Коэффициент теплопередачи - Thermal transmittance

Коэффициент теплопередачи это скорость передачи тепла через вещество. Коэффициент теплопередачи материала (например, изоляции или бетона) или конструкции (например, стены или окна) выражается как U-значение.

Хотя концепция U-значения (или U-фактора) универсальна, U-значения могут быть выражены в разных единицах. В большинстве стран значение U выражается в единицах СИ, как Вт за квадратный метркельвин:

Вт / (м²⋅K)

В Соединенных Штатах значение U выражается в британских тепловых единицах (Btu) на час-квадратный фут-градус Фаренгейта:

BTU / (h /ft²⋅ ° F)

В этой статье значения U выражены в СИ, если не указано иное. Чтобы преобразовать СИ в стандартные значения США, разделите их на 5,678.^[1]

Хорошо изолированные части здания имеют низкий коэффициент теплопередачи, тогда как плохо изолированные части здания имеют высокий коэффициент теплопроводности. Убытки из-за тепловое излучение, тепловая конвекция и теплопроводность учитываются в U-значении. Хотя имеет те же единицы измерения, что и коэффициент теплопередачи коэффициент теплопередачи отличается тем, что коэффициент теплопередачи используется исключительно для описания теплопередачи в жидкостях, тогда как коэффициент теплопередачи используется для упрощения уравнения, которое имеет несколько различных форм тепловых сопротивлений.

Он описывается уравнением:

Φ = А × U × (Т₁ - Т₂)

куда Φ теплоотдача в ваттах, U коэффициент теплопередачи, Т₁ это температура с одной стороны конструкции, Т₂ это температура с другой стороны конструкции и А это площадь в квадратных метрах.

Коэффициент теплопередачи большинства стен и крыш можно рассчитать с помощью ISO 6946, за исключением случаев, когда изоляция перекрывает металлический мост, и в этом случае его можно рассчитать с помощью ISO 10211. Для большинства грунтов этажи его можно рассчитать с помощью ISO 13370. Для большинства окна коэффициент теплопередачи можно рассчитать с использованием стандартов ISO 10077 или ISO 15099. ISO 9869 описывает, как экспериментально измерить коэффициент теплопередачи конструкции.

Типичные значения коэффициента теплопередачи для обычных строительных конструкций следующие:^{[нужна цитата ]}

• Одинокий остекление: 5,7 Вт / (м²⋅K)
• Окна одинарные с учетом рам: 4,5 Вт / (м²⋅K)
• С двойным остеклением окна с учетом рам: 3,3 Вт / (м²⋅K)
• Стеклопакеты с улучшенными покрытиями: 2,2 Вт / (м²⋅K)
• Стеклопакеты с улучшенными покрытиями и рамы: 1,2 Вт / (м²⋅K)
• С тройным остеклением окна с учетом рам: 1,8 Вт / (м²⋅K)
• Окна с тройным остеклением, с улучшенными покрытиями и рамами: 0,8 Вт / (м²⋅K)^[2]
• Хорошо изолирован крыши: 0,15 Вт / (м²⋅K)
• Плохо утепленная крыша: 1,0 Вт / (м²⋅K)
• Хорошо изолированные стены: 0,25 Вт / (м²⋅K)
• Плохо изолированные стены: 1,5 Вт / (м²⋅K)
• Хорошо утепленные полы: 0,2 Вт / (м²⋅K)
• Плохо утепленные полы: 1,0 Вт / (м²⋅K)

На практике на коэффициент теплопередачи сильно влияет качество изготовления, и если изоляция установлена ​​плохо, коэффициент теплопередачи может быть значительно выше, чем при правильной установке изоляции.^[3]

Расчет коэффициента теплопередачи

При расчете коэффициента теплопередачи полезно рассматривать конструкцию здания с точки зрения различных слоев. Например, полость стены можно описать, как в следующей таблице:

В этом примере полное сопротивление составляет 1,64 кОм.²/ Вт. Коэффициент теплопередачи конструкции равен взаимный полного теплового сопротивления. Таким образом, коэффициент теплопередачи этой конструкции составляет 0,61 Вт / (м²⋅K).

(Обратите внимание, что этот пример упрощен, поскольку он не принимает во внимание какие-либо металлические соединители, воздушные зазоры, прерывающие изоляцию, или стыки раствора между кирпичами и бетонными блоками.)

Можно допустить швы минометов при расчете коэффициента теплопередачи стены, как в следующей таблице. Поскольку швы раствора позволяют теплу проходить легче, чем свет конкретный блокирует ступка как говорят, «мост» из легких бетонных блоков.

В средний тепловое сопротивление «мостикового» слоя зависит от доли площади, занимаемой ступка по сравнению с долей площади, занимаемой легкими бетонными блоками. Для расчета коэффициента теплопередачи при наличии «перемычек» строительных швов необходимо рассчитать две величины, известные как р_{Максимум} и р_мин.р_{Максимум} можно рассматривать как полное тепловое сопротивление, полученное, если предположить, что нет бокового потока тепла и р_мин можно рассматривать как полное тепловое сопротивление, полученное, если предположить, что нет сопротивления боковому потоку тепла. U-значение вышеуказанной конструкции приблизительно равно 2 / (р_{Максимум} + р_мин) Дополнительная информация о том, как работать с «перемычкой», приведена в ISO 6946.

Измерение коэффициента теплопередачи

Схема ISO и ASTM совместимая система измерения коэффициента теплопередачи.

Хотя расчет коэффициента теплопередачи можно легко выполнить с помощью программного обеспечения, соответствующего стандарту ISO 6946, расчет коэффициента теплопередачи не полностью учитывает качество изготовления и не допускает случайную циркуляцию воздуха между секциями, сквозь и вокруг них. изоляция. Чтобы полностью учесть влияние факторов, связанных с качеством изготовления, необходимо провести измерение коэффициента теплопередачи.^[4]

Пример системы измерения коэффициента теплопередачи в соответствии с ISO 9869 и ASTM C1155, модель TRSYS.

ISO 9869 описывает, как измерить коэффициент теплопередачи крыши или стены с помощью датчик теплового потока. Эти измерители теплового потока обычно состоят из термобатарей, которые выдают электрический сигнал, прямо пропорциональный тепловому потоку. Обычно они могут иметь диаметр около 100 мм (3,9 дюйма) и, возможно, толщину около 5 мм (0,20 дюйма), и их необходимо надежно прикрепить к крыше или стене, которые проходят испытания, для обеспечения хорошего теплового контакта. Когда тепловой поток отслеживается в течение достаточно длительного времени, коэффициент теплопередачи можно рассчитать путем деления среднего теплового потока на среднюю разницу температур внутри и снаружи здания. Для большинства стеновых и крышных конструкций измеритель теплового потока должен постоянно контролировать тепловые потоки (а также внутреннюю и внешнюю температуру) в течение 72 часов, чтобы соответствовать стандартам ISO 9869.

Как правило, измерения коэффициента теплопередачи наиболее точны, когда:

• Разница в температура между внутренней и внешней частью здания составляет не менее 5 ° C (9,0 ° F).
• Погода скорее пасмурная, чем солнечная (это упрощает точное измерение температуры).
• Хороший тепловой контакт между поток горячего воздуха метр и проверяемую стену или крышу.
• Мониторинг теплового потока и температуры осуществляется не менее 72 часов.
• Измеряются различные точки на строительном элементе или термографическая камера используется для обеспечения однородности строительного элемента.

Когда конвекционные токи играют роль в передаче тепла через компонент здания, коэффициент теплопередачи увеличивается по мере увеличения разницы температур. Например, для внутренней температуры 20 ° C (68 ° F) и внешней температуры -20 ° C (-4 ° F) оптимальный зазор между стеклами в окне с двойным остеклением будет меньше, чем оптимальный зазор для внешняя температура 0 ° C (32 ° F).

Собственный коэффициент теплопередачи материалов также может изменяться в зависимости от температуры - задействованные механизмы сложны, и коэффициент пропускания может увеличиваться или уменьшаться с увеличением температуры.^[5]

Рекомендации