытие вытягивает тепло наружу.

Приведенное сопротивление теплопередаче определяется после определения всех основных площадок действия разных тепловых потоков. После этого, в соответствии с ГОСТ 26254-84, производится расчет по формуле:

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

F — площадь ограждающей конструкции;

F_n — площадь характерной n-й зоны;

R_0n —сопротивление теплопередаче характерной n-й зоны.

Таким образом, фактические тепловые потоки через сложную конструкцию приводятся к равномерной теплопередаче через ее проекцию.

Согласно ГОСТ Р 54851-2011, удельный тепловой поток через ограждающие конструкци­и определяется из выражения:

• q = (t_вн – t_н) / R₀^' ,

где t_вн и t_н – температура воздуха в помещении, выбираемая по ГОСТ 30494, и температура снаружи, определяемая как средняя по самой холодной пятидневке за год.

Инфракрасная технология позволяет определять места, где сопротивление теплопередаче снижается. На картинке видно «мостики холода», где происходит большая потеря тепла. Температура в зоне синего цвета на 8 ºС меньше остальной.

Потери тепла через оконные проемы

Окна занимают небольшую часть поверхности дома, но даже у двойных стеклопакетов теплозащита в 2-3 раза слабее, чем у стен. Современные энергосберегающие окна по характеристике температурной защиты приближаются к свойствам стен.

Для каждого стеклопакета существуют свои эксплуатационные характеристики. На первом месте среди них стоит приведенное сопротивление теплопередачи, в зависимости от величины которого каждое изделие разделяют по классам.

Самый низкий класс - Д2 - представляют однослойные стеклопакеты с толщиной стекла 4 мм (R₀^' = 0,35 - 0,39 м·°С/Вт). Если окно имеет сопротивление теплопередаче стеклопакетов ниже приведенных минимальных значений, то его никак не классифицируют. По мере увеличения температурной защиты энергоэффективные окна снижают светопропускание.

Самый высокий класс сопротивления теплопередаче — А1 - представляют двухкамерные энергосберегающие окна с инертным газом и защитными покрытиями (R₀^' > = 0,8 м·°С/Вт). Их теплозащитные свойства выше, чем у некоторых стен из строительных материалов.

Сопротивление теплопередаче стеклопакетов зависит от следующих факторов:

• соотношения площадей остекления и всего блока;
• размеров сечений створки и рамы;
• материала и конструкции оконного блока;
• характеристики стеклопакета;
• качества уплотнений между створкой и рамой.

Когда рассчитывается сопротивление теплопередаче окон и балконных дверей, необходимо учитывать влияние краевой зоны, поскольку в месте соединения стеклопакета с профилем окна может выпадать конденсат.

При монтаже также следует обращать внимание на качество уплотнения проемов. Через термографическое устройство можно увидеть, как холод проникает в дом через верхнюю и правую части двери (картинка снизу).Какими бы эффективными ни были стеклопакеты, при свободном прохождении воздуха между рамами и стенами все их преимущества будут потеряны.

Выбор окон вместе с балконными дверями для каждого региона производится в соответствии с требуемой величиной сопротивления теплопередаче R₀^' и климатическими условиями, определяемыми количеством градусо-суток периода отопления.

Заключение

Нормированные сопротивления теплопередаче стен и окон позволяют возводить энергоэффективные здания и сооружения. При расчетах температурных характеристик стен необходимо учитывать неоднородные свойства конструктивных элементов. Для поддержания микроклимата нужна надежная защита всех частей дома от холода. Это позволяют сделать современные утеплители.