Регулирование производства тепла и электроэнергии на теплоэлектроцентралях
Перенос тепла в строительных элементах
description
Transcript of 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
02 - Wärmetransport 3
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
02 - Wärmetransport 4
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
02 - Wärmetransport 5
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
02 - Wärmetransport 6
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
02 - Wärmetransport 7
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
02 - Wärmetransport 8
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
02 - Wärmetransport 9
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
02 - Wärmetransport 10
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.
02 - Wärmetransport 11
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
02 - Wärmetransport
Перенос тепла в прозрачных строительных материалах
WDVSMassivwand
FassadenpaneelLuftschichtDämmungMassivwand
SchalungLuftschichtHolzstanderwand/DämmungSchalung
VorsatzschaleKerndämmungTragschale
02 - Wärmetransport 13
Тепловое сопротивление отдельного слоя.
Термическое сопротивление между поверхностью строительного элемента и воздухом.
Коэффициент теплопередачи как мера теплопередачи через строительный элемент.
Параметры
02 - Wärmetransport 14
Первый теплотехнический параметр для конкретного строительного элемента
Может быть суммой нескольких различных строительных слоев
Тепловое сопротивление R
02 - Wärmetransport 15
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
02 - Wärmetransport 16
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.
02 - Wärmetransport 17
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
02 - Wärmetransport 18
Внутренние строительные элементы
Подвальные перекрытия:
Rse = Rsi = 0,17 m²K/W
Стены-перегородки не отапливаемых помещений:
Rse = Rsi = 0,13 m²K/W
Междуэтажные перекрытия на не отапливаемый чердак:
Rse = Rsi = 0,10 m²K/W
Исключения для Rsi и Rse
02 - Wärmetransport 19
Строительные элементы на уровне земли:
Rse = 0
Учет термического сопротивления уровня земли через поправочные коэффициенты
Исключения для Rsi и Rse
02 - Wärmetransport 20
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
02 - Wärmetransport 21
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
02 - Wärmetransport 22
RD = dN / D [m²K/Вт]
RD = Номинальное значение теплового сопротивления
dN = Номинальная толщина
D = Номинальное значение теплопроводности
Тепловое сопротивление RD для Изоляционных слоев
02 - Wärmetransport 23
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
02 - Wärmetransport 24
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
02 - Wärmetransport 25
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
02 - Wärmetransport 26
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
02 - Wärmetransport 27
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)
02 - Wärmetransport 28
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)
02 - Wärmetransport 29
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
02 - Wärmetransport 30
Изоляционные материалыОбласти применения по DIN 4108-10 (Июнь 2008)
02 - Wärmetransport 31
Области применения изоляционных материалов по DIN 4108-10 (Июнь 2008)
02 - Wärmetransport
Дифференциация изоляционных материалов по конкретным качествам продукта
02 - Wärmetransport
02 - Wärmetransport 34
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
02 - Wärmetransport 35
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
02 - Wärmetransport
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
02 - Wärmetransport 37
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
02 - Wärmetransport
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
02 - Wärmetransport
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
02 - Wärmetransport 40
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
02 - Wärmetransport 41
Quelle: Arbeitsunterlagen für Energieberater, VFF, BF, GFH, GMI
Температуры поверхности внутри
02 - Wärmetransport 42
Чем ниже коэффициент теплопередачи, тем ниже температура поверхности снаружи.
При тройном остеклении теплоизолированным стеклом может образовываться лед на внешней стороне стекла.
Температуры поверхности снаружи
02 - Wärmetransport 43
Температуры поверхности снаружи
Zentrum für Umweltbewusstes Bauen, Kassel
Quelle: Hauser, Lehrstuhl für Bauphysik - TUM
02 - Wärmetransport 44
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
02 - Wärmetransport
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
02 - Wärmetransport 46
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
02 - Wärmetransport 47
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
02 - Wärmetransport 48
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]
02 - Wärmetransport 49
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
02 - Wärmetransport 50
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
02 - Wärmetransport 51
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
02 - Wärmetransport 52
Коэффициенты уменьшения для установленных солнцезащитных элементов
Quelle: DIN 4108–2: 2003-7
02 - Wärmetransport 53
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
02 - Wärmetransport 54
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
Минимальная тепловая защита
02 - Wärmetransport 55
Факторы влияния
Тепловое сопротивление R или коэффициент теплопередачи U
Расположение отдельного слоя в многослойных материалах
Минимальная тепловая защита
02 - Wärmetransport 56
Факторы влияния
Тепловые мосты Остекление
Герметичность
Вентиляция
Минимальная тепловая защита
02 - Wärmetransport 57
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
Минимальная тепловая защита
02 - Wärmetransport 58
Таблица предельных значений:
Минимальная тепловая защита
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
02 - Wärmetransport 59
Требования минимальной тепловой защиты зимой
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
Минимальная тепловая защита
02 - Wärmetransport 60
Требования минимальной тепловой защиты зимой
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
Минимальная тепловая защита
02 - Wärmetransport 61
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
Минимальная тепловая защита
На практике это значит, что должны применяться дополнительные меры по теплоизоляции,.
02 - Wärmetransport 62
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
Минимальная тепловая защита