Основни топлотехнически величини и термини


Топлопроводимостта на материалите и строителните елементи зависи основно от:

   - проводимостта на основният материал (металите например провеждат топлината много добре,      докато пластмасите не)

  - количеството на затвореният въздух (или друг газ / или вакуум), и начинът по който той е      затворен

Колкото по-лошо един материал провежда топлината – толкова по-добър изолатор е той. При голяма част от строителните елементи, решаващият фактор е затвореният въздух. Например еднокамерните прозорци – стъклото, само по себе си е добър топлопроводник. В благодарение на слоят въздух между двете стъкла обаче има много по-голямо изолиращото действие от това, отколкото ако междинното пространство беше запълнено със стъкло.

За онагледяване топлоизолационните свойства на различните материали се използват няколко различни величини, които редовно се употребяват грешно и се бъркат една със друга.

Преди да бъдат изяснени тези понятия е необходимо да се изяснят основните измервателни единици: Топлинните загуби се измерват във ватове [W]. Единицата ват не означава количество топлина, а топлинен поток (1 W = 1 J/s).

Една стая или цяла къща отдава постоянно топлина навън, което теоретично би могло да бъде описано в количество ватове. Така например, една еднофамилна къща в зимните дни би могла да има топлини загуби от порядъка на 6 киловата. Ако допълнително за известно време се отворят и няколко прозореца, топлинните загуби се увеличават до 10 kW. Тъй като обаче рядко се пресмятат за цяла къща, топлинните загуби биват отнесени към определена площ. По този начин единицата за топлинна загуба се дава не „за къща”, а за квадратен метър [W/m2].

За определяне топлинните загуби на една къща от решаващо значение е също така и температурната разлика. Ако например температурата отвън и отвътре е 20°C, не произтича никаква топлинна загуба, независимо колко лоша е топлоизолацията. Ако обаче външната температура е 15°C се губи определено количество топлина, а при 10°C – точно двойно повече. Тази температурна разлика, във физиката се означава не във °C а в Келвини [К].

Искаме ли да изпълним топлоизолирането на жилището си съобразно техническите изисквания, е нужно да се преборим с редица термини и формули. Без съответното образование тази задача е почти непреодолима. По тази причина, тук се опитваме да редуцираме всичко до най-необходимото, така че и непрофесионалиста да може да проведе пресмятането на топлинната защита.

 

1. ТОПЛОПРОВОДНОСТ

Топлопроводността представлява способността на материалите да провеждат през себе си топлина при наличието на температурна разлика от двете им срещуположни повърхности. Скоростта, с която, при загряване на определен материал, топлината се предава от една частица на друга, определя топлопроводността.

при твърди тела

Топлопроводността се онагледява най-лесно с помощта на паралелепипед с дължина [s] и сечение [А], на който едната му страна е свързана със студен носител, а срещуположната – с топъл. Всички други страни са възможно най-добре топлоизолирани.

Топлопроводността λ на определен материал, показва количеството топлина, което при постоянна температура преминава за 1s през повърхност с площ А=1m2 на слой материал с дебелина S=1m, когато температурната разлика между двата края е 1K. По този начин, единицата за топлопроводност се получава W/mK.

На големината на коефициента на топлопроводност оказват влияние:

   - обемната плътност (с нейното увеличаване се увеличава и λ, поради което намаляват неговите      топлоизолационни свойства)

   - влажността на материала (повишаването на количеството на влагата в порите и капилярите на      материала измества от тях въздуха, който има много по-малък λ от този на водата, което води       до повишаване λ на самият материал, т.е. той става по-лош изолатор)

   - температурата (с повишаване температурата на материалите се увеличава и техният λ –      изключение от което правят само металите)

Най-висока топлопроводност от всички твърди тела има диамантът (2000 ÷ 2500 W/mK), а от металите – среброто (429 W/mK). Като правило важи: Материал, който добре провежда електрически ток (сребро, мед), провежда добре и топлина. Материал, който провежда топлина зле (хартия, вълна), провежда също така и ток зле.

в течности и газове

При течностите и газовете топлопроводността варира в зависимост от теченията и турболенциите в тях.

Когато се предотвратят теченията и турболенциите, оставащата топлопроводност на повечето газове е много малка. Този факт бива използван при много топлоизолационни материали (полистирол, стъклена вата и т.н.), които се състоят основно от въздух или други газове, който е възпрепятстван да циркулира от обграждащият го твърд материал.

Обратно на това, свръхфлуидни течности (например хелий-4 под 1,6 К) имат почти безкрайна топлопроводност.

във вакуум

Във вакуум не се състой никакво топлопредаване. Топлопренасянето се извършва само посредством топлинно лъчение. Това се използва, например, при термоса, с цел да се намали топлопредаването. За да се предотврати и топлопренасянето посредством топлинно лъчение, стъклените или стоманените повърхностите изолиращи вакуума се правят огледални.

 

ЗНАЧЕНИЕ В СТРОИТЕЛНАТА ПРАКТИКА

Топлопроводността на определен материал, показва количеството топлина, което при подържане на постоянна температура преминава за 1 секунда през повърхност с площ 1 м2 и дебелина 1м, когато температурната разлика между двата края е 1К. Единицата за топлопроводимост е W/mK.

В тази стойност не е взета под внимание дебелината на изолационният материал. Чак след като се избере изолационен материал с определена ламбда и се определи дебелината на изолационният слой (например 5 см), би могла да се предскаже колко добро ще е топлоизолирането (и да се изчисли U-стойността). Колкото по-малка е ламбда-стойността, толкова по-добри са и топлоизолационните качества.

За един прозорец например, не би могла да се определи ламбда-стойност. Ламбда-стойностите са подходящи за сравняване характеристиките на чистите материали, като например: въздух, вакуум, стъкло, вода, желязо, вълна, мазнина. Ламбда-стойността е физическа величина на основният материал, както неговата плътност или да речем – цвета. За това и няма смисъл в това да се дава ламбда-стойността на „5 см от материала” например.

Топлопроводимостта на отделните материали е водеща при определяне дебелината на планираната външна стена. От фигурата се вижда че изолационна плоча от пенополистирол с дебелина 1,7 см изолира точно толкова добре, колкото бетонна стена с дебелина 91 см.

От гледна точка на статиката, една нормална тухла (17,5 см) е напълно достатъчна за една къща, поради топлинната изолация обаче, тя трябва да е 36,5 см.

Ако сравним две външни стени, едната 17,5 см + 8,0 см топлоизолация, а другата 36,5 тухлена стена, ще установим, че при една еднофамилна къща от 10м х 10м, първият вариант ни спестява около 8 м2.

 

2. ТОПЛОПРЕДАВАЕМОСТ

Топлопредаваемостта е свойство на материалите да отдават или приемат топлина при непосредствен контакт с друго тяло.

Коефициента на топлопредаване показва количеството топлина, което се предава на стената (или обратно) от влизащият в контакт с нея въздух през площ 1m2 за 1s, ако температурната разлика между повърхността и въздухът е 1К. Единицата за измерване е W/m2K.

Този коефициент описва способността на един газ или течност, да поема и отдава енергия от/на повърхността на определен материал.

 

3. ТОПЛОПОГЛЪЩАНЕ (ТОПЛИНЕН КАПАЦИТЕТ)

Топлопоглъщането е свойството на материалите да поглъщат или отдават топлина при наличието на температурна разлика.

Топлинният капацитет описва способността на едно тяло, да акумулира енергия под формата на топлина. Той представлява количеството топлина, което се поглъща (отдава) от едно тяло с маса 1kg при промяна на неговата температура с 1К.

 

4. ТОПЛОУСВОЯВАНЕ (ТЕМПЕРАТУРНА ПРОВОДИМОСТ)

Температурната проводимост е материална константа, описваща времевите промени в пространственото разпределение на температурата посредством топлообмена получаващ се в следствие на определен спад в температурата.

Противно на топлопроводността, температурната проводимост описва не само стационарно поведение, както при топлообмена. Нестационарни ефекти, образуващи се например при предаването във вътрешните помещения на температурните цикли възникващи вследствие на дневните и нощните колебания на външната температура, не биха могли да бъдат описани единствено с помощта на топлопроводността.

Колко горещо или топло се „чувства” едно тяло в първият момент се определя от температурната проводимост, и чак след известно време (когато температурното поле стане стационарно) вече единствено от топлопроводността.

 

5. ТОПЛИННО ПРОНИКВАНЕ

Практически топлинното проникване може да се почувства когато с голи ръце докосваме различни материали с еднаква температура. Материали с висок коефициент на топлинно проникване (като металите) се чувстват като особено студени, ако температурата им е малко по-ниска от тази на кожата, а материалите с нисък коефициент на топлинно проникване (изолационни материали, дърво) се усещат като по-топли даже когато температурата им е еднаква с тази на кожата. На този ефект се дължи и лъжливият топлоизолационен ефект на подложните тапети от няколко милиметра дебел пенопласт. По този начин топлинното изолиране на една външна стена се променя незначително, но след нанасянето на този вид тапети повърхността на стената се чувства като топла.

 

6. ТОПЛИННО ПРЕМИНАВАНЕ

Топлинното преминаване е свойство на ограждащите елементи на сгради да пропускат през себе си топлина, когато съществува температурна разлика на въздуха от двете им страни. То включва в себе си топлопредаване между въздуха с по-висока температура и съответната  повърхност на ограждащият елемент, топлопровеждане на топлинният поток през ограждащият елемент и топлопредаване от повърхността на стената към въздуха с по-ниска температура.

Коефициент на топлопреминаване

Коефициента на топлопреминаване показва количеството топлина, което преминава за 1 секунда през площ 1 м2  на материал с дебелина [s], когато температурната разлика между двете повърхности е 1 К. Той е зависим от топлопроводността на материала и неговата дебелина. Мерната единицата в е W/m2K.

Колкото по-голям е коефициента на топлопреминаване, толкова по-лоши са топлоизолационните свойства на материала.

 

 

Съпротивление на топлопреминаване

За оценяването на един строителен материал, определящо обаче е не количеството топлина която преминава през него (коефициента на топлопреминаване), а съпротивлението което той оказва на преминаването на топлината. Математически това съпротивление представлява реципрочната стойност на коефициента на топлопреминаване.

Колкото по-голямо е съпротивлението на топлопреминаване, толкова по-добри са топлоизолационните свойства на материала.

 

7. U - СТОЙНОСТ

U-стойността е мярка за преминаването на топлинен поток през ограждащ елемент съставен от един или повече слоеве материал, ако от двете му страни са налице различни температури на въздуха. Той представлява количеството топлина, което протича за 1s между ограждащият елемент и граничещият с него въздух през повърхност от 1м2, когато разликата в температурите е 1К. Единицата за измерването на U-стойността е W/m2K.

Особено широко разпространение, U-стойността намира в строителството, където служи за определяне загубите на топлина при преминаване през строителните елементи и е един от най-важните критерии при енергийната оценка на една сграда.

U-стойността представлява мярка за „топлопропускливостта” и топлоизолационните качества на строителните елементи – например на едно точно определено остъкляване или на точно определен прозорец. Строителните елементи с по-малки U-стойности пропускат по-малко количество топлина от колкото тези с по-големи U-стойности.

U-стойността на един ограждащ строителен елемент зависи от топлопроводността на използваните материали, дебелините на слоевете от тези материали, геометрията на самите строителни елементи (права стена, цилиндрично закривена стена, и т.н.) и условията на топлопредаване на повърхностите им към отделните околни флуиди (въздух, вода, и др.).

 

ЗНАЧЕНИЕ В СТРОИТЕЛНАТА ПРАКТИКА

U-стойността е най-важната величина за описване и оценяване на енергийното поведение на един строителен елемент. Обратно на λ, U-стойността е тази която би могла да се даде за готовият вече продукт – като например – една тухла, един готов прозорец и т.н. Тази стойност е по-подходяща в практиката, тъй като се отнася за готови за употреба материали и строителни елементи, а не за суровината от която са направени както ламбда-стойността. При удвояване на дебелината също така двойно се увеличава и U-стойността, докато λ остава една и съща.

Ориентировъчно важи: U-стойността * 8,4 = Енергийните загуби в литри нафта на м2 за година

Например: стая (4 външни стени) с площ 15м2 и U-стойност от 0,6 (отговаря на тухла) 0,6 W/м2K * 15 м2 * 8,4 = 75,6 литра нафта за година

В Европа след 1 февруари 2002 съгласно приетите наредби за енергийна ефективност следва годишното енергийно потребление Qp и трансмисионните топлинни загуби HT´ да спазват някакви гранични стойности. U-стойността влиза в пресмятането на трансмисионните топлини загуби, а тези в пресмятането на годишното енергийно потребление. Допълнително, наредбите предписват гранични стойности за коефициентите на топлопреминаване за определени строителни елементи и детайли, когато тези следва да се монтират на ново или да бъдат подменени.

 

Свързани теми

  • Какво трябва да знаем за вътрешната топлоизолация

    Какви проблеми предизвиква вътрешното топлоизолиране и за какво да внимаваме при него?още...

  • Какво представлява пасивната къща

    Какво представлява концепцията за пасивна къща и на какви критерии трябва да отговаря? още...

  • Чести грешки при монтажа на подпрозоречни дъски

    Кои са най-често допусканите грешки при монтажа на подпрозоречни дъски и връзката им с топлоизолационната система? още...

  • Връзка на ТИС с подпрозоречени дъски и первази

    Кои подпрозоречни дъски и первази са подходящи за монтаж в топлоизолационна система и на какви критерии трябва да отговарят те?  още...

  • Монтаж на топлоизолация около врати и прозорци

    На какви натоварвания е подложена връзката на топлоизолационната система с врати и прозорци и как да я изпълним правилно? още...

  • Подготовка на основата за полагане на ТИС

    Как да подготвим основата за полагане на топлоизолационна система? още...

  • Закрепване на топлоизолационни плочи

    Как да закрепим топлоизолацията върху основата? още...

  • Дюбелиране на топлоизолационни плочи

    Как се извършва механичното закрепване и дюбелиране топлоизолационните плочи? още...

  • Армиране на топлоизолационен слой

    Как да армираме и шпакловаме положената топлоизолация? още...

  • Оформяне на цокъла и периметърна топлоизолация

    Как се оформя цокъла на ТИС и как се топлоизолират подземните части на стените (периметърна топлоизолация)? още...

  • Заработване на фуги в топлоизолационна система

    Как се заработват фуги в топлоизолационна система? още...

  • При какви атмосферни условия да полагаме ТИС

    Кои са подходящите атмосферни условия за полагане на топлоизолационни системи и какво е тяхното влияние? още...

  • Ръбове и краища на топлоизолационна система

    Как се завършва топлоизолационната система и как се изпълняват нейните ръбове и краища? още...

  • Отвори в топлоизолационната система

    Как се монтират елементи, водещи до отвори и пробиви в ТИС (парапети, държачи за тенти, жалузи, стрехи и др.)? още...

  • Връзки на ТИС със съседни строителни елементи

    Как се изпълняват връзките на топлоизолационната система с врати, прозорци, первази и други съседни строителни елементи? още...

  • Как се пренася топлината през стените

    Какъв е механизма на пренасяне на топлина през стените на сградите? още...

  • Финишни покрития за топлоизолационни системи

    Какво финишно покритие да изберем за топлоизолационна система? още...

  • Какво представляват топлоизолационните системи

    От какво е изградена една топлоизолационна система и какви функции има тя? още...

  • Как се произвежда EPS (стиропор)

    Какво представляват пенопластите от експандиран полистирол (EPS) и как се произвеждат те? още...

 

Няма коментари

Изпращане на коментар

">
 
Бижутери в строителството