Теплоизоляция. Основные понятия и механизмы процесса

E-mail

Теплоизоляция предназначена для создания благоприятной атмосферы, защиты человека от избытка или недостатка тепла, экономии затрат на отопление, предохранение конструкций от разрушений, возникающих вследствие конденсации водяных паров.

Основные понятия приведены в DIN 4108.

Количество тепла измеряется в ккал (Вт), температура — в °С, разность температур — в K (Кельвин); 1 ккал повышает температуру 1000 воды на 1 градус.

Теплообмен возникает из-за конвекции, проводимости, излучения и диффузии водяных паров: может быть замедлен, но при устройстве теплоизоляции полностью не исключается.

Коэффициент теплопроводностиλ ккал/м • ч • °С, [Вт/мК)] характеризует свойства материала; чем меньше эта величина, тем меньше теплопроводность. Значения по DIN 4108 округлены для удобства при практическом применении. Их нельзя сравнивать с измеряемыми величинами.

Коэффициент теплоизоляции1/λ м2 • ч • К/ккал [м2К/Вт], характеризует толщину слоя материала: 1/λ = d/λ, где d— толщина слоя в м. Удобнее считать, умножая d' (толщина слоя в см) на коэффициент D', т.е 1/λ = d'D'. Значения 1/λ приведены в DIN 4108; кривая распределена температур в конструкции и повреждение от конденсации воды рассмотрены ниже.

Термическое сопротивление 1/λ характеризует теплоизолирующую способность воздушного слоя, прилегающего к конструкции. Чем меньше скорость воздушного потока, тем выше 1/ά: на наружной стороне конструкции 1άн = 0,05, на внутренней—1άн = 0,14, в углах— 0,2 м2 • ч • К /ккал.

Сопротивление теплопереходу —1/k, м2ч°С/ккал [м2•К/Вт], являете суммой сопротивлений конструкции проникновению тепла: 1/k = 1/άвн + 1/λ + 1/ά (обратная величина— это коэффициент теплоперехода K,  ккал/м2 • ч • °С, характеризующий потери тепла конструкции и служит основой при расчете систем отопления).

Коэффициент теплопередачиk, ккал/м2 • ч • °С [Вт/(м2 • К)]. Это o6paтная величина сопротивления теплопереходу. В настоящее время это важнейшая величина для расчёта теплоизоляции. Величины k для различных случаев заданы в «Дополнениях к DIN 4108» и «Указаниях по теплоизоляции зданий». Те же величины принимаются за основу при расчёте систем отопления.

Рассматриваемая величина km равна среднему коэффициенту теплопередачи «окно + стена»; при расчёте учитываются в равной мере значения F и k обоих компонентов: 

 nf_80_06.jpg


km равна среднему коэффициенту теплопередачи ограждающей конструкции, рассчитанному при равных долях F и k составных частей конструкции, включая стены (W), окна(Е), крыши (D) площади пола (G) и потолка, омываемые воздухом (DL), с учётом минимальных коэффициентов для крыши и поверхностей:

nf_80_07.jpg


Теплопередача через строительную конструкцию: часть тепла проходит через внутренний воздушный слой и нагревает воздух помещения у внутренней поверхности конструкции; если количество тепла превышает теплоизолирующую способность конструкции, то оно достигает наружной поверхности, затем проходит через внешний воздушный слой и попадает в атмосферу (рис. 1).

Разность температур между внутренней и наружной поверхностями при этом распределяется на отдельные слои пропорционально процентному отношению, отражающему их влияние на суммарное сопротивление теплопереходу (рис. 2.)

nf_80_08.jpg

Пример 2. При 1/Λ = 0,31 получаем соотношение 0,14 : 0,31.  0,05 = 28% : 62% :10%. Тогда на внутреннюю воздушную прослойку приходится 28% х 40 = 11,2 K, т.е. поверхность стены на 11,2 K холоднее воздуха в помещении. Таким образом, чем меньше теплоизоляция слоя, тем ниже температура внутренней поверхности конструкции (рис. 7), так как в ней легче появляется конденсационная влага.

Поскольку кривая распределения температуры зависит от тепло изоляции отдельных слоев, то она имеет вид прямой, если конструктивный элемент изобразить в масштабе теплоизолирующей способности составляющих его слоёв (рис. 5, 6).

 

nf_80_01.jpg nf_80_02.jpg
1. Теплопередача через строительную конструкцию.
2. Распределение температур в однослойной стене.

3. Расчёт коэффициента k многослойной стены. Пример: стена из газобетона 800 кг/ м3, толщиной 30 см, оштукатуренная.
nf_80_03.jpg nf_80_04.jpg
4. Расчёт средней величины термического сопротивления составной конструкции. Пример: наклонная крыша чердака.
5. Распределение температур в многослойной стене.
6. Распределение температур как на рис.2, но конструкция изображена в масштабе, соответствующем термическому сопротивлению. По всей толщине конструкции закон изменения температур выражен прямой линией.

nf_80_05.jpg 7. Распределение температур в конструкциях с различным температурным сопротивлением при tвн = 28° и tн = 12°. Температура внутренней поверхности стены (tс.вн) тем выше, чем лучше термическое сопротивление.

 

Эрнст Нойферт. «Строительное проектирование»