Mărimi principale termo-tehnice și termini


Conductivitatea termică a materialelor și ale elementelor de construcție depind în principal de:

- conductivitatea materialului principal (de exemplu metalele conduc foarte bine căldura în timp ce masele plastice nu)

- cantitatea de aer închis (sau alt gaz/sau vacuum), și modul în care acesta este închis

 Cu cât un material transferă mai greu căldura - cu atât este mai bun izolator. La o mare parte din elementele de construcție, factorul hotărâtor este aerul închis. De exemplu, la ferestrele cu o cameră - sticla în sine este un bun conducător de căldură. Dar datorită stratului de aer dintre ambele foi de sticlă avem un efect izolator mai bun decât dacă am fi avut doar cu sticlă.

Pentru a ilustra proprietățile de izolare termică ale diferitelor materiale, se folosesc mai multe variabile diferite, care adesea sunt folosite în mod greșit și se confundă una cu alta.

Înainte de a clarifica aceste expresii este nevoie să se clarifice unitățile de măsură de bază: Pierderile de căldură se măsoară în wați [W]. Unitatea watt nu înseamnă cantitatea de căldură ci fluxul de căldură (1 W = 1 J/s).

O cameră sau o casă române permanent caldă în afară, ceea ce teoretic ar putea fi descris în cantitate de wați. Așa, de exemplu, o casă pentru o familie în perioada de iarnă ar putea să aibă pierderi de căldură de ordinul a 6 kilowați. Dacă în plus, pentru anumite perioade, se deschid și câteva ferestre, pierderile de căldură cresc până la 10 kW. Cu toate acestea, din moment ce rareori se calculează pentru toată casa, pierderile de căldură se determină pentru o anumită suprafață. În acest mod, unitatea pentru pierderea de căldură se dă nu ”pe casă”, ci pe metru pătrat [W/m2].

Pentru determinarea pierderilor de căldură pentru o casă, de o deosebită importanță este așa numita diferență de temperatură. Dacă de exemplu, temperatura de afară și din interior este de 20°C, nu există nicio pierdere de căldură, indiferent de cât de rea este izolația. Dacă însă temperatura exterioară este de 15°C se pierde o anumită cantitate de căldură, iar dacă este de 10°C - exact dublu. Această diferență de temperatură în fizică se exprimă nu în °C ci în Kelvin [K]

Dacă dorim să realizăm izolația termică a locuinței în conformitate cu normele tehnice, este nevoie să ne conformăm unei serii de termeni și formule. Însă fără o educație adecvată această sarcină este aproape de nerezolvat. Din această cauză, încercăm aici să reducem totul doar la strictul necesar, astfel încât și un neprofesionist să poată face calculul de protecție termică.

 

1. CONDUCTIVITATEA TERMICĂ

Conductivitatea termică reprezintă capacitatea materialelor de a conduce căldura prin ele însele, în prezența unei diferențe de temperatură la ambele laturi opuse. Viteza cu care se propagă căldura, atunci când este încălzit materialul la un capăt, determină conductivitatea termică.

prin corpurile solide

Conductivitatea termică este ilustrată cel mai ușor folosind un paralelipiped cu lungimea [s] și secțiunea [A], unde o parte este conectată la o sursă rece iar cealaltă la una caldă. Toate celelalte părți sunt pe cât posibil de bine izolate.

Conductivitatea termică λ a unui anumit material indică cantitatea de căldură care la temperatură constantă parcurge în 1s printr-un strat de material cu suprafața A=1m2 cu grosimea S=1m, atunci când diferența de temperatură dintre ambele capete este de 1K. În acest mod, unitatea pentru conductivitatea termică se obține W/mK.

Asupra coeficientului de conductivitate termică au influență:

- densitatea de volum (dacă este mai mare crește și λ, datorită căruia scad calitățile sale de termoizolare).

- umiditatea materialului (creșterea cantității de umiditate în porii și capilarele materialului înlătură aerul din acestea, are un λ mult mai mic decât cel al apei, și duce la creșterea lui λ al aceluiași material, respectiv devine un izolator mai prost)

- temperatura (odată cu creșterea temperaturii materialelor crește și λ al acestor materiale - excepție fac doar metalele)

Cea mai mare conductivitate termică dintre toate materialele solide o are diamantul (2000 ÷ 2500 W/mK), iar dintre metale - argintul (429 W/mK). Ca regulă generală este valabil: Materialul care are conductivitate electrică bună (argint, cupru) are și bună conductivitate termică. Materialul care conduce greu căldura (hârtie, lână) conduce la fel de greu electricitatea.

în lichide și gaze

În lichide și gaze conductivitatea termică depinde de curenții și turbulențele din acestea.

Dacă se elimină curenții și turbulențele, conductivitatea termică rămasă la cele mai multe gaze este foarte mică. Acest fapt poate fi folosit la multe materiale de termoizolare (polistirol, vată de sticlă, etc.), care sunt alcătuite în principal din aer și alte gaze, care este împiedicat să circule prin materialele solide din jur.

Pe de altă parte, substanțele suprafluide (de exemplu heliu-4 sub 1,6 K) au o conductivitate termică aproape infinită.

în vacuum

În vacuum nu există niciun transfer de căldură. Transferul de căldură se face numai prin radiație termică. Acest lucru se utilizează, de exemplu, la termosuri, în scopul de a micșora transferul de căldură. Pentru a se preveni și transferul de căldură din cauza radiației termice, suprafețele din sticlă sau din oțel care izolează vacuum se fac cu oglinzi.

 

IMPORTANT ÎN PRACTICA CONSTRUCȚIILOR

Conductivitatea termică a unui anumit material indică cantitatea de căldură care, în condițiile menținerii temperaturii constante, traversează într-o secundă printr-un material cu suprafața de 1m2 și și grosimea de 1m, atunci când diferența de temperatură dintre ambele capete este de 1K. Unitatea de conductivitate termică este W/mK.

În această valoare nu a fost luată în considerare grosimea materialului izolator. După alegerea materialului izolator cu o anumită valoare lambda și se stabilirea grosimii materialului izolator (de exemplu 5 cm), se poate prevedea cât de bună va fi izolarea termică (și să se calculeze valoarea U). Cu cât mai mică este valoarea lambda cu atât sunt mai bune caracteristicile de izolare termică.

Pentru o fereastră, de exemplu, nu s-ar putea determina valoarea lambda. Valorile lambda sunt potrivite pentru compararea caracteristicilor materialelor pure, cum ar fi: aer, vacuum, sticlă, apă, fier, lână, ulei. Valoare lambda este o mărime fizică a materialului primar, la fel ca densitatea sa sau culoarea. Din această cauză nu are sens să se dea valoarea lambda la ”5 cm de material”, de exemplu.

Conductivitatea termică a diferitelor materiale este determinantă la stabilirea grosimii peretelui exterior planificat. Din schemă se vede că suprafața izolată cu penopolistirol cu grosimea 1,7 cm izolează exact atât de bine cât un perete de beton cu grosimea de 91 cm.

Din punct de vedere static, o cărămidă normală (17,5 cm) este pe deplin suficientă pentru o casă, însă datorită izolației termice, aceasta trebuie să fie de 36,5 cm. 

Dacă comparăm doi pereți exteriori, unul cu grosimea de 17,5 cm + 8,0 cm termoizolație, iar celălalt perete din cărămidă de 36,5, vom constata că la o casă pentru o familie de 10m x 10m, prima variantă economisește în jur de 8 m2

 

2. TRANSMISIBILITATEA TERMICĂ

Transmisibilitatea termică este capacitatea materialelor de a transfera sau primi căldură prin contact nemijlocit cu celălalt corp.

Coeficientul de transfer de căldură indică cantitatea de căldură care se transferă peretelui (sau invers) de către aerul care intră în contact cu acesta pe o suprafață de 1m2 în 1 secundă, dacă diferența de temperatură dintre suprafață și aer este de 1K. Unitatea de măsură este W/m2K.

Acest coeficient descrie capacitatea unui gaz sau lichid de a prelua sau preda energia de la/la suprafața unui anumit material.

 

3. ABSORBȚIA DE CĂLDURĂ (CAPACITATEA TERMICĂ)

Absorbția căldurii este capacitatea materialelor de a absoarbe sau transmite căldură la diferențe de temperatură.

Reprezintă cantitatea de căldură care este absorbită (transferată) de un corp cu masa de 1kg la modificarea temperaturii sale cu 1K.

 

4. VALORIFICAREA TERMICĂ (CONDUCTANȚA TERMICĂ)

Conductivitatea termică este o constantă materială care descrie schimbările temporare în distribuția spațială a căldurii prin intermediul schimbului de căldură obținut ca urmare a unei anumite scăderi a temperaturii.

Spre deosebire de conductivitatea termică, conductanța termică descrie nu numai comportamentul staționar, ca la schimbul de căldură. Efectele nestaționare, care apar de exemplu la predarea în spațiile închise a ciclurilor de temperatură apărute ca urmare a diferențelor de temperatură exterioară dintre zi și noapte, nu ar putea fi descrise doar cu ajutorul conductivității termice.

Cu cât mai fierbinte sau cald se ”simte” un corp în primul moment se definește de conductivitatea termică, și numai după un anumit timp (atunci când câmpul temperaturii devine staționar) numai prin conductibilitatea termică.

 

5. PENETRAREA CĂLDURII

Practic, penetrarea căldurii se poate simți atunci când cu mâinile libere atingem diferite materiale cu aceeași temperatură. Materialele cu un înalt coeficient de penetrare termică (cum sunt metalele) se simt ca fiind deosebit de reci, dacă temperatura lor este puțin mai mică decât cea a pielii, iar materialele cu coeficient mic de penetrare a căldurii (materialele izolatoare, lemnul) se simt ca fiind mai calde chiar dacă temperatura lor este egală cu cea a pielii. Acestui efect se datorează și efectul termoizolator fals al tapetelor termoizolante de câțiva milimetri de penoplast. În acest fel izolarea termică a unui perete exterior se modifică nesemnificativ, dar după aplicarea acestui tip de tapet suprafața peretelui se simte ca fiind caldă.

 

6. TRANSFERUL DE CĂLDURĂ

Transferul de căldură este capacitatea elementelor constructive ale clădirii de a permite trecerea căldurii prin acestea, când există diferențe de temperatură a aerului în ambele părți.  Acesta include schimbul de căldură între aerul cu o temperatură mai ridicată și suprafața corespunzătoare a elementului construcției, pătrunderea fluxului de căldură prin element și transferul căldurii de la suprafața peretelui la aerul cu temperatura mai joasă.

Coeficientul de transfer de căldură

Coeficientul de transfer de căldură indică cantitatea de căldură care trece timp de 1 secundă prin o suprafață de 1 m2 de material cu grosimea [s], atunci când diferența de temperatură dintre ambele suprafețe este de 1 K. Acesta depinde de conductivitatea termică a materialului și grosimea acestuia. Unitatea de măsură este W/m2K.

Cu cât este mai mare coeficientul de transfer de căldură, cu atât mai slabe sunt proprietățile de izolare termică ale materialului.

 

 

Rezistența termică

Pentru evaluarea unui material de construcții nu este determinantă cantitatea de căldură care trece prin acesta (coeficientul de transfer termic), ci rezistența pe care acesta o are la transferul de căldură. Din punct de vedere matematic această rezistență reprezintă valoarea reciprocă a coeficientului transferului de căldură.

Cu cât mai mare este rezistența la transferul de căldură cu atât mai bune sunt caracteristicile termoizolante ale materialului.

 

7. VALOAREA - U

Valoarea - U este măsura trecerii fluxului de căldură prin elementul constructiv compus din unul sau mai multe straturi de material, dacă în ambele părți ale acestuia sunt diferite temperaturi ale aerului. Reprezintă cantitatea de căldură care traversează timp de 1s între materialul constructiv și aerul din apropierea sa printr-o suprafață de 1m2, când diferența de temperatură este de 1K. Unitatea de măsură a valorii U este W/m2K.

În construcții valoarea U are o deosebit de mare aplicabilitate atunci când se dorește determinarea pierderilor de căldură la trecerea prin elementele de construcție și este unul dintre cele mai importante criterii pentru evaluarea energetică a unei clădiri.

Valoarea U reprezintă măsura ”conductivitate termică” și calitățile termoizolante ale materialelor de construcții - de exemplu pentru alegerea unui geam sau a unei anumite ferestre. Elementele constructive cu valori U mai mici pierd mai puțină cantitate de căldură decât cele cu valori U mai mari.

Valoare U a unui element constructiv depinde de conductivitatea termică a materialelor utilizate, grosimea straturilor acestor materiale, geometria elementelor (perete drept, perete cilindric, etc.) și condițiile de transfer de căldură ale suprafețelor lor către elementele mediului din jur (aer, apă, etc.).

 

IMPORTANT ÎN PRACTICA CONSTRUCȚIILOR

 

Valoarea U este cea mai importantă mărime de evaluare și apreciere a comportamentului energetic al unui element constructiv. Spre deosebire de λ, valoarea U este cea care ar putea fi indicată pe un produs finit - cum ar fi - o cărămidă, o fereastră finită, etc. Această valoare este mai potrivită în practică, deoarece se referă la materiale și elemente de construcție gata de utilizare, și nu la materia primă din care sunt făcute, cum este cazul cu valoare lambda. La dublarea grosimii se dublează și valoarea U, în timp ce valoarea λ rămâne una și aceeași.

Orientativ este important: Valoarea U * 8,4 = Pierderile de energie în litri de petrol pentru un m2 pe an

De exemplu: cameră (4 pereți exteriori) cu suprafața de 15m2 și valoare U de 0,6 (corespunzător cărămizii) 0,6 W/м2K * 15 м2 * 8,4 = 75,6 litri petrol pe an

În Europa, după 1 februarie 2002, conform normativelor europene adoptate pentru eficiență energetică, se urmărește ca la utilizarea anuală de energie Qp și pierderile de căldură transmisă H să se păstreze unele valori limită.  Valoarea U intră în calculul pierderilor de transmisie de căldură, iar celelalte în calculul consumului anual de energie. În plus, reglementările prevăd limite privind coeficienții de transfer termic pentru anumite elemente și detalii de construcții atunci când acestea ar trebui să fie instalate pentru prima dată sau care urmează să fie înlocuite.

 

Subiecte afiliate

  • Ce trebuie să știm despre izolația termică de interior

    Care sunt problemele cauzate de izolație termică și la ce trebuie sa fim atenți?mai mult...

  • Ce este o casă pasivă

    Ce reprezinta conceptul despre casă pasivă și ce criterii ar trebui să-o îndeplinească? mai mult...

  • Pregătirea bazei pentru aplicarea Sistemului de termoizolație

    Cum să pregătim bazei pentru aplicarea sistemului de termoizolație? mai mult...

  • Fixarea plăcilor de izolație

    Cum se fixa plăcilor de izolație? mai mult...

  • Prinderea cu dibluri a plăcilor termoizolante

    Cum se face atașament mecanic și prindere cu dibluri a plăcilor termoizolante? mai mult...

Niciun comentariu

Lasă un comentariu

">