Коэффициент теплопередачи - Thermal transmittance
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.
Хорошо изолированные части здания имеют низкий коэффициент теплопроводности, 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 цокольных 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. Выбор материалов и качество монтажа имеют решающее значение для результатов утепления окон . Рама и двойное уплотнение оконной системы являются фактическими слабыми местами оконной изоляции.
Типичные значения коэффициента теплопередачи для обычных строительных конструкций следующие:
- 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)
- 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.
Расчет коэффициента теплопередачи
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, говорят, что раствор «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. Чтобы рассчитать коэффициент теплопередачи при наличии «перемычек» строительных швов, необходимо рассчитать две величины, известные как R max и R min . R max можно рассматривать как полное тепловое сопротивление, полученное, если предположить, что нет бокового потока тепла, а R min можно 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
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.
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 по мере увеличения 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.