что такое приведенное сопротивление теплопередаче
Сопротивление теплопередаче стеклопакетов
Окна Проф >> Всё про окна >> Cопротивление теплопередаче стеклопакетов: приведенное сопротивление теплопередаче окон
Наибольшие потери тепла в доме происходят через окна (до 40% от общего количества потерь). Основная утечка тепловой энергии происходит через стеклопакет — основной элемент конструктива окна. Сопротивление теплопередаче стеклопакетов — это количественный параметр, по которому можно проводить сравнение теплоизоляционных возможностей стеклопакетов.
Общее определение термина
Понятие сопротивления теплопередаче (СТП) сформулировано в ГОСТ Р 54851-2011. Окна, наряду со стенами, дверьми, кровлей и т.д., являются элементами конструкции, ограждающей внутреннее пространство для создания комфортной среды обитания человека. СТП ограждения — это коэффициент R, значение которого демонстрирует теплоизоляционные свойства конструкции. Чем больше абсолютная величина R, тем меньше будет потерь тепла из помещения.
Единица измерения R в системе СИ — [м 2 * 0 С/Вт]. Значение R равно разнице температур на наружной ( Тн ),и внутренней ( Твн ) поверхностях ограждения для потока тепла Q мощностью 1 Вт, проходящего через 1 м 2 тепловой защиты.
Формула для расчета R выглядит следующим образом:
R = ( Твн — Тн ) / Q
Чем больше значение R, тем меньше будут теплопотери. Эта формула напоминает выражение для закона Ома, поэтому R иногда, по аналогии с электрическим термином, называют теплосопротивлением.
Сопротивление теплопередаче окон
Современное окно (на базе пластикового, алюминиевого и даже деревянного профиля) представляет собой высокотехнологичный конструктор, состоящий из элементов с различными тепловыми свойствами.
Полное сопротивление оконного блока получается суммированием термических сопротивлений его однородных компонент:
Основные виды стеклопакетов
Стеклопакет (СП), являясь основной частью окна, конструктивно состоит из нескольких стекол, соединенных металлическими (промежуточными) рамками. Промежуток между стеклами называется камерой.
Чаще всего используются три основных вида стекольных пакетов:
Толщина используемых стекол варьируется от 4 до 6 мм. Для остекления объектов с повышенными требованиями к прочности (большие ветровые нагрузки) могут применяться стекла толщиной 8-10 мм. Промежуток между стеклами может варьироваться — от 8 до 36 мм. Диапазон толщин стеклопакетов составляет от 14 до 60 мм.
СТП самого стекла сравнительно мало ввиду его большой теплопроводности. Для уменьшения теплопотерь межстекольное пространство, заполняется воздухом или инертным газом (аргоном Ar, криптоном Kr, азотом N2). Газонаполненные камеры дают основной вклад в повышение СТП стеклопакета Rсп. Существенно повысить значение Rсп удается также с помощью создания вакуума в камере, но это приводит к резкому удорожанию конечного изделия.
Приведенное сопротивление теплопередаче окон
Для расчетов характеристик проектируемых и строящихся объектов используется величина, названная приведенным сопротивлением теплопередаче оконных блоков Rпр. Это усредненная величина, в которой учтены СТП пакета стекол, оконного профиля и крепежных элементов. Чем больше Rпр, тем меньше через окно утекает тепла «на сторону».
Производители, предлагающие свою продукцию для работ по остеклению, обязаны обеспечивать теплоизоляционные параметры в соответствии с ГОСТ 30674-99, действие которого распространяется на оконные блоки из ПВХ профилей. Этот документ задает требуемые уровни Rпр для различных конструкций стеклопакетов на базе трехкамерных профилей.
Типовые значения Rпр представлены в следующей таблице:
СТЕКЛОПАКЕТЫ | Диапазон Rпр |
Для 1-камерных | 0,35 — 0,63 |
Для 2-х камерных | 0,49 — 0,56 |
Для 2-х камерных с отражающим покрытием | 0,57 — 0,72 |
Значения Rпр регламентированы для оконных проемов, у которых светопропрозрачная часть составляет 70% от общей площади. В случаях использования профилей другой конструкции (например, иное количество камер) Rпр определяется экспериментально на специальном оборудовании.
Коэффициент сопротивления теплопередаче стеклопакетов
В сопроводительной документации на готовое изделие Rcп часто называют коэффициентом сопротивления теплопередаче (КСТП), который равен количеству тепла, проходящему через один квадратный метр площади стеклопакета при разнице температур в один градус (Цельсия или Кельвина) Физический смысл и размерность этих величин (СТП и КСТП) абсолютно идентичны. ГОСТ 24866-99, который имеет статус межгосударственного стандарта, для этого параметра не использует слово «коэффициент».
В Таблице 4 этого документа представлены основные требования к Rcп:
Стеклопакет | Число камер | Rcп, не менее, м 2 * 0 С/Вт |
Общестроительного назначения | 1-камерный 0,44 | |
Ударостойкий | 1-камерный 0,44 | |
Солнцезащитный | 1-камерный 0,44 | |
Энергосберегающий | 1-камерный 0,72 | |
Морозостойкий | 1-камерный 0,72 | |
Шумозащитный | 1-камерныйДополнительные способы уменьшения теплопотерьВнушительного снижения теплопотерь удается достичь с помощью специальных покрытий. Сверхтонкий слой окислов металла наносится на внутреннюю поверхность стекла, что гарантирует его сохранность в процессе эксплуатации. Эта дополнительная пленка полностью пропускает видимый свет, но при этом выступает своеобразным «зеркалом», отражающим электромагнитное излучение инфракрасного (ИК) диапазона. Как известно из физики, нагретые тела значительную часть своей внутренней энергию излучают в этой области спектра. Различают два вида стекол с дополнительным напылением:
Как рассчитать теплопроводность стеклопакетаТеплопроводность — это физическая величина, характеризующая способность вещества или тела проводить тепло. Чем ее значение больше, тем быстрее происходит передача тепла от тела с большей температурой к меньшей. То есть коэффициент теплопроводности K является обратной величиной к R0 — СТП, принятому к применению в России. Чем меньше K, тем лучше теплоизоляционные свойства конструкции. Коэффициент K применяется в стандартах и нормах, разработанных DIN (Институт ФРГ по стандартизации), имеющего статус ведущего органа по стандартизации в Европе. Для примерных расчетов можно использовать формулу: K = 1 / R0 Размерность K в системе СИ — [Вт/м 2 */ 0 С]. Некоторые производители представляют на своих сайтах онлайн-калькулятор, с помощью которого потенциальный покупатель может рассчитать характеристики будущего оконного проема с индивидуальными («под себя») параметрами. Приборы для непосредственного измерения характеристик СППроведение расчетов, требует основательных знаний в области теплотехники. Но можно воспользоваться специальными электронными приборами. Для прямых измерения параметров ограждений разработчики предлагают прибор — теплограф. С его помощью можно измерять: Приведенное сопротивление теплопередаче
При выводе общего сопротивления теплопередаче рассматривалось плоско-параллельное ограждение. А поверхности большинства современных ограждающих конструкций не являются изотермическими, то есть температура на различных участках наружной и внутренней поверхностей конструкции не являются одинаковыми из-за наличия различных теплопроводных включений, имеющихся в конструкции/ Поэтому приведенное сопротивление теплопередаче конструкции (или участка конструкции) может быть определено выражением:
Выражение
Из (2.24) и (2.25) следует:
Ограждающие конструкции с применением эффективных теплоизоляционных материалов выполняются таким образом, что слой теплоизоляционного материала закрывает, насколько возможно, большую площадь конструкции. Сечения теплопроводных включений выполняют насколько возможно малыми. Следовательно, можно выделить участок конструкции, удаленный от теплопроводных включений. Если пренебречь влиянием теплопроводных включений на этом участке, то его теплозащитные свойства можно характеризовать при помощи условного сопротивления теплопередаче
Этот коэффициент практически всегда меньше единицы. Равенство его единице означает, что теплопроводные включения отсутствуют, и возможности применения слоя теплоизоляционного материала используются максимально. Но таких конструкций практически не бывает. Коэффициент теплотехнической однородности определяется прямым расчетом многомерного температурного поля конструкции или упрощенно по [32], а для случая стержневых связей по [19]. Величина, обратная приведенному сопротивлению теплопередаче, названа коэффициентом теплопередачи ограждающей конструкции К, Вт/м 2. о С:
Что такое приведенное сопротивление теплопередачеНАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КОНСТРУКЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫЕ ОГРАЖДАЮЩИЕ НЕОДНОРОДНЫЕ Расчет приведенного сопротивления теплопередаче Dissimilar building envelopes. Calculation of reduced total thermal resistance Дата введения 2012-05-01 Сведения о стандарте 1 РАЗРАБОТАН Учреждением «Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук» 2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство» Настоящий стандарт разработан с целью подтверждения соответствия теплотехнических характеристик наружных ограждений зданий и сооружений нормативным значениям и требованиям контроля этих показателей согласно [1] с учетом требований ГОСТ Р 51380 и ГОСТ Р 51387. Настоящий стандарт позволяет оценить уровень теплозащиты ограждающих конструкций при приемке зданий и последующей эксплуатации, наметить мероприятия по повышению уровня теплозащиты зданий в случае отклонения энергопотребления от действующих нормативных требований. 1 Область примененияНастоящий стандарт устанавливает методы расчета приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных ограждающих конструкций помещений жилых, общественных, административных, бытовых, сельскохозяйственных, производственных зданий и сооружений, а также совокупности ограждающих конструкций, отделяющих внутренний объем здания от наружной среды. В зависимости от типа ограждающей конструкции и теплотехнических неоднородностей, входящих в структуру ограждения, настоящий стандарт предлагает методы теплотехнического расчета обобщенной теплозащитной характеристики теплотехнически неоднородного ограждения, разделяющего пространства с различными температурно-влажностными средами (в пределах одного помещения, группы соседних помещений, этажа, всего фасада здания, ограждений, контактирующих снаружи с грунтом, и т.д.). Настоящий стандарт также учитывает в теплотехнических расчетах наружных ограждений такие виды теплотехнических неоднородностей, как примыкания элементов ограждения здания (наружные и внутренние углы, примыкания стен к покрытиям и перекрытиям первого этажа над холодным подвалом или уложенным по грунту, примыкание наружных ограждений к внутренним), и отдельных элементов наружных ограждений (стыки между соседними панелями, откосы проемов, связи между облицовочными слоями ограждений). 2 Нормативные ссылкиВ настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты: ГОСТ Р 51263-99 Полистиролбетон. Технические условия ГОСТ Р 51380-99 Энергосбережение. Методы подтверждения соответствия показателей энергетической эффективности энергопотребляющей продукции их нормативным значениям ГОСТ Р 51387-99 Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения ГОСТ 11024-84 Панели стеновые наружные бетонные и железобетонные для жилых и общественных зданий. Общие технические условия ГОСТ 11118-2009 Панели из автоклавных ячеистых бетонов для наружных стен зданий. Технические условия ГОСТ 13578-68 Панели из легких бетонов на пористых заполнителях для наружных стен производственных зданий. Технические требования ГОСТ 19010-82 Блоки стеновые бетонные и железобетонные для зданий. Общие технические условия ГОСТ 21562-76 Панели металлические с утеплителем из пенопласта. Общие технические условия ГОСТ 23486-79 Панели металлические трехслойные стеновые с утеплителем из пенополиуретана. Технические условия ГОСТ 24594-81 Панели и блоки стеновые из кирпича и керамических камней. Общие технические условия ГОСТ 25485-89 Бетоны ячеистые. Технические условия ГОСТ 25820-2000 Бетоны легкие. Технические условия ГОСТ 26254-84 Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций ГОСТ 26602.1-99 Блоки оконные и дверные. Методы определения сопротивления теплопередаче ГОСТ 30494-96 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях ГОСТ 31310-2005 Панели стеновые трехслойные железобетонные с эффективным утеплителем. Общие технические условия ГОСТ 31359-2007 Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия ГОСТ 31360-2007 Изделия стеновые неармированные из ячеистого бетона автоклавного твердения. Технические условия 3 Термины и определенияВ настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями: 3.1 теплопередача: Перенос теплоты от одной окружающей среды через ограждающую конструкцию к другой окружающей среде. 3.2 наружная ограждающая конструкция здания: Конструктивный элемент здания, защищающий внутреннее пространство, в котором поддерживаются требуемые параметры микроклимата, от воздействий наружной среды. 3.3 линейная теплотехническая неоднородность: Линейная зона примыкания двух ограждающих конструкций, влияющего на изменение теплового потока, проходящего через наружное ограждение (стык между соседними панелями, угол, образованный из двух наружных ограждений или наружного ограждения с внутренним, откос проема, соединительное ребро внутри ограждения и др.). 3.4 точечная теплотехническая неоднородность: Локальный соединительный элемент многослойного наружного ограждения, обеспечивающий его конструктивную целостность и повышающий теплопотери в зоне его прохождения (гибкие связи, дюбели, шпонки и другие точечные соединения, проходящие через теплоизоляционные слои ограждения), 3.7 коэффициент теплотехнической однородности : Безразмерный показатель, оценивающий снижение уровня теплозащиты ограждения вследствие наличия в нем различного вида теплотехнических неоднородностей (соединительных элементов облицовок ограждения, пронзающих теплоизоляционные слои, стыков между элементами ограждающих конструкций с примыканием к ним внутренних ограждений, откосов, угловых соединений, в том числе примыканий стен к покрытиям, перекрытиям над холодными пространствами, мест закрепления в стенах балконных плит и т.п.) и численно выражаемый отношением приведенного сопротивления теплопередаче ограждения к сопротивлению теплопередаче его зоны, удаленной от теплопроводных включений. 4 Методы расчета приведенного сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций4.1 Общие положения
Численные значения теплового потока, проходящего через неоднородное ограждение, определяют на основе расчета одно-, двух- и трехмерных температурных полей. Участки многослойного ограждения, имеющие однородные теплоизоляционные, конструкционные и прочие слои, расположенные перпендикулярно к направлению теплового потока, возникающего при эксплуатации здания, и удаленные от всякого рода теплотехнических неоднородностей и теплопроводных включений, обеспечивают равномерную по площади теплопередачу и характеризуются условным (по глади) сопротивлением теплопередаче. При проектировании наружных ограждающих конструкций здания в силу конструктивных особенностей оболочки здания и видов наружных ограждений возникают различного рода теплотехнические неоднородности: они в силу конструктивных особенностей примыкания наружных и внутренних ограждений имеют преимущественно линейный характер (наружные и внутренние углы наружных стен, примыкания наружных стен к внутренним стенам и перекрытиям, примыкания наружных стен к покрытиям и перекрытиям первого этажа над холодным подвалом или уложенным по грунту, стыки между соседними панелями, откосы проемов). Теплопотери через эти виды теплотехнических неоднородностей определяют расчетом на ЭВМ двухмерных стационарных температурных полей фрагментов наружных ограждений при расчетных значениях температур разделяемых воздушных сред и условиях теплообмена на поверхностях расчетного фрагмента. В многослойных ограждающих конструкциях для обеспечения конструктивной целостности и устойчивости в эксплуатационных условиях вводят различные типы связей между облицовочными слоями (соединительные ребра, в т.ч. перфорированные, гибкие стержневые связи, шпонки). К этой категории неоднородностей относятся угловые примыкания откосов проемов, примыкания угла наружных стен к покрытию или перекрытию первого этажа. Теплопотери через эти виды теплопроводных включений или примыканий определяют расчетом на ЭВМ двухмерных (в цилиндрических координатах) или трехмерных стационарных температурных полей фрагментов при расчетных значениях температур и условиях теплообмена.
— коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, принимаемый в соответствии с таблицей 6 [1] с учетом примечания к этой таблице; — расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая по ГОСТ 30494; — расчетная температура наружного воздуха, °С, принимаемая по средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92, см. [1]. Сопротивление теплопередаче светопрозрачных конструкцийКоэффициент теплопроводности k характеризует количество тепла в ваттах (Вт), которое проходит через 1 м² конструкции при разности температур по обе стороны в один градус по шкале Кельвина (К), единица измерения Вт/м² К. Чем меньше значение k, тем меньше теплопередача через конструкцию, т.е. выше ее изоляционные свойства. К сожалению, простой пересчет k в Ro (k=1/Ro) не вполне корректен из-за различия методик измерений в России и других странах. Однако, если продукция прошла сертификацию, то производитель обязан представить заказчику именно показатель теплопроводности. Ro тр — требуемые значения коэффициента сопротивления теплопередаче для каждого региона нашей страны определяется в соответствии с продолжительностью отопительного периода. Сопротивление теплопередаче рассчитывается по формуле:
Чем больше этот показатель, тем меньше теплопередача через конструкцию. Требуемые значения коэффициента сопротивления теплопередаче для каждого региона нашей страны определяется в соответствии с продолжительностью отопительного периода. Рассчитать самостоятельно сопротивление теплопередачи оконной конструкции несложно, для этого необходимы: где, Foc— площадь остекления (светопрозрачная часть окна, без учета профиля створки/коробки/импоста) F пер- площадь непрозрачной части конструкции окна Естественно, большое значение имеют внешние климатические условия. Понятно, что окна, которые подойдут для остекления домов в Сочи, вряд ли устроят жителей Воркуты. Поэтому, при выборе окна, необходимо обращать внимание на параметры теплозащиты с учетом климатических условий, в которых они будут использоваться. Вычисляем площадь непрозрачной части Fпер: (0,112*1,5)*2+(1,5*0,187)+ (1,4-0,112-0,187)*2*0,112= 0,87 кв.м Располагая всеми необходимыми данными мы можем вычислить коэффициент сопротивления теплопередаче: Сопротивление теплопередаче, характеризующее теплозащиту наружных ограждающих конструкций, в том числе окон нормируется СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника», а также введенным с 01.10.03г. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» Рассчитаем показатель «градусосуток» для Московского региона: ГСОП= (20-(-3,1))x214= 4943 По состоянию на 2011г. в Москве действует МГСН 2.01-99 «»Энергосбережение в зданиях», в соответствии с которым приведенное сопротивление теплопередаче для окон следует принимать 0,54 м²·°C/Вт для окон, балконных дверей и витражей; 0,81 м²·°C/Вт для глухой части балконных дверей. На показатель сопротивления теплопередаче окон влияют несколько факторов: Кроме общероссийских нормативных документов существуют еще и местные, в которых определенные требования для данного региона могут быть ужесточены. Из ГОСТ 23166-99 «Блоки оконные Общие технические условия» по показателю приведенного сопротивления теплопередаче, изделия подразделяют на классы: в соответствии с которым коэффициент сопротивления теплопередаче оконных конструкций может быть увеличен. К сожалению, эффект от проведения теплосберегающих мероприятий пока ощущают только муниципалитеты. В квартирах нет индивидуальных теплосчетчиков, поэтому экономия тепла для жителей не ощутима. Если муниципалитет дотирует тарифы на тепло, то утепление домов сказывается на объеме дотаций. Но суммы эти в бюджете мало ощутимы, поскольку относительная доля утепленных домов пока мала. Примечания2 Статья подготовлена на примере ПВХ профилей.
|