Перенос тепла в строительных элементах

02 - Wärmetransport

Перенос тепла

02 - Wärmetransport 2

Введение

Перенос тепла в непрозрачных строительных элементах

Изоляционные материалы

Перенос тепла в прозрачных строительных элементах

Прозрачная/Просвечивающаяся теплоизоляция

Перенос тепла


Тепло является формой энергии, как, например, механическая или электрическая энергия.

Название: Количество теплоты

Буквенное обозначение: Q

Единицы: Вт*с или Дж

Значение: Форма энергии

Тепло


Температура обозначает уровень энергии

Буквенное обозначение: (Tетa) или T

Единица: [°C] oder [K]1 °C = 1 K

Объяснение: Различие заключается в точке ноля 0 K = -273,13 °C0 °C = +273,13 K(при 0 K теплопередача не

происходит)

Температура


Установленные значения для общих помещений:

Температура внутреннего воздуха = + 20 °C

Это одинаково касается всех помещений одной квартиры, Кухни Ванной, Туалета или Спальни.

Исключение составляют бассейны или все кондиционируемые помещения

Внутренняя температура помещения


Тепловое излучениеБолее теплые поверхности переносят тепло излучением более холодным поверхностям

Приток тепла (Конвекция)Нагретые газы и жидкости переносят тепло потоками

ТеплопроводностьВ твердых веществах, жидкостях и газах тепло переносится с помощью теплопроводности

Механизмы переноса тепла


Теплопроводность является параметром теплопередачи

Название: Теплопроводность

Буквенное обозначение: (Lambda)

Единицы: Вт/(mK)Значение: качество материала

Описание: λ это количество теплоты, которое проходит за единицу времени через 1 м² поверхности материала толщиной в 1 м при разнице температур на поверхностях в 1 К

Теплопроводность λ


Зависимость от температуры: с ростом температуры растет

Зависимость от материала: каждый материала имеет свою собственную

Комплексный перенос тепла: В пористых материалах теплопроводность также кроме переноса тепла обладает конвекционной и лучевой составляющих, происходящих внутри пор материала.

Свойства теплопроводности


В строительстве высотных зданий важным является то, что используется расчетное значение теплопроводности .

Расчетное значение означает, что к номинальному значению сухой пробы добавляется значение запаса прочности (допуска).

Расчетное значение можно найти в документации производителя, в DIN V 4108 Часть 4, а также в DIN EN 12524.

Значение расчетного значения


Stoff Wärmeleitfähigkeit [W/(m K)]

Aluminiumlegierungen 160

Stahl 50

Beton 2,3

Vollklinker, 2200 kg/m³ 1,2

Bitumendachbahn 0,17

Porenbeton-Planstein, 350 kg/m³ 0,11

Gipskartonplatten 0,25

Holz 0,13

Holzwolle-Leichtbauplatten je nach Typ 0,060 – 0,078

Korke je nach Typ 0,040 – 0,067

Hartschäume je nach Typ 0,020 – 0,048

Mineralwollen je nach Typ 0,030 – 0,060

Зависимость материала от

Taблица 1: Выдержка из DIN V 4108, Часть 4 и из DIN EN 12524, - значение каждого материала.


Для облегчения расчета теплопроводности изоляционных материалов были разделены на группы в в соответствии с национальными нормами.

Шкала деления 0,005 W/(mK). ГТ – Обозначение без единиц и запятых:

WLG 035 означает = 0,035 Вт/(mK).

ГТ по европейским нормам не приняты, но до сих пор используются производителями.

ГТ ссылается на расчетное значение.

Группы теплопроводности ГТ


Перенос тепла в прозрачных строительных материалах

WDVSMassivwand

FassadenpaneelLuftschichtDämmungMassivwand

SchalungLuftschichtHolzstanderwand/DämmungSchalung

VorsatzschaleKerndämmungTragschale


Тепловое сопротивление отдельного слоя.

Термическое сопротивление между поверхностью строительного элемента и воздухом.

Коэффициент теплопередачи как мера теплопередачи через строительный элемент.

Параметры


Первый теплотехнический параметр для конкретного строительного элемента

Может быть суммой нескольких различных строительных слоев

Тепловое сопротивление R


Описание:

Rs - это сопротивление при теплопередаче между воздухом и поверхностью стены

Rs подразделяется на внутренне (Символ i) и внешнее (Символ e = внешний)

Rs является переменчивым, зависит направления теплового потока

Rs-Значения для высотного строительства являются установленными

Термическое сопротивление Rs


Aufwärts Horizontal Abwärts

Rsi [m²K/W] 0,1 0,13 0,17

Rse [m²K/W] 0,04 0,04 0,04

Richtung des Wärmestroms

Термическое сопротивление Rs

Таблица 2: Расчетные значения Термического сопротивления Rs для строительных элементов по DIN EN ISO 6946 для ровных поверхностей.


Строительные элементы с активно проветриваемой воздушной прослойкой

Проветриваемая двух слойная кирпичная кладка:

Rse = Rsi = 0,13 m²K/W

Проветриваемая крыша:

Rse = Rsi = 0,13 m²K/W > 60 ° Neigung

Rse = Rsi = 0,10 m²K/W < 60 ° Neigung

Исключения для Rsi и Rse


Внутренние строительные элементы

Подвальные перекрытия:


Стены-перегородки не отапливаемых помещений:


Междуэтажные перекрытия на не отапливаемый чердак:




Строительные элементы на уровне земли:

Rse = 0

Учет термического сопротивления уровня земли через поправочные коэффициенты



Состояние покоя воздушной прослойки наблюдается если воздушная полость закрыта для внешней среды

Спокойствие воздушной прослойки в элементе также имеет место если нет движения между внешним и внутренним воздухом

Сопротивления теплопередаче покоящихся воздушных прослоек уже даны

Rl Воздушные прослойки в состоянии покоя


Rl Воздушные прослойки в состоянии покоя

Tаблица 3: Тепловое сопротивление Rl для покоящихся воздушных прослоек из DIN EN 6946.

Dicke der Richtung des Wärmestromes

Luftschichtmm Aufwärts Horizontal Abwärts

0 0 0 0

5 0,11 0,11 0,11

7 0,13 0,13 0,13

10 0,15 0,15 0,15

15 0,16 0,17 0,17

25 0,16 0,18 0,19

50 0,16 0,18 0,21

100 0,16 0,18 0,22

300 0,16 0,18 0,23


RD = dN / D [m²K/Вт]

RD = Номинальное значение теплового сопротивления

dN = Номинальная толщина

D = Номинальное значение теплопроводности

Тепловое сопротивление RD для Изоляционных слоев


Термическое сопротивление ровного строительного элемента состоящего из термически гомогенных слоев, который установлен поперек теплового потока, необходимо просто суммировать.

Сумма всех отдельных сопротивлений слоев обозначается RT (T = total).

Рассчитывается следующим образом:

RT = Rsi + R1 + R2 + ... + Rse

Термическое сопротивление RT


Параметр для теплопотерь через строительный элемент

Буквенное обозначение: U

Единицы: Вт/(m²K)

Описание: Коэффициент теплопередачи определяет какой тепловой

переносится между двумя помещениями, которые

соединены общим строительным элементом, через поверхность 1 m², при разнице температур в 1K.

Коэффициент теплопередачи U-Wert


Коэффициент теплопередачи U = 1 / RT [Вт/m²K]

с RT При термически гомогенных слоях:

RT= Rsi + R1 + R 2 + …Rn + R se [m²K/Вт]

Расчет коэффициента теплопередачи для термически негомогенных слоев происходит с RT = (R´T + R´´T) / 2 [m²K/Вт]. Данные добавочные расчеты далее не рассматриваются.

Расчет коэффициента теплопередачи для не прозрачных строительных элементов


Конструкция Внутренняя штукатурка:

Толщина слоя 20 mm; Теплопроводность 1,4 Вт/mK Бетон:

Толщина слоя 20 cm; Теплопроводность 1,6 Вт/mK Изоляция:

Толщина слоя 2 cm; Теплопроводность 0,05 Вт/mK Битумное покрытие крыши:

Толщина слоя10 mm; Теплопроводность 0,23 Вт/mK

Пример расчетов для плоской крыши


Конструкция стены Внутрення штукатурка:

Толщина слоя 15 mm; Теплопроводность 1,4 Вт/mK Силикатный кирпич:

Толщина слоя 17,5 cm; Теплопроводность 1,0 Вт/mK Изоляция:

Толщина слоя 2 cm; Теплопроводность 0,06 Вт/mK Внешняя штукатурка:

Толщина слоя 15 mm; Теплопроводность 1,0 Вт/mK

Пример расчетов для конструкции стены в составе (UZM2)


Изоляция: Толщина слоя 20 cm; Теплопроводность 0,04 Вт/mK

Воздушный зазор: Толщина слоя 2,5 cm;Тепловое сопротивление 0,18 Вт/mK

Листовое стекло: Толщина слоя 4 mm; Теплопроводность 1 Вт/mK

Пленка: Толщина слоя 0,6 mm; Wärmeleitfähigkeit 0,25 W/mK

Substrat: Толщина слоя 0,002 mm; Теплопроводность 150 Вт/mK

Листовое стекло: Толщина слоя 4 mm; Теплопроводность 1 Вт/mK

Пример расчетов для строительства в составе после санации (UZM2)


Определяемый в соответствии с DIN EN ISO 6946 коэффициент теплопередачи, в случае необходимости следует корректировать, чтобы предусмотреть следующие факторы влияния:

Воздушные зазоры в строительных элементах Механические элементы крепления Осадки на обратных крышах

Особые правила регулирования

Quelle: DIN EN ISO 6946:2008-04


Изоляционные материалыОбласти применения по DIN 4108-10 (Июнь 2008)


Области применения изоляционных материалов по DIN 4108-10 (Июнь 2008)


Дифференциация изоляционных материалов по конкретным качествам продукта



Энергетическое качество прозрачных строительных элементов зависит от:

Коэффициентов теплопередачи помещения и остекления (U)

Коэффициента пропускания общей энергии остекления (g)

Коэффициента пропускания (τ)

Ориентации (входящего солнечного потока)

Солнечной защиты

Временных мер по тепловой защите

Перенос тепла в прозрачных строительных элементах


Инертные газы снижают теплопередачу через конвекцию и теплопроводность

Атому инертного газа медленнее, чем атомы воздуха и поэтому происходит уменьшение конвекции в пространстве между стекол

Из-за низкой теплопроводности инертного газа можно уменьшить расстояние между стекол без роста теплопроводности

Обычно используются Аргон и Криптон (Звукоизоляция)

Газовые наполнители


Покрытия

Покрытие с низкой эмиссионной способностью и низким коэффициентом эмиссии (e)

Пониженное излучение тепла между стеклами

На внешней стороне внутреннего стекла (при двух слоях WSV)

Для правильного функционирования важна правильная установка


Сокращение тепловых мостов в стекольно-рамных уплотнениях посредством проставок с низкой теплопроводностью.

Сниженные теплопотери в области рамы

Сниженное образование конденсата по краям уплотнений

Тепловые грани/ Warm-Edge


Тепловые грани/ Warm-Edge

Пример деревянного окна, Ug = 1,1 Вт/m²K, Внешняя температура: -15°C, Внутренняя температура: 20°C

Алюминиевая проставка Проставка из теплоизолирующего материала


Расчет коэффициента теплопередачи для прозрачных строительных элементов по DIN EN ISO 10077-1

Yg Uw =A g × Ug + A f × U f + l g × Y

A g + A f

Uf

Af = Rahmenfläche Ag = Glasfläche

lg = Länge der sichtbaren Glaskante

Ug


Чем ниже коэффициент теплопередачи, тем выше внутренняя температура поверхности.

Низкие температуры поверхности окон ведут к - Образованию конденсата (при необходимости, также

индикатор высокой влажности воздуха)- Сквозняки- Неудобства из-за холодного излучения от окон - Ассиметричное излучение при разных температурах

поверхностей

Внутренние Температуры поверхностей


Quelle: Arbeitsunterlagen für Energieberater, VFF, BF, GFH, GMI

Температуры поверхности внутри


Чем ниже коэффициент теплопередачи, тем ниже температура поверхности снаружи.

При тройном остеклении теплоизолированным стеклом может образовываться лед на внешней стороне стекла.

Температуры поверхности снаружи


Температуры поверхности снаружи

Zentrum für Umweltbewusstes Bauen, Kassel

Quelle: Hauser, Lehrstuhl für Bauphysik - TUM


Использование пассивных солнечных энергоносителей снижается зимой и в переходный период энергопотребления.

Летом пассивные солнечные источники тепловой энергии могут привести к перегреву.

Пассивные солнечные источники зависимы от ориентации окон и коэффициента пропускания общей энергии остекления.

Учет производится при помощи эквивалентного коэффициента теплопередачи U-Wertes UW,eq

Пассивный выигрыш солнечной энергии


Коэффициента пропускания общей энергии (g-Wert)

Возникающая мощность излучения Отраженная мощность излучения Переданная мощность излучения Поглощенная мощность излучения внутри или снаружиТеплоотдача внешнего и внутреннего стекла посредством поглощенного теплового излучения

Коэффициента пропускания общей энергии


UW,eq = UW – SF·g

SF = 0,95 W/(m²K) Северная сторона фасада

SF = 1,65 W/(m²K) Восток /Запад и Окна на крыше (Наклон< 15°)

SF = 2,40 W/(m²K) Южная сторона фасада

Расчет эквивалентного коэффициента теплопередачи UW,eq по WSchV 1995


Для окна с UW = 1,3 Вт/m²K и g = 0,6 получается эквивалентный коэффициент теплопередачи UW,eq

UW,eq = 0,73 W/(m²K) Северный фасад

UW,eq = 0,31 W/(m²K) Восток /Запад и Окна на крыше (Наклон< 15°)

UW,eq = - 0,14 W/(m²K) Южный фасад

Негативные значения представляют выигрыш энергии.

Расчет эквивалентного коэффициента теплопередачи UW,eq


Свойства Остекления

1 Изолированное остекление

3Теплоизоляционное остекление (Ar, LE→εn = 0,04)

4 Теплоизоляционное остекление (Kr, LE→εn = 0,1…0,05)

2 Теплоизоляционное остекление (Ar, LE→εn = 0,1)

Легенда

3,0

1,4

1,2

0,8…1,0

0,75

0,60

0,58

0,45 - 0,60

0,80

0,75

0,75

0,48 – 0,60

28 - 29

30 - 31

30 - 31

32

Ug [W/m²K]

g

Светопропускная

способностьRw

[dB]


Свойства остекления

5 Тепло и звукоизоляционное остекление(SF6, Ar, LE→εn = 0,05)

7Звукоизоляционное остекление (SF6, Ar, LE→εn = 0,05)

8 Солнцезащитное остекление(Ar, LE→εn = 0,05)

6Звукоизоляционное остекление (SF6, Ar, LE→εn = 0,05) Легенда

Ug [W/m²K]

gСветопропус

кная способность

1,3…1,5

1,3…1,5

1,3…1,5

1,3…1,4

0,60

0,55

0,50

0,15 - 0,50

Rw

[dB]

0,75

0,75

0,70

0,20 – 0,70

34 - 36

42 - 45

49 - 51

34


Коэффициент пропускания энергии g остекления в солнцезащитном остеклении снижается за счет:

Покрытий на различных стеклянных поверхностях (Напылений, Отпечатков, Пленок)

Глубина и количество прослоек между стеклами (2-, 3-слойное изоляционное остекление)

Газовый наполнитель внутри межстекольной прослойки

Солнцезащитное остекление


Расчет коэффициента пропускания общей энергии остекления с солнечной защитой

gtotal = g • Fc

g коэффициент пропускания общей энергии остекления

Fс Коэффициент уменьшения для солнцезащитных элементов

Влияние солнечной защиты на коэффициент пропускания энергии


Коэффициенты уменьшения для установленных солнцезащитных элементов

Quelle: DIN 4108–2: 2003-7


Положения:

Минимальные требования по тепловой защите зданий согласно DIN 4108-2 содержат:

Требования и меры строительных конструкций с результатми

Для тепловой защиты зимой

Для летней тепловой защиты

Минимальная тепловая защита


Цели/Значение:

Поддержание гигиеничного микроклимата для сохранения здоровья жильцов

Защита строительной конструкции от обусловленных климатом воздействий влаги и их последствий

Низкое энергопотребление при отоплении и охлаждении

Затраты на установку и эксплуатацию



Факторы влияния

Тепловое сопротивление R или коэффициент теплопередачи U

Расположение отдельного слоя в многослойных материалах



Факторы влияния

Тепловые мосты Остекление

Герметичность

Вентиляция



Требования минимальной тепловой защиты зимой

Требования к строительным элементам 100kg/m2

Таблица содержит допуски увеличения для стен, перекрытий и крыши

Строительные элементы различаются на:

Строительные элементы на внешнем воздухе

Строительные элементы в помещениях с низкими температурами отопления



Таблица предельных значений:


Spalte 1 2

Zeile

Bauteile

Wärmedurchlass- widerstand, R m²K/W

1 Außenwände; Wände von Aufenthaltsräumen gegen Boden-räume, Durchfahrten, offene Hausflure, Garagen, Erdreich

1,2

2 Wände zwischen fremdgenutzten Räumen; Wohnungstrenn-wände 0,07

3

Treppenraumwände Zu Treppenräumen mit wesentlich niedrige-ren Innentemperaturen (z.B. indirekte beheizte Treppenräume); Innentemperatur ? 10 °C, aber Treppenraum mindestens frostfrei.

0,25

4

Zu Treppenräumen mit Innentemperaturen i > 10 °C (z.B. Verwaltungsgebäuden, Geschäftshäusern, Unter- richtsgebäuden, Hotels, Gaststätten und Wohngebäude)

0,07

5 allgemein

0,35

6

Wohnungstrenndecken, De-cken zwischen fremden Arbeitsräumen; Decken unter Räumen zwischen gedämm-ten Dachschrägen und Absei-tenwänden bei ausgebauten Dachräumen

In zentralbeheizten Büroge-bäuden 0,17

7 Unterer Abschluss nicht unterkellerter

Aufenthaltsräume direkt ans Erdreich grenzend

8 Unterer Abschluss nicht unterkellerter Aufenthaltsräume über einem unbelüfteten Hohlraum

9 Decken unter nicht ausgebauten Dachräumen

10 Kellerdecken, Decken gegen unbeheizte Hausflure

0,90

11.1 Decken gegen Außenluft nach unten, gegen Garagen oder Durchfahrten

1,75

11.2 Dächer und Decken nach oben, unter Terrassen 1,2



Требования к легким строительным элементам < 100 kg/m2

Тепловое сопротивление строительного элемента R > 1,75 m2K/W

Требования при каркасном способе строительства

Тепловое сопротивление строительного элемента R > 1,00 m2K/W

В отдельной части R > 1,75 m2K/W




Жалюзи

Тепловое сопротивление жалюзи R > 1,00 (m2K)/Вт

Тепловое сопротивление карниза R > 0,55 (m2K)/Вт

Непрозрачные элементы

Коэффициент теплопередачи рамы Uf < 2,80 Вт/(m2K)

Если > 50 % то R ≥ 1,2 (m2K)/Вт

Если < 50% то R ≥ 1,00 (m2K)/Вт



Предельные условия для расчета

Минимальная тепловая защита должна применяться в каждой точке стены

В случае строительных элементов с уплотнением R следует учитывать только до уплотнения.

Исключение: Обратные крыши и утепление периметра нормированным или специально разрешенным материалом


На практике это значит, что должны применяться дополнительные меры по теплоизоляции,.


Требования к герметичности внешних строительных элементов

Все швы должны быть герметично заполнены

Для конструкций или слоев состоящих из чсатей следует использовать DIN 4108-7, 2001.

Проверка герметичности осуществляется посредством теста на герметичность


Перенос тепла в строительных элементах

Education