Определение коэффициентов теплопередачи
Потери при проведении теплового расчета определенные трудности возникают при определении коэффициентов теплопередачи или коэффициентов термического сопротивления.
Ограждающие конструкции домов редко состоят из однородного материала, так, например, полы цоколя и подвала обычно многослойные; основание, слой бетона, слой теплоизоляции, гидроизоляция, выравнивающая стяжка, слой клея, собственно напольное покрытие.
Для определения коэффициента теплопередачи многослойной стенки необходимо определить коэффициенты теплопередач каждого слоя по отдельности. Затем сложить все полученные величины, т.к. суммарный коэффициент термического сопротивления определяется простой суммой сопротивлений всех входящих в стенку слоев. В предлагаемом примере приведены часто встречающиеся толщины покрытий (размеры в мм).
Итак, приступим к определению коэффициента теплопередачи приведенной конструкции.
1. В первую очередь следует определить коэффициенты теплопроводности применяемых материалов.
Воспользуемся таблицей теплопроводностей материалов:
λ напольного покрытия (керамической плитки) примем как для кирпича на
цементном растворе - 0.81 Вт/(м*град С);
λ клея примем как стяжку на цементно-песчаном растворе - 0.93 Вт/(м*град С),
будем считать, что выравнивающая стяжка одновременно выполняет функции
утеплителя и выполнена из керамзитобетона на кварцевом песке с плотностью 800
кг/м. куб. с коэффициентом теплопроводности 1=0,35 Вт/(м*град С);
λ гидроизоляции примем 0,6 Вт/(м*град С);
λ плиты - как для железобетона - 2.04 Вт/(м*град С);
λ основания, как для цементно-песчаной стяжки, 0,93 Вт/(м*град С).
2. Теперь определяем коэффициенты термического сопротивления по формуле:
где толщина слоя, м;
— расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м*°С).
R нап. покрытия = 0.009/0.81 =0.0111,
R клея = 0.008/0.83 = 000964,
R стяжки - 0.04/0.35 = 1.1429,
R гидроизоляции = 0.009/0.6 = 0.015,
Rплиты « 0.25/2.04 = 0.1225,
R основания = 0.12/0.93 = 0.129.
3. Теперь просуммируем полученные величины и узнаем полное термическое сопротивление пола:
R пола = R нал. покрытия + R клея + R стяжки + R гидроизоляции + R плиты + R основания = 0.0111 + 0.00964 + 1.1429 + 0.015 + 0.1225 + 0.129 = 1.4272
Для обеспечения комфортных условий в области пола в районе Москвы необходимо, чтобы коэффициент термического сопротивления пола был не менее 4,2. Таким образом, мы выяснили, что предлагаемая конструкция пола совершенно не соответствует климатической зоне, если такой пол будет выполнен, то в подвальном помещении на полу будет не просто холодно, а невыносимо холодно, в особенности около наружных стен.
Проанализируем, что необходимо сделать, чтобы пол был теплым. Понятно, что необходимо наращивать теплоизоляцию, вопрос: какую? Для обеспечения комфортных условий на полу нам необходимо увеличить коэффициент термического сопротивления пола на величину R = 4,2 – 1,4272 = 2,77.
Этого можно достичь разными путями:
ü увеличить толщину выравнивающей стяжки,
ü ввести дополнительное покрытие из современных теплоизоляционных материалов,
ü отказаться от использования керамического покрытия пола и выполнить полы деревянными из доски толщиной 40 мм на лагах высотой 100 с укладкой минералловатных плит между лагами под досками.
Рассмотрим для примера все эти три варианта.
1.Увеличение толщины выравнивающей стяжки.
Определим недостающую высоту стяжки, для этого необходимо недостающую величину термического сопротивления умножить на коэффициент теплопроводности стяжки: δ = R* λ=2.77 * 0.35 = 0.9695
Полученный результат - в метрах! Для создания комфортных условий необходимо будет подлить керамзитобетон на высоту почти метр! Подобный результат получился из-за того, что, керамзитобетон, что бы не говорили, не является хорошим изолятором. Для обеспечения комфортных условий необходимо применение более эффективных утеплителей со значительно меньшими коэффициентами теплопередачи.
2. Применение дополнительных утеплителей.
Будем считать, что удалось приобрести современный листовой утеплитель, обладающий достаточной прочностью, с коэффициентом теплопередачи 0,06, скажем, экструдированный полипропилен. Какова должна быть его толщина? Проводим аналогичные расчеты:
δ=R * λ = 2.77 * 0.06 = 0.1662
Не забудем, что результат в метрах, т.е. в это 17 см.
3. Рассмотрим последний вариант - деревянные полы.
Посчитаем добавку к коэффициенту термического сопротивления в связи с применением минералломатов толщиной 10см и доски сосновой толщиной 4см.
Воспользуемся таблицеи теплопроводностей:
λ минераллоплиты - 0,06 Вт/{м*град С),
λ сосновой доски – 0,18 Вт/(м*град С).
R минераллоплиты = 0.1/0.06 = 1.667
R сосновой доски = 0.04/0.18 = 0.222.
R суммарное = R минераллоплиты +R сосновой доски = 1.667+0.222 = 1.889
Суммарное термическое сопротивлении пола составляет R = 1.889 + 1.4272 = 3.316. Данный коэффициент термического сопротивления не является достаточным для пола. Для получения действительно теплого пола необходимо увеличить высоту лаг как минимум до 20 см и все пространство между лагами заложить минералломатами.
Какие выводы можно сделать из приведенных выше прикидочных расчетов? Следующие выводы:
Ø Только современные высоко эффективные материалы позволяют создать пол (непосредственно контактирующий с землей) с комфортными условиями внутри помещений. Не следует слепо доверять высказыванию некоторых строителей, что деревянный пол с утеплителем в 10-12 см достаточно теплый - это распространенное заблуждение. Действительно теплый деревянный пол должен иметь утепление как минимум 20 см.
Ø Строительные конструкции пола - плита, выравнивающая стяжка, гидроизоляция, клей и т.п. выполняют только свою первоначальную функцию, как теплоизоляторы эти слои исключительно не эффективны.
Ø Суммарное термическое сопротивление вышеперечисленных слоев составляет ~ 0,3, и при прикидочном расчете теплопотерь эти слои можно вовсе не учитывать, т.е. проверять только термическое сопротивление специализированных слоев утеплителей. Если сопротивление слоев утеплителей составит - 4 или более, то пол будет теплым, если менее ~ 3,5 - то гарантированно холодным и некомфортным
Рассмотрим в качестве примера расчет термического сопротивления стен, т.к. стены являются одним из основных источников теплопотерь, и при проектировании стен не специалистами "на глазок" встречается огромное количество заблуждений.
Прежде всего, следует иметь в виду, что, согласно современным требованиям, стены вновь строящихся и реконструируемых домов должны иметь коэффициент термического сопротивления равным или более 3,5 (в районе Москвы). Принципиально каждый застройщик имеет возможность построить дырявый сарай без соблюдения каких-либо требований СНиПов, и попытаться его прогреть. Следует иметь в виду, что в этом случае при выделении газа могут возникнуть непреодолимые трудности - местный газовый трест может выделять газ исходя из объема зданий в расчете на нормальные стены, и попросту не выделит необходимых для обогрева мощностей. Конечно, этот вопрос решаемый, но за большие деньги. Помимо всего прочего, начинающий застройщик редко задает вопрос об эксплуатационных затратах, которые могут оказаться существенными даже для очень состоятельных людей. В нашей практике были случаи, когда жильцы домов были вынуждены отключать часть инженерных систем с целью уменьшения затрат.
Стены в отличие от полов могут представлять однослойные конструкции. Расчет однослойных конструкций не представляет сложностей. Не будем учитывать в расчетах слои внутренней и наружной штукатурок, т.к. ранее показано, что тонкие слои материала с высоким коэффициентом теплопередачи не оказывают заметного влиянии на термическое сопротивление стенки.
Проведем расчет термического сопротивления наиболее часто встречающихся стенок и утеплителей.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
| |
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
| |
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
| |
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
| |
|
|
|
Как видно из приведенной таблицы, ни одна однослойная стена разумной толщины даже близко не подходит к необходимым ныне действующим требованиям. Для соблюдения требований по теплопотерям стен необходимо применение утеплителя.
Приведем коэффициенты термического сопротивления наиболее часто применяемых утеплителей.
| Материал утеплителя | λутеплителя | δ - толщина утеплителя,см | R утеплителя = δ/λ |
| Плиты минераловатные плотностью 50кг/м.куб. | 0.06 | 8 | 1.33 |
| 0.06 | 10 | 1.67 | |
| 0.06 | 12 | 2 | |
| 0.06 | 16 | 2.66 | |
| 0.06 | 20 | 3.33 | |
| Пенопласт плотностью 60 кг/м куб. | 0.05 | 8 | 1.6 |
| 0.05 | 10 | 2 | |
| 0.05 | 12 | 2.4 | |
| 0.05 | 16 | 3.2 | |
| 0.05 | 20 | 4 | |
| Пенополиуретан плотностью 50 кг/м.куб. | 0.04 | 8 | 2 |
| 0.04 | 10 | 2.5 | |
| 0.04 | 12 | 3 | |
| 0.04 | 16 | 4 | |
| 0.04 | 10 | 5 |
На основании двух таблиц можно легко и просто подобрать толщины утеплителей. Допустим, мы имеем стену из силикатного кирпича толщиной 37 см (1,5 кирпича). Требуется подобрать утеплитель (вид и толщину).
Термическое сопротивление кирпичной стены составляет R=0,437. Для обеспечения требуемого термического сопротивления стены целиком необходимо подобрать утеплитель с сопротивлением R=3,5-0,437=3,063. Подобному сопротивлению удовлетворяют:
мин. вата толщиной около 20 см,
пенопласт толщиной около 16 см
или пенополиуретан толщиной 12 см.
Что конкретно выбрать для утепления зависит от Заказчика.
В заключение данной статьи еще раз хочется напомнить, что данная методика не является официальной. С помощью этой методики можно достаточно быстро проверить правильность расчетов проектировщиков, но не более того.
В заключение хочется отметить, что вопрос о выборе и размещении утеплителя является достаточно сложным и неоднозначным. Лучше решение этого вопроса доверить специалистам. Тем не менее, крайне желательно иметь общие представления о возможностях и последствиях разных способов размещения утеплителей.
ООО"КомплексСтройПроект"