Сравнение теплопроводности строительных материалов: Таблица Теплопроводности строительных материалов

Просто о сложном: сравнительная таблица теплопроводности строительных материалов

Kdpconsulting.ru

10 сентября 2020, 21:00

Комфорт и уют в доме во многом зависят от грамотно рассчитанного теплообмена ещё на этапе строительства. Для этого учитывают всё. Чтобы расчёты были более точными, а сделать их было гораздо легче, применяется таблица теплопроводности строительных материалов. С её помощью можно рассчитать, насколько тепло будет в доме и насколько экономнее получится его отопление. Рассмотрим основные параметры теплопроводности различных материалов и методику вычисления подобной величины общей конструкции.

© Kdpconsulting.ru

Чем ниже теплопроводность строительных материалов, тем теплее в доме

Видео дня

Содержание статьи 1 Что такое теплопроводность, термическое сопротивление и коэффициент теплопроводности

2 Основные параметры, от которых зависит величина теплопроводности

3 Коэффициент теплопроводности строительных материалов – таблицы 3. 1 Таблица теплопроводности кирпича

3.2 Таблица теплопроводности металлов

3.3 Таблица теплопроводности дерева

3.4 Таблица проводимости тепла бетонов

3.5 Какой коэффициент теплопроводности у воздушной прослойки 4 Калькулятор расчёта толщины стены по теплопроводности Что такое теплопроводность, термическое сопротивление и коэффициент теплопроводности

Что же за «зверь» теплопроводность? Если «расшифровать» сложное физическое определение, то можно получить следующее пояснение. Теплопроводность – свойство, которым обладают все строительные материалы. Характеризуется способностью отдавать тепло от нагретого предмета более холодному. Чем быстрее и интенсивнее это происходит, тем холоднее сам материал, соответственно, и строение из него нуждается в более интенсивном обогреве. Что не очень эффективно, особенно в денежном плане.

Для оценки величины теплопроводности используются специальные коэффициенты, которые уже заранее выявлены. ГОСТ 30290-94 контролирует методы определения подобной характеристики. Последняя нераздельно связана с термическим сопротивлением, которое означает сопротивление слоя теплоотдачи. В случае многослойного материала оно рассчитывается как сумма термических сопротивлений отдельных слоёв. Сама же эта величина равна отношению толщины слоя к коэффициенту. ИСТ-1 – прибор для определения теплопроводности Для упрощённого расчёта теплосопротивления стены в сети можно найти калькулятор с доступным и понятным интерфейсом. Как видите, в определении теплопроводности нет ничего сложного и непонятного. Зная все подобные характеристики будущих материалов, можно составить «энергоэффективный бутерброд», но только при условии учёта всех обстоятельств, которые будут влиять на теплоэффективность каждого слоя конструкции.

Основные параметры, от которых зависит величина теплопроводности

Не все строительные материалы одинаково теплоэффективны. На это влияют следующие факторы: Пористая структура материала говорит о том, что подобное строение неоднородно, а поры наполнены воздухом. Тепловые массы, перемещаясь через такие прослойки, теряют минимум своей энергии. Поэтому пенобетон именно с замкнутыми порами считается хорошим теплоизолятором. Замкнутые поры пенобетона наполнены воздухом, который по праву считается лучшим теплоизолятором

Повышенная плотность материала гарантирует более тесную взаимосвязь частиц друг с другом. Соответственно, уравновешивание температурного баланса происходит намного быстрее. По этой причине плотный материал обладает большим коэффициентом проводимости тепла. Поэтому железобетон считается одним из самых «холодных» материалов. Высокая плотность даёт хорошую прочность железобетону, но также и «обделяет» его теплоэффективностью

Влажность – злокачественный фактор, повышающий скорость прохождения тепла. Поэтому так важно качественно произвести гидроизоляцию необходимых узлов здания, грамотно организовать вентиляцию и использовать максимально инертные к намоканию строительные материалы. «Холодно, холодно и сыро. Не пойму, что же в нас остыло…» Даже Согдиана знает о том, что сырость и холод вечные соседи, от которых не спрячешься в тёплом свитере

Зная, что такое проводимость тепла, и какие факторы на неё влияют, можно смело пробовать применять свои знания для расчётов будущих строительных конструкций. Для этого нужно знать коэффициенты используемых материалов.

Коэффициент теплопроводности строительных материалов – таблицы

Теплоизоляционные свойства материалов прекрасно демонстрируют сводные таблицы, в которых представлены нормативные показатели.

Таблица коэффициентов теплоотдачи материалов. Часть 1

Проводимость тепла материалов. Часть 2

Таблица теплопроводности изоляционных материалов для бетонных полов

Но эти таблицы теплопроводности материалов и утеплителей учли далеко не все значения. Рассмотрим подробнее теплоотдачу основных строительных материалов.

Таблица теплопроводности кирпича

Как уже успели убедиться, кирпич – не самый «тёплый» стеновой материал. По теплоэффективности он отстаёт от дерева, пенобетона и керамзита. Но при грамотном утеплении из него получаются уютные и тёплые дома.

Сравнение теплопроводности строительных материалов по толщине (кирпич и пенобетон)

Но не все виды кирпича имеют одинаковый коэффициент теплопроводности (λ). Например, у клинкерного он самый большой – 0,4 0,9 Вт/(м·К). Поэтому строить из него что-то нецелесообразно. Чаще всего его применяют при дорожных работах и укладке пола в технических зданиях. Самый малый коэффициент подобной характеристики у так называемой теплокерамики – всего 0,11 Вт/(м·К). Но подобное изделие также отличается и большой хрупкостью, что максимально минимизирует область его применения.

Неплохое соответствие прочности и теплоэффективности у силикатных кирпичей. Но кладка из них также нуждается в дополнительном утеплении, и в зависимости от региона строительства, возможно, ещё и в утолщении стены. Ниже приведена сравнительная таблица значений проводимости тепла различными видами кирпичей.

Теплопроводность разных видов кирпичей

Таблица теплопроводности металлов

Теплопроводность металлов не менее важна в строительстве, например, при выборе радиаторов отопления. Также без подобных значений не обойтись при сварке ответственных конструкций, производстве полупроводников и различных изоляторов. Ниже приведены сравнительные таблицы проводимости тепла различных металлов.

Теплоэффективность разных видов металлов. Часть 1

Теплоэффективность разных видов металлов. Часть 2

Теплоэффективность разных видов металлов. Часть 3

Таблица теплопроводности дерева

Древесина в строительстве негласно относится к элитным материалам для возведения домов. И это не только из-за экологичности и высокой стоимости. Самые низкие коэффициенты теплопроводности у дерева. При этом подобные значения напрямую зависят от породы. Самый низкий коэффициент среди строительных пород имеет кедр (всего 0,095 Вт/(м С)) и пробка. Из последней строить дома очень дорого и проблемно. Но зато пробка для покрытия пола ценится из-за своей невысокой проводимости тепла и хороших звукоизоляционных качеств. Ниже представлены таблицы теплопроводности и прочности различных пород.

Проводимость тепла дерева

Прочность разных пород древесины

Таблица проводимости тепла бетонов

Бетон в различных его вариациях является самым распространённым строительным материалом на сегодня, хотя и не является самым «тёплым». В строительстве различают конструкционные и теплоизоляционные бетоны. Из первых возводят ответственные узлы зданий с последующим утеплением, когда же из вторых строят стены. В зависимости от региона к таковым либо применяется дополнительное утепление, либо нет.

Сравнительная таблица теплоизоляционных бетонов и теплопроводности различных стеновых материалов

Наиболее «тёплым» и прочным считает газобетон. Хотя это не совсем так. Если сравнивать структуру пеноблоков и газобетона, можно увидеть существенные различия. У первых поры замкнутые, когда же у газосиликатов большинство их открытые, как бы «рваные». Именно поэтому в ветреную погоду неутеплённый дом из газоблоков очень холодный. Эта же причина делает подобный лёгкий бетон более подверженным к воздействиям влаги.

Какой коэффициент теплопроводности у воздушной прослойки

В строительстве зачастую используют воздушные ветронепродуваемые прослойки, которые только увеличивают проводимость тепла всего здания. Также подобные продухи необходимы для вывода влаги наружу. Особое внимание проектированию подобных прослоек уделяется в пенобетонных зданиях различного назначения. У подобных прослоек также есть свой коэффициент теплопроводности в зависимости от их толщины.

Таблица проводимости тепла воздушных прослоек

Калькулятор расчёта толщины стены по теплопроводности

На практике подобные данные применяют часто и не только профессиональными проектировщиками. Нет ни одного закона, запрещающего самостоятельно создавать проект своего будущего дома. Главное, чтобы тот соответствовал всем нормативам и СНиПам. Чтобы рассчитать теплопроводность стены, можно воспользоваться специальным калькулятором. Подобное «чудо прогресса» можно как установить к себе на компьютер в качестве приложения, так и воспользоваться услугой онлайн.

Окно расчёта калькулятора

В нём нет премудростей. Просто выбираешь необходимые данные и получаешь готовый результат.

Расчёт толщины стен с использованием глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе

Существуют и более сложные калькуляторы расчёта, где учитываются все слои стен, пример подобного расчётного «механизма» показан на фото ниже.

Расчёт проводимости тепла всех прослоек стен

Конечно, теплоэффективность будущего здания – это вопрос, требующий пристального внимания. Ведь от него зависит, насколько тепло будет в доме и насколько экономно будет его отапливать. Для каждого климатического региона существуют свои нормы коэффициентов теплопроводности ограждающих конструкций. Можно рассчитать самостоятельно теплоэффективность, но если возникают проблемы, лучше обратиться за помощью к специалистам.

Другое

Сравнительная таблица теплопроводности современных строительных материалов

Строительство любого дома, будь то коттедж или скромный дачный домик, должно начинаться с разработки проекта. На этом этапе закладывается не только архитектурный облик будущего строения, но и его конструктивные и теплотехнические характеристики.

Схема теплопроводности и толщины материалов.

Основной задачей на этапе проекта будет не только разработка прочных и долговечных конструктивных решений, способных поддерживать наиболее комфортный микроклимат с минимальными затратами. Помочь определиться с выбором может сравнительная таблица теплопроводности материалов.

Понятие теплопроводности

В общих чертах процесс теплопроводности характеризуется передачей тепловой энергии от более нагретых частиц твердого тела к менее нагретым. Процесс будет идти до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие. Другими словами, пока не сравняются температуры.

Коэффициент теплопроводности кирпичей.

Применительно к ограждающим конструкциям дома (стены, пол, потолок, крыша) процесс теплопередачи будет определяться временем, в течение которого температура внутри помещения сравняется с температурой окружающей среды.

Чем более продолжителен по времени будет этот процесс, тем помещение будет более комфортным по ощущениям и экономичным по эксплуатационным расходам.

Численно процесс переноса тепла характеризуется коэффициентом теплопроводности. Физический смысл коэффициента показывает, какое количество тепла за единицу времени проходит через единицу поверхности. Т.е. чем выше значение этого показателя, тем лучше проводится тепло, значит, тем быстрее будет происходить процесс теплообмена.

Соответственно, на этапе проектных работ необходимо спроектировать конструкции, теплопроводность которых должна иметь по возможности наименьшее значение.

Вернуться к оглавлению

Факторы, влияющие на величину теплопроводности

Теплопроводность материалов, используемых в строительстве, зависит от их параметров:

Зависимость теплопроводности газобетона от плотности.

1. Пористость — наличие пор в структуре материала нарушает его однородность. При прохождении теплового потока часть энергии передается через объем, занятый порами и заполненный воздухом. Принято за отсчетную точку принимать теплопроводность сухого воздуха (0,02 Вт/(м*°С)). Соответственно, чем больший объем будет занят воздушными порами, тем меньше будет теплопроводность материала.
2. Структура пор — малый размер пор и их замкнутый характер способствуют снижению скорости теплового потока. В случае использования материалов с крупными сообщающимися порами в дополнение к теплопроводности в процессе переноса тепла будут участвовать процессы передачи тепла конвекцией.
3. Плотность — при больших значениях частицы более тесно взаимодействуют друг с другом и в большей степени способствуют передаче тепловой энергии. В общем случае значения теплопроводности материала в зависимости от его плотности определяются либо на основе справочных данных, либо эмпирически.
4. Влажность — значение теплопроводности для воды составляет (0,6 Вт/(м*°С)). При намокании стеновых конструкций или утеплителя происходит вытеснение сухого воздуха из пор и замещение его каплями жидкости или насыщенным влажным воздухом. Теплопроводность в этом случае значительно увеличится.
5. Влияние температуры на теплопроводность материала отражается через формулу:

λ=λо*(1+b*t), (1)

где, λо — коэффициент теплопроводности при температуре 0 °С, Вт/м*°С;

b — справочная величина температурного коэффициента;

t — температура.

Вернуться к оглавлению

Практическое применение значения теплопроводности строительных материалов

Из понятия теплопроводности напрямую вытекает понятие толщины слоя материала для получения необходимого значения сопротивления теплового потока. Тепловое сопротивление — нормируемая величина.

Упрощенная формула, определяющая толщину слоя, будет иметь вид:

Таблица теплопроводности утеплителей.

H=R/λ, (2)

где, H — толщина слоя, м;

R — сопротивление теплопередаче, (м2*°С)/Вт;

λ — коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°С).

Данная формула применительно к стене или перекрытию имеет следующие допущения:

• ограждающая конструкция имеет однородное монолитное строение;
• используемые стройматериалы имеют естественную влажность.

При проектировании необходимые нормируемые и справочные данные берутся из нормативной документации:

• СНиП23-01-99 — Строительная климатология;
• СНиП 23-02-2003 — Тепловая защита зданий;
• СП 23-101-2004 — Проектирование тепловой защиты зданий.

Вернуться к оглавлению

Теплопроводность материалов: параметры

Принято условное разделение материалов, применяемых в строительстве, на конструкционные и теплоизоляционные.

Конструкционные материалы применяются для возведения ограждающих конструкций (стен, перегородок, перекрытий). Они отличаются большими значениями теплопроводности.

Значения коэффициентов теплопроводности сведены в таблицу 1:

Таблица 1

Материал	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°С).
Пенобетон	(0,08 — 0,29) — в зависимости от плотности
Древесина ели и сосны	(0,1 — 0,15) — поперек волокон 0,18 — вдоль волокон
Керамзитобетон	(0,14-0,66) — в зависимости от плотности
Кирпич керамический пустотелый	0,35 — 0,41
Кирпич красный глиняный	0,56
Кирпич силикатный	0,7
Железобетон	1,29

Подставляя в формулу (2) данные, взятые из нормативной документации, и данные из Таблицы 1, можно получить требуемую толщину стен для конкретного климатического района.

При выполнении стен только из конструкционных материалов без использования теплоизоляции их необходимая толщина (в случае использования железобетона) может достигать нескольких метров. Конструкция в этом случае получится непомерно большой и громоздкой.

http://ostroymaterialah.ru/youtu.be/iTAN9cIP7Ns

Допускают возведение стен без использования дополнительного утепления, пожалуй, только пенобетон и дерево. И даже в этом случае толщина стены достигает полуметра.

Теплоизоляционные материалы имеют достаточно малые величины значения коэффициента теплопроводности.

Основной их диапазон лежит в пределах от 0,03 до 0,07 Вт/(м*°С). Наиболее распространенные материалы — это экструдированный пенополистирол, минеральная вата, пенопласт, стекловата, утепляющие материалы на основе пенополиуретана. Их использование позволяет значительно снизить толщину ограждающих конструкций.

Читайте также: Опилкобетонный блок
Пено и газоблоки
О размерах пенобетонного блока — читайте здесь.

Вернуться к оглавлению

Теплопроводность при строительстве

Схема сравнения теплопроводности стен из газобетона и кирпича.

При проектировании и производстве строительных работ необходимо учитывать возможные пути теплопотерь:

• 30-40% потерь тепла приходится на поверхность стен;
• 20-30% — через межэтажные перекрытия и крышу;
• около 20% потерь приходится на поверхность, занимаемую оконными и дверными проемами;
• приблизительно 10% тепла уходит из помещения через плохо утепленные полы.

Важным фактором при учете теплопроводности в строительстве является обеспечение надлежащей ветро- и пароизоляции. В наибольшей степени это справедливо для пористых утеплителей. Т.е. при ограничении доступа влаги внутрь конструкций (как извне, так и снаружи) сопротивление теплопередачи будет выше. Утеплитель будет более эффективно работать, соответственно, потребуется меньшая толщина конструкций.

В идеале стены и перекрытия должны выполняться из теплоизоляционных материалов. Однако они обладают низкой конструкционной прочностью, что ограничивает широту их применения. Возникает необходимость выполнять основные несущие конструкции из кирпича, дерева, пенобетонных блоков и т.п.

Наиболее распространенным вариантом конструкций домов, встречающимся на практике, является комбинация несущей конструкции и теплоизоляции.

Здесь можно различить:

Сравнение теплопроводности соломобетонных блоков с другими материалами.

1. Каркасный вариант строительства — основной каркас, обеспечивающий пространственную жесткость, выполняется из деревянных досок или брусьев. Утеплитель укладывается в межстоечное пространство. В некоторых случаях для достижения требуемых показателей по энергоэффективности осуществляется дополнительное утепление снаружи каркаса.
2. Возведение стен дома из кирпича, пористых бетонных блоков, дерева — утепление осуществляется по наружной поверхности. Слой утеплителя компенсирует избыточную теплопроводность основного стенового материала. С другой стороны материал основной стены несет на себе нагрузки, компенсируя малую механическую прочность утеплителя.

Аналогичные закономерности будут справедливы при возведении межэтажных перекрытий и кровельных конструкций.

http://ostroymaterialah.ru/youtu.be/IkBtZSqC6Nc

Таким образом, используя комбинацию материалов с требуемыми значениями коэффициентов теплопроводности, можно получить оптимальные по свойствам и толщине ограждающие конструкции здания.

Тепловые свойства строительных материалов

Предыдущие столбцы технических данных охватывают тепловые свойства многих материалов, которые являются общими для упаковки электроники. Технические данные для этого выпуска шире по объему и касаются обычных строительных материалов, некоторые из которых используются в лабораторных условиях теплопередачи, в дополнение к их обычным строительным применениям. Знание теплопроводности и теплоемкости предметов, используемых для создания или поддержки испытательного набора, часто требуется для понимания и интерпретации результатов (или, по крайней мере, для понимания того, почему для достижения теплового равновесия требуется так много времени).

В таблице 1 перечислены некоторые строительные материалы и их тепловые свойства при номинальной комнатной температуре. Металлы и сплавы не были включены, поскольку они рассматривались ранее. Следует отметить, что эти значения приблизительны и относятся к конкретному типу материала. Некоторые материалы поглощают воду, что, в свою очередь, меняет их свойства. Например, теплопроводность древесины может увеличиться на 15% во влажном состоянии. Материалы, используемые в качестве изоляторов, зависящих от воздуха, таких как одеяла из стекловолокна, проявляют большее изменение свойств во влажном состоянии. Стоит отметить, что диапазон теплопроводностей у этих материалов довольно скромный (около двух порядков).

Таблица 1. Тепловые свойства конструкционных материалов при комнатной температуре [1-4]

Материал Теплопроводность (Вт/м·K) при ~300 K Удельная теплоемкость (Дж/кг·К) Плотность (кг/м 3) Кирпич 0,7 840 1600 Бетон литой плотный 1,4 840 2100 Бетон – литой светлый 0,4 1000 1200 Гранит 1,7 – 3,9 820 2600 Стекло (окно) 0,8 880 2700 Лиственные породы (дуб) 0,16 1250 720 Хвойные породы (сосна) 0,12 1350 510 Поливинилхлорид 0,12 – 0,25 1250 1400 Бумага 0,04 1300 930 Акустическая плитка 0,06 1340 290 ДСП (низкой плотности) 0,08 1300 590 ДСП (высокой плотности) 0,17 1300 1000 Стекловолокно 0,04 700 150 Пенополистирол 0,03 1200 50

Увеличение затрат на энергию и новое осознание того, что сведение к минимуму нежелательной теплопередачи полезно, продолжают стимулировать использование строительных методов и материалов с низким энергопотреблением. Преимущества эффективного управления температурой внутренней электроники также должны сочетаться с теплоэффективной конструкцией помещения. Использование изолирующих материалов (с низкой теплопроводностью) может быть желательным, но природа не предоставила настоящие теплоизоляционные материалы, по крайней мере, по сравнению с диапазоном выбора материалов для электропроводности. Исследование термических свойств этих типов материалов приведет к значительным отклонениям данных из-за различий в составе и различных условий испытаний.

Для многих материалов данные могут быть найдены с точки зрения значения R. Значение R представляет собой обратную величину теплопроводности и измеряется в футах ² мкФ·ч/БТЕ (иногда данные показаны в единицах СИ K·м ² /Вт и обычно обозначаются как RSI). Большее значение R указывает на более ограниченный путь теплового потока. При условии, что указана толщина, можно получить приблизительную теплопроводность. Однако путаница и разногласия по поводу экстраполяции значений R на значение толщины, а также тот факт, что большинство этих материалов используются в средах с влагой и движущимся воздухом и подвержены старению, навязывают стандарты в отношении того, как их следует измерять, сообщать и рекламировать. [5,6]. Если требуются более чем приблизительные значения, обычно требуется дальнейшее тестирование.

Ссылки

1. Инкропера, Ф., Де Витт, Д., Введение в теплопередачу, 2-е издание, John Wiley and Sons, 1990.
2. www.goodfellows.com
3. Веб-сайт удобной архитектуры с низким энергопотреблением (http://www.learn.londonmet.ac.uk/packages/clear/index.html)
4. www.coloradoenergy.org/procorner/stuff/r-values.htm
5. ASTM C1303, «Стандартный метод испытаний для оценки долгосрочного изменения теплового сопротивления необработанных жестких пенопластов с закрытыми порами путем нарезки и масштабирования в лабораторных условиях».
6. Федеральная торговая комиссия «Маркировка и реклама домашней изоляции 16CFR460», {www.ftc.gov/bcp/rulemaking/rvalue/16cfr460.shtm#content#content}

Термические свойства материалов | Семинар по устойчивому развитию

Каждый материал, используемый в сборке оболочки, обладает фундаментальными физическими свойствами, которые определяют его энергетические характеристики, такие как проводимость, сопротивление и тепловая масса. Понимание этих неотъемлемых свойств поможет вам выбрать правильные материалы для управления тепловыми потоками.

Теплопроводность (k)

Способность материала проводить тепло.

Каждый материал имеет характерную скорость, с которой через него проходит тепло. Чем быстрее тепло проходит через материал, тем лучше он проводит тепло. Проводимость (k) — это свойство материала, данное для однородных твердых тел в стационарных условиях.

Используется в следующем уравнении:

где

q = результирующий тепловой поток (Вт)

k = теплопроводность материала (Вт/мК).

A = площадь поверхности, через которую проходит тепло (м²)

∆T = разница температур между теплой и холодной сторонами материала (K), и

L = толщина/длина материала (м )

 

Единицы проводимости

Британские единицы – БТЕ*дюйм/ч фут ºF : В британской системе проводимость представляет собой количество британских тепловых единиц в час (БТЕ/ч), которые проходят через 1 квадратный фут (фут ² ) из материала толщиной 1 дюйм, когда разница температур в этом материале составляет 1 ºF (в условиях устойчивого теплового потока).

SI – Вт/м ºC или Вт/м K: Эквивалент Международной системы (SI) представляет собой количество ватт, которое проходит через 1 квадратный метр (м ² ) материала толщиной 1 м при температуре разница в этом материале составляет 1 К (равно 1ºC) в условиях устойчивого теплового потока.

Теплопроводность (C)

Электропроводность на единицу площади для указанной толщины. Используется для стандартных строительных материалов.

В основных строительных материалах тепловой поток обычно измеряется проводимостью (C) , а не проводимостью. Электропроводность – это удельная проводимость материала на единицу площади для толщины объекта (в единицах Вт/м²К для метрических единиц и БТЕ/ч•фут ² •°F для британских).

Проводимость является свойством объекта и зависит как от материала, так и от его толщины. Многие твердые строительные материалы, такие как обычный кирпич, деревянный сайдинг, изоляция из войлока или плит, а также гипсокартон, широко доступны в стандартной толщине и составе. Для таких распространенных материалов полезно знать скорость теплового потока для этой стандартной толщины, а не скорость на дюйм.

Коэффициент U (U)

Общая проводимость строительного элемента. Используется для многоуровневых строительных конструкций.

В многослойных сборках проводимости объединены в одно число, называемое «U-фактор» (или иногда «U-значение»).

Коэффициент U и проводимость переводят проводимость из свойства материала в свойство объекта.

U общий коэффициент теплопередачи, выраженный в БТЕ/ч фут ² ºF (в единицах СИ, Вт/м ² K). Это та же единица измерения, что и проводимость, потому что это мера одного и того же: проводимость используется для определенного материала, U-фактор используется для конкретной сборки. Меньшие U-факторы означают меньшую проводимость, что означает лучшую изоляцию.

Например, общий U-фактор окна включает теплопроводность оконных стекол, воздуха внутри, материала обрамления и любых других материалов различной толщины и расположения. За исключением особых случаев, проводимость материалов не может быть добавлена ​​для определения U-фактора сборки.

Коэффициент U представляет собой общий коэффициент теплопередачи и включает влияние всех элементов в сборке и всех явных видов теплопередачи (теплопроводность, конвекция и излучение), но не скрытую теплопередачу (связанную с влажностью).

Термин U-коэффициент следует использовать только в том случае, если тепловой поток идет от воздуха снаружи оболочки через сборку оболочки к воздуху внутри. Например, его нельзя использовать на стенах подвала.

Термическое сопротивление (значение R = 1/U)

Способность материала сопротивляться тепловому потоку.

Обозначается как R (значение R), термостойкость указывает, насколько эффективен любой материал в качестве изолятора.

Величина, обратная теплопроводности, R измеряется в часах, необходимых для того, чтобы 1 БТЕ прошла через 1 фут ² материала заданной толщины при разности температур 1ºF. В имперской системе единицами измерения являются футов ² •°F•ч/BTU . Единицы СИ: м²K/Вт .

Значения термического сопротивления иногда приводятся в виде таблиц как для единичных толщин, так и для образца материала с известной толщиной. Например, сопротивление сосны может быть указано как 1,0 фут ² •°F•ч/БТЕ на дюйм, или значения могут быть представлены в таблице для сосновой стойки 2×6 как 5,5 фута ² •°F•ч/БТЕ. Для однородного материала, такого как дерево, удвоение толщины удвоит значение R. Значения R обычно не указываются для сборок материалов. U-факторы используются для сборок.

Изоляция, препятствующая прохождению тепла через ограждающие конструкции здания, часто измеряется значением R. Более высокое значение R указывает на лучшие изоляционные характеристики. Просматривая листы спецификаций, убедитесь, что вы читаете значение R в правильных единицах, поскольку единицы не всегда указаны явно.

Для получения дополнительной информации о проектировании с изоляцией, включая таблицу общих значений R, тепловых мостов и расчет общих значений R для сборок, см. страницу «Изоляция».

Использование U-факторов и R-значений на практике

Разнообразие терминов, используемых до сих пор для выражения тепловых свойств, потенциально может сбить с толку. При работе со сложными многоуровневыми строительными конструкциями полезно объединять тепловые свойства в одно общее число для определения критериев проектирования ограждающих конструкций.

Для общей оболочки здания это часто выражается как U-фактор. Тем не менее, окна часто выражаются с помощью U-фактора, а стены часто выражаются с помощью R-значений. Строгого правила нет.

Расчет общего U-фактора начинается с добавления сопротивлений . U-факторы рассчитываются для конкретного элемента (крыши, стены и т. д.) путем нахождения сопротивления каждой составной части, включая воздушные пленки и воздушные пространства, а затем суммирования этих сопротивлений для получения общего сопротивления. Коэффициент U является обратной величиной этой суммы (Σ) сопротивлений: U= 1/ Σ R.

Для получения дополнительной информации о том, как использовать значения R и коэффициенты U для расчета оболочки, см. значение и тепловые мосты.

Тепловая масса

Термическая масса — это сопротивление материала изменению температуры при добавлении или удалении тепла, а также ключевой фактор в динамическом взаимодействии теплопередачи внутри здания. Необходимо понимать четыре фактора: плотность, удельная теплоемкость, теплоемкость и тепловое отставание.

Плотность
Плотные материалы обычно сохраняют больше тепла.

Плотность – это масса материала на единицу объема. В имперской системе плотность определяется как фунт/фут 9.0032 3 ; в системе СИ это дается как кг/м ³ . Для фиксированного объема материала большая плотность позволит хранить больше тепла.

Удельная теплоемкость
Высокая удельная теплоемкость требует много энергии для изменения температуры.

Удельная теплоемкость – это мера количества тепла, необходимого для повышения температуры данной массы материала на 1º. В имперской системе это выражается как БТЕ/фунт ºF; в системе СИ она выражается в кДж/кг К. Для повышения температуры материала с низкой удельной теплоемкостью требуется меньше энергии, чем у материала с высокой удельной теплоемкостью.

Например, одному грамму воды требуется одна калория тепловой энергии, чтобы поднять температуру на один градус Цельсия. Вода обладает высокой теплоемкостью и поэтому иногда используется в качестве тепловой массы в зданиях.

Материал	Теплоемкость Дж/(г·К)
Кирпич	0,84
Бетон	0,88
Гранит	0,79
Гипс	1,09
Почва	0,80
Дерево	1,2-2,3
Вода	4,2

Тепловая пропускная способность (тепловая масса)
Плотность x Особое тепло = сколько тепла можно хранить на единицу объема

. . Чем больше теплоемкость материала, тем больше тепла он может сохранить в данном объеме на градус повышения температуры. Теплоемкость материала получается произведением плотности на удельную теплоемкость. Единицы: Дж/К.

Более высокая теплоемкость может (но не всегда) уменьшить поток тепла извне во внутреннюю среду за счет накопления тепла внутри материала. Тепло, попадающее в конструкцию стены в дневное время, например, может сохраняться внутри стены в течение нескольких часов, пока оно не выйдет обратно в прохладный ночной воздух — при соответствующих погодных условиях и достаточной теплоемкости.

Тепловая задержка (временная задержка)
При большой тепловой массе для перехода тепла от одной стороны оболочки к другой могут потребоваться часы.

Это замедление потока тепла называется «тепловой задержкой» (или временной задержкой) и измеряется как разница во времени между пиковой температурой на внешней поверхности строительного элемента и пиковой температурой на внутренней поверхности. Некоторые материалы, такие как стекло, не имеют значительного теплового отставания. Но тепловая задержка может достигать восьми или девяти часов для конструкций с высокой тепловой массой, таких как стены из двойного кирпича или утрамбованные земляные стены.

Время отставания и замедление температуры из-за тепловой массы

 

Например, если солнце выходит из-за облаков и ударяет по оболочке здания с высокой теплоемкостью в 10:00, температура наружной поверхности быстро повышается. Однако может пройти несколько часов, прежде чем этот температурный «всплеск» будет виден на внутренней поверхности стены. Причина в том, что часть тепла накапливается в материале стены. Это тепло сохраняется в материале стены до тех пор, пока оно не поглотит столько, сколько может (насыщение). Затем тепло будет течь внутрь в зависимости от проводимости материала.

Одним из примеров крупномасштабного теплового отставания является тот факт, что самые жаркие месяцы в большинстве частей северного полушария — июль или август, хотя самое яркое солнце в году приходится на июнь.

Свойства остекления

Теплопередача и излучение от окна

При работе с прозрачными поверхностями нужно учитывать еще больше.

Теплопередача через окно включает все три способа теплопередачи; теплопроводность, конвекция и излучение. Преобладающий способ теплопередачи всегда меняется и зависит от времени, температуры окружающей среды и помещения, скорости наружного ветра, а также количества и угла солнечного излучения, падающего на окно. Изоляционные способности окон обычно измеряются их U-фактором; см. таблицу на странице «Свойства остекления». U-фактор для окна — это прежде всего метрика, используемая для расчета кондуктивной части теплопередачи через окно.

Поскольку окна («остекление») пропускают свет и излучение, существует множество свойств, которые необходимо учитывать для оптимизации их тепловых и визуальных характеристик. Например, упрощенная метрика, используемая для определения лучистой теплопередачи через окно, когда солнечная энергия попадает на окно, называется коэффициентом притока солнечного тепла (SHGC).