Расчет теплоизоляционных характеристик

Общие сведения

Тепло – это форма энергии, которая обычно ассоциируется с визуальным восприятием таких явлений, как огонь, пар или кипящая вода. Эти очевидные представления в действительности охватывают лишь незначительную часть данного явления. Все тела, если их температура отлична от температуры абсолютного нуля, при которой прекращается движение молекул, содержат то или иное количество тепла.

Теплоизоляция - это способ отделения одного теплопроводящего тела от другого с помощью непроводящего тепло материала с целью уменьшения или предотвращения передачи тепла.

Основная задача теплоизоляции заключается в уменьшении потери тепла в холодный период года и обеспечении относительного постоянства температуры в помещении в течение суток при колебаниях температуры наружного воздуха. Применяя для этой цели эффективные теплоизоляционные материалы, можно существенно уменьшить снизить массу ограждающих конструкций, и, таким образом, сократить расход основных стройматериалов и увеличить допустимые размеры сборных элементов, а также сократить затраты на отопление помещения.

Исследования показывают, что, например, в европейских странах можно было бы уменьшить выбросы СО2 на 50 %, если бы во всех отапливаемых зданиях соблюдались требования по теплоизоляции. По мере сокращения выбросов СО2 одновременно резко уменьшается выделение в атмосферу SO2 и NO2, что снижает объем кислотных дождей. В Германии ежегодно в атмосферу при сжигании энергоносителей для отопления домов уходит 0,5 млрд тонн СО2. По данным кафедры строительных материалов МГСУ на отопление зданий ежегодно расходуется 240 млн тонн условного топлива, что составляет около 20 % от общего расхода энергоресурсов в России. Эффективное снижение расхода энергии на отопление возможно лишь при комплексном подходе к решению этой проблемы.

Теплоизоляция окна

Защита от холода в зимний период является наиболее важной функцией окон. При этом следует помнить, что, как правило, любое окно выпускает больше тепла из помещения на улицу, чем стена. Окна и двери в домах, построенных в советский период, дают до 60% всех потерь тепла. Современные пластиковые окна эффективнее помогают сберечь тепло в доме, чем старые деревянные.

Основными факторами, влияющими на способность окна противостоять потерям тепла, являются: -размер окна, в том числе соотношение площади остекления и оконного блока; -поперечное сечение рамы и створки; -тип стеклопакета (одно- или двухкамерный, с простыми или энергосберегающими стеклами, ширина воздушной прослойки стеклопакета); -качественное примыкание оконных проемов.

Наибольшую площадь в окне занимает стеклопакет, и при выборе оконной конструкции с повышенной теплоизоляцией следует уделять серьезное внимание именно ему. Простые однокамерные стеклопакеты не подходят для климата большинства регионов России (в том числе и для Тюмени), хотя по своим теплоизоляционным свойствам они, безусловно, гораздо лучше старых деревянных. Их обычно используют жители южных широт и в промышленных целях (застекление производственных помещений и т.п.).

Обычный двухкамерный стеклопакет лучше сохраняет тепло, и именно его чаще всего выбирают покупатели. Но и его время уходит, поскольку он не всегда соответствуют требованиям СНиП 23-02-2003 и ТСН 23-340-2003 к сопротивлению теплопередаче. Для получения более высоких теплосберегающих свойств вместо обычного стекла в современных пакетах используют так называемое низкоэмиссионное стекло (k-стекло, i-стекло). Это теплосберегающее стекло со специальным покрытием из атомов серебра, которое пропускает в помещение коротковолновое солнечное излучение, но препятствует выходу наружу длинноволнового теплового излучения, например, от отопительных приборов. Однокамерный пакет с низкоэмиссионным стеклом по своим свойствам лучше сохраняет тепло, чем обычный двухкамерный, но при этом стоит дешевле. Именно такой стеклопакет ведущие оконные компании рекомендуют сейчас использовать в жилых домах нашего региона.

Так, в течение отопительного сезона теплосберегающий эффект от окна ПВХ средних размеров, застекленного однокамерным стеклопакетом с низкоэмиссионным стеклом в 1,4 раза выше, чем при двухкамерном стеклопакете из простого стекла. Дополнительная защита от теплопотерь достигается также путем заполнения пространства между стеклами однокамерного стеклопакета инертным газом - криптоном или аргоном. Еще одним достоинством однокамерного стеклопакета является его меньший вес по сравнению с двухкамерным стеклопакетом. В результате уменьшается нагрузка на крепеж и петли, износ и, следовательно, увеличивается долговечность и герметичность рамной конструкции.

На теплоизоляционные свойства окон влияет также ПВХ-профиль. Площадь непрозрачных частей окна в среднем составляет 30-40%. Теплоизоляционные свойства профиля зависят от его общей ширины и количества камер. Сегодня чаще всего применяются трехкамерные профили шириной 58-62мм. Однако наблюдается тенденция смены стандартов: в России (вслед за Европой) становятся популярными современные профили шириной от 70 мм и с количеством воздушных камер от четырех. Качество фурнитуры и ее правильный монтаж также влияют на герметичность конструкции. Правильная установка хорошей фурнитуры позволяет плотно закрывать створки, не оставляя щелей, снижая таким образом теплопотери.

Приведенное термическое сопротивление

Основной нормируемой величиной, отражающей теплозащитные качества светопрозрачной конструкции, является приведенное термическое сопротивление окна Rопр. Оно определяется в соответствии со следующими нормативными документами: СНиП П-3-79* "Строительная теплотехника"; Изменение № 4 к СНиП II-3-79* "Строительная теплотехника" в соответствии с постановлением Госстроя России № 18-8 от 19.01.98г. В соответствии со СНиП II-3-79*, базовой расчетной величиной для определения сопротивления теплопередаче является показатель градусосутки отопительного периода - ГСОП, определяемый по формуле: ГСОП=(tв- tот)Zот , где tв - температура внутреннего воздуха помещения, tот и Zот - средняя температура и продолжительность отопительного периода (периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8°С по СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика») Значение Roпр для помещений гражданских зданий следует принимать в соответствии с таблицей (см.ниже).

Приведенное термическое сопротивление окна Roпр определяется по формуле:

где Foс и F пер - площади остекления и непрозрачной части (рамы и переплета), м 2; ROос - сопротивление теплопередаче остекления, (m2 0С)/Вт; R0 пер - сопротивление теплопередаче непрозрачной части (рамы и переплета), (m2 0С)/ Вт.

Пример: Окно 1.2 х 1.8 м. Профиль - Veka Softline AD - трехкамерный. Стеклопакет -двухкамерный F4 - 12 - F4 - 12 - F4. Район строительства - г. Москва. К расчету приведенного термического сопротивления окна. 1. Термическое сопротивление пакета профилей R опер = 0.59 (м2 °С)/ Вт. 2. Ширина пакета профилей (коробка + створка) – d = 123.5 мм (рама 67 мм, створка 82.5 мм). 3. Площадь непрозрачной части: F пер = (0.123 х 1.8)х2 - (0.123 х ((1.2- 0.123) х 2)) -0.442 -г 0.265 =0.71 м2

1. Термическое сопротивление стеклопакета - R о = 0.53(m2 0С)/ Вт. 2. Площадь остекления Foс = (1.8 х 1.2)- 0.71 = 1.45 m2. 3. Для г. Москвы в соответствии со СНиП2.01.01-82: - продолжительность отопительного периода Z от = 213 сут; - средняя температура отопительного периода toт = - 3.6°С; - ГСОП=(20+3.6) 213=5027 4. Интерполяцией по табл.2.11 находим Ro тp=0,55(m2 0С)/ Вт 5. Подставляя значения в формулу, получаем Ro тp=(0.53х1.45+0.59х0.71)/(1,45+0,71)=0,55(m2 0С)/Вт.

Для наглядности результаты расчета могут быть сведены в таблицу:

Вывод. Окно заданной конструкции на пределе (без запаса по термическому сопротивлению) удовлетворяет нормативным требованиям.

Точка росы

Температура точки росы - это температура, при которой воздух охлажден настолько, что водяной пар, содержащийся в нем, конденсируется и превращается в капели воды - в росу.

Точку росы можно определить по относительной влажности воздуха в помещении. Чем она выше, тем выше точка росы, и соответственно ближе к температуре воздуха. Относительная влажность ниже, следовательно, точка росы ниже и приближается к фактической температуре. Ну, а если относительная влажность составляет 100 %, то точка росы совпадает с фактической температурой. Помимо определения непосредственно термического сопротивления окон, регламентируемого соответствующими нормативными документами, необходимо прогнозировать температуру воздуха, при которой будет происходить запотевание окон и выпадение на них конденсата. Парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе помещения (абсолютная влажность внутреннего воздуха ев) зависит от температуры внутреннего воздуха tв и относительной его влажности fв в как: ев = е(t) fв. Данная зависимость представлена в графическом виде на рис. 2.

При низкой температуре наружного воздуха, температура на внутренней поверхности остекления (τвп), окажется существенно ниже температуры воздуха внутри помещения (в середине помещения на высоте 1.5 м от пола). В этом случае предельное значение парциального давления водяного пара Е, соответствующее температуре τвп, может быть ниже, чем расчетное ев = f (tв, fв), что приведет к выпадению "лишнего" водяного пара на холодной внутренней поверхности остекления в виде конденсата или изморози. Значение температуры, при котором Е= f (τвп) и ев = f (tв, fв), будут равны, соответствует температуре точки росы.

Рис. 2. График определения точки росы

Пример:

Необходимо определить вероятность выпадения конденсата на внутренней поверхности однокамерного стеклопакета 4-12-4, установленного в помещении с температурой внутреннего воздуха tв = 20° С и влажностью внутреннего воздуха fв = 60 %, при условии что наружная температура падает до значения tн = -30° С.

1. Коэффициент теплопередачи однокамерного стеклопакета 4-12-4 К = 2.86 Вт/ (м2 0С); соответственно термическое сопротивление R = 1/К= I/ 2.86 = 0.35 (м2 0С)/ Вт. 2. Определяем точку росы (температуру выпадения конденсата на внутренней поверхности остекления) при температуре внутреннего воздуха в помещении tв = 20° С и относительной влажности fв. Предельное значение парциального давления водяного пара Е при температуре tв = 20 ° С равно 17.53 мм.рт.ст. Абсолютная влажность воздуха е = E(t ) fв =17.53 х 0.6=10.52 мм.рт.ст., что соответствует температуре точки росы t = 12.0° С. 3. Определяем температуру на внутренней поверхности стеклопакета τвп при понижении температуры наружного воздуха до - 30° С. исходя из того, что падение температуры в толще ограждающей конструкции пропорционально изменению термического сопротивления, а именно: δtв =(δT/Ro) x Rв, δТ=Тв-Тн=20+30=50°С получаем δtв= (50/0.35) х 0.12= 17.1° С Температура на внутренней поверхности стеклопакета будет равна τвп = 20 - 17.1= + 2.9° С, что существенно ниже температуры точки росы для данного помещения (t = 12.0° С).

Таким образом, температура на внутренней поверхности однокамерного стеклопакета, установленного в помещении с температурой внутреннего воздуха tв=20° С и влажностью внутреннего воздуха fв = 60 %, при наружной температуре воздуха tн = -30° С, будет существенно ниже температуры точки росы, что приведет к выпадению конденсата на внутренней поверхности стеклопакета.

Таким образом, мы видим, что правильный расчет термического сопротивления и точки росы при установке светопрозрачной конструкции помогает значительно снизить теплопотери и продлить срок эксплуатации окна.

Источник: www.fasadinfo.com, www.docload.ru

Вклад участника

Крестьянников Эдуард