Расширенный поиск
Рекомендуем

 

 

Главная  /  Каталог статей  /  Гидро-, тепло- и звукоизоляция помещений  /  Теплоизоляция помещений

Основы утепления и теплового расчета

Тепло есть энергия, переходящая от одного источника к другому, если их температура отличается. Передача тепла может происходить за счет теплопроводности, конвекции и радиации (излучения). Характер и скорость передачи тепла будут зависеть от различных параметров: уровня температуры, характеристики материалов, ветра и др.

Пример с чашкой чая

Вода закипает при температуре 100°С, после чего мы наливаем ее в чашку, чтобы заварить чай или кофе. Когда мы поставим чашку на стол, то температура воды в ней опустится уже ниже 90°С. Если мы так и оставим ее стоять на столе, то температура воды постепенно станет комнатной. Ниже комнатной температуры вода не опустится. Тепло горячей воды рассеивается в воздухе комнаты – происходит передача тепла.

Чашка чая при остывании

Тепло всегда двигается от более теплого источника к более холодному. Все горячие предметы в холодной комнате остывают, а холодные предметы в теплой комнате – нагреваются. Ниже будут описаны пути движения тепла, которые могут быть соответственно измерены.

Теплопроводность

Теплопроводность – это передача тепла через массу материала. Теплопроводность возникает, когда энергия непосредственно переходит от одного предмета к другому. Если мы станем помешивать суп в кастрюле на плите металлической ложкой, то ложка нагреется, а суп на какое-то время перестанет кипеть. Тепло передается от более горячей зоны к более холодной.

Металлы – отличные проводники тепловой энергии. Древесина и пластик – напротив. Такие «плохие» теплопроводники называются теплоизоляторами. Именно поэтому сковорода сделана из металла, а ручка из дерева или пластика. Даже если бы древесина не горела, сковороду из нее не делали бы.

Способность материалов передавать тепло определяется их теплопроводностью и обозначается литерой λ (лямбда). Чем меньше этот показатель, тем большими изоляционными свойствами обладает материал.

Теперь давайте рассмотрим понятие «сопротивления», которое имеет отношение к «проводимости», и означает способность материала или набора материалов противодействовать передаче тепла.

Тепловое сопротивление кирпичной стены с утеплителем

Сопротивление может считаться характеристикой эффекта изоляции. Оно зависит от двух основных параметров: проводимости и толщины материала. Это означает, что эффект изоляции будет зависеть от характеристики материала и его толщины.

Основная формула теплового сопротивления выглядит следующим образом:

R=t/λ

где: R – тепловое сопротивление, м²°С/Вт,

t – толщина материала, м;

λ – теплопроводность, Вт/м°С.

Данная формула показывает, что хороший утеплитель имеет низкую теплопроводность и высокое термическое сопротивление.

Внутренняя теплоизоляция

Потеря тепла через термальный мост путем теплопроводности. Каждый материал может быть классифицирован по его способности проводить тепло или оказывать тепловое сопротивление. В строительстве проводник, такой как металл, используют в основном для придания устойчивости конструкции, при этом для достижения хороших термальных результатов он не должен касаться других частей здания, которые являются хорошими проводниками тепла. Непосредственное соединение строительных элементов, внутренней части помещения с внешней, обладающей высокой теплопроводностью, называют термальным мостом или «мостиком холода». Такие мосты в прямом смысле помогают теплу переходить из одного места в другое.

Пример: тепло из дома уходит через неутепленную стену. Внутренняя теплоизоляция помещения помогает быстрее его обогреть. Таким образом, для достижения комфортной температуры изначально потребуется меньше энергии. Но данный способ утепления не обеспечивает так называемой термальной массы и приводит к тому, что внешние стены быстро охлаждаются ночью. Тепло будет искать свой путь через неизолированные стены, которые соединены с внешними, пока не убежит через термальные мосты.

Внешняя теплоизоляция

При условии внешней изоляции для достижения комфортной температуры потребуется больше времени. Однако происходит повышение термальной массы, что, при условии правильного выполнения изоляционного слоя, оставляет меньше возможностей для мостов холода. Это приводит к более эффективной изоляционной оболочки здания, поскольку стены будут держать тепло внутри дольше.

Примеры разных уровней теплопроводности. При помощи технического устройства тепловизора можно увидеть потерю тепла через стены и прочие ограждающие конструкции. Частично теплоизолированный дом выглядит на экране такого прибора неоднородным по окраске. Теплоизолированные участки на экране синие, а те, что остались без изоляции – желтые и местами оранжевые. Это означает, что температура изолированных частей здания снаружи гораздо ниже, а значит, через них уходит намного меньше тепла.

Тепло всегда интенсивно проходит сквозь строительный материал с низким R-показателем (сопротивлением). В связи с этим стену приходится делать слоеной, либо в ее конструкции не должно быть материалов с низким сопротивлением теплопередаче. Если R стены не достаточно, то ее утепляют материалами с высоким термическим сопротивлением. При этом стоит избегать неизолированного металлического крепления.

Снимок дома тепловизором

Конвекция

Конвекция – это передача тепла путем движения молекул в жидкостях и газах. Путем конвекции газы и жидкости двигаются из теплой зоны в более холодную. Например, в стеклянной кастрюле видно, как нагреваемый у дна суп устремляется вверх, где температура ниже. Это движение имеет круговой характер.

В помещениях тоже происходит движение тепла за счет конвекции: внутри комнаты, между внутренним воздухом и стеной, между стеной и внешним воздухом. Чем сильнее ветер, тем быстрее передается тепло путем конвекции. Поэтому зимой сильный ветер увеличивает потребность в теплоэнергии.

В большинстве сооружений углы между двумя стенами герметизированы неидеально. Поэтому по углам может происходить утечка воздуха.

Как сказано выше, чем больше доступ к внешнему потоку воздуха, тем скорее теряется тепло. Доказано, что уменьшение количества слабых мест, внимание к деталям при замене окон и внешняя теплоизоляция в среднесрочной перспективе оправдываются, благодаря экономии энергии и увеличению уровня теплового комфорта.

Радиация

Имеется в виду радиация как излучение – передача энергии посредством электромагнитных волн. Все объекты на Земле излучают тепло. Радиации не нужна никакая материальная основа для передачи. Ее излучают множество различных источников. Наиболее важные для помещений типы радиации: солнечное тепловое и световое излучение, в частности парниковый эффект, который оно создает.

Радиация может поглощаться и отражаться. Эти параметры зависят от характеристик материалов, особенно от цвета и фактуры.

Влияние радиации. Солнечный цикл изменяется на протяжении всего года. Летом солнце поднимается высоко, а зимой низко. Однако зимой через окна в дом может попадать больше солнечных лучей, чем летом. Солнечная радиация есть бесплатный энергетический ресурс, который помогает обогреть помещение. Именно поэтому днем в комнатах с южными окнами может быть даже жарко, поскольку солнце нагревает поверхности.

Летом солнце находится выше, и это хорошо, поскольку через окна меньше попадает света и соответственно меньше тепла. Защитить коттедж от летнего солнца помогают деревья с большими листьями, например клены. Зимой они сбросят листья, и солнечные лучи смогут проникать в помещения через остекление.

Ночная радиация. Ночью перенесение тепла путем радиации происходит в направлении от теплого дома к холодному атмосферному воздуху. В первую очередь такая теплопередача осуществляется через окна. Если на ночь опускать внешние оконные жалюзи, то это даст экономию тепла на 10%.

Концепция теплоизоляции

Для того чтобы качественно утеплить дом, необходимо работать со всеми тремя способами передачи тепла. Прежде всего, следует изолировать наружные стены с внешней стороны. Сегодня чаще всего это делают при помощи пенополистирола или минеральной ваты. Эти утеплители имеют различную структуру и характеристики, хотя по показателю теплопроводности практически равны. Они действительно отличные утеплители, но это если рассматривать их в сухом состоянии. Однако минеральная вата гигроскопична, а обычный пенополистирол способен натягивать влагу из контактных массивов. С увеличением влажности утеплителей снижается их теплоизолирующий эффект. Отсюда следует, что утеплитель должен быть сухим. Если утеплитель запереть снаружи герметичным слоем, то влага из него уйти не сможет и станет накапливаться. Именно поэтому внешние штукатурки для мокрых фасадов делаются паропроницаемыми. Минеральную вату вообще лучше использовать только в вентилированных фасадах, когда между ней и финишной отделкой оставляют вентиляционный зазор.

При утеплении зданий очень важно уделить внимание существующим мостикам холода. Их нужно либо устранить, либо изолировать. Для исключения потери тепла через утечку теплого воздуха из помещений, все щели и зазор должны быть устранены. Это можно сделать при помощи монтажной пены и герметика.

Чтобы не терять тепло посредством ночной радиации, снаружи окон следует предусмотреть «теплые» жалюзи. Днем же надо открывать шторы, чтобы солнце помогало системе отопления обогревать помещения. Использование энергосберегающих стеклопакетов помогает сэкономить еще 10-12% тепла.

06.11.2014
Автор текста: М. Тамилин



Понравилась статья? Поделись с друзьями:


Данный текст статьи защищен авторскими правами! Любое копирование возможно, только после письменного согласия администрации.

Карта сайта|Контакты|Политика конфиденциальности