Основные показатели энергоэффективности строительных материалов и конструкций
Разберёмся, что такое коэффициент теплопроводности λ (лямбда), сопротивление теплопередаче R и коэффициент теплопередачи U.
Теплотехнические свойства строительных материалов и конструкций имеют три важнейших показателя (λ, R и U), которые влияют на энергоэффективность зданий. Для выбора технологии строительства, которая лучше всего отвечает современным требованиям к энергосбережению, необходимо понимать различия между этими показателями и то, какие свойства конструкции они определяют.
Эти три параметра тесно связаны между собой. При этом коэффициент теплопроводности λ является характеристикой материала, в то время как сопротивление теплопередаче R и коэффициент теплопередачи U зависят от λ и относятся к свойствам строительных конструкций.
Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности?
Теплопроводность – это способность тел проводить тепловую энергию от более нагретых частей к менее нагретым. Теплопроводность определяется количеством теплоты, проходящей за единицу времени через единицу толщины материала.
Коэффициент теплопроводности λ – это мера, которая выражает способность материала толщиной 1 метр пропускать количество теплоты в Джоулях за 1 секунду при разности температур на противоположных поверхностях материала 1 градус Кельвина или Цельсия и измеряется в Вт/(м∙К).
Коэффициент теплопроводности λ
В большинстве случаев коэффициент теплопроводности определяется экспериментально путём измерения теплового потока и градиента температур в исследуемом материале. Он зависит не только от типа материала, но и от температуры, влажности, плотности и т.п.
Усреднённые показатели для различных материалов
| Материал | λ, Вт/(м∙К) |
| Железобетон | 2,04 |
| Керамический кирпич | 0,75 |
| Газобетон | 0,23 |
| Древесина | 0,14 |
| Минеральная вата | 0,043 |
| Вспененный полистирол (пенопласт) | 0,037 |
| Экструдированный полистирол | 0,032 |
| Пенополиизоцианурат (PIR) | 0,022 |
Материалы с лучшими теплоизоляционными свойствами имеют более низкие значения коэффициента теплопроводности λ. Следует отметить, что существует несколько способов определения λ, позволяющих при различных условиях для одного и того же материала получать разные значения.
Сравнение коэффициентов теплопроводности для пенополиизоцианурата (PIR), полученных в стеновой конструкции из сэндвич-панелей толщиной 100 мм
| Коэффициент теплопроводности | λ, Вт/(м∙К) | R, (м 2 ∙К)/Вт | U, Вт/(м 2 ∙К) | |
| 1 | λ0 расч | 0,0179 | 5,75 | 0,1739 |
| 2 | λ10, 0 расч | 0,0181 | 5,68 | 0,1761 |
| 3 | λ25, 0 расч | 0,0186 | 5,54 | 0,1805 |
| 4 | λ25, А эксп | 0,023 | 4,51 | 0,2217 |
| 5 | λ25, А эф эксп | 0,024 | 4,33 | 0,2310 |
| 6 | λ25, Б эксп | 0,031 | 3,38 | 0,2959 |
| 7 | λ10, А декл | 0,022 | 4,70 | 0,2128 |
| 8 | λ25, Б расч | 0,040 | 2,66 | 0,3759 |
Сравнение коэффициентов теплопроводности для минеральной ваты (W), полученных в стеновой конструкции из сэндвич-панелей толщиной 150 мм
| Коэффициент теплопроводности | λ, Вт/(м∙К) | R, (м 2 ∙К)/Вт | U, Вт/(м 2 ∙К) | |
| 1 | λ0 расч поперёк | 0,0317 | 4,89 | 0,2045 |
| 2 | λ10, А расч поперёк | 0,0337 | 4,61 | 0,2169 |
| 3 | λ25, А эксп поперёк | 0,0370 | 4,21 | 0,2375 |
| 4 | λ25, А эксп вдоль | 0,0380 | 4,11 | 0,2433 |
| 5 | λ25, А эф эксп вдоль | 0,0390 | 4,01 | 0,2494 |
| 6 | λ10, Б эксп вдоль | 0,0406 | 3,85 | 0,2597 |
| 7 | λ10, А декл вдоль | 0,0430 | 3,64 | 0,2747 |
| 8 | λ25, Б расч вдоль | 0,0490 | 3,22 | 0,3106 |
- λ0 расч / λ10, А расч поперёк – минимально возможная расчётная теоретическая
PIR – в абсолютно сухом состоянии (влажность 0%)
W – ориентация волокон поперёк направления распространения теплового потока, режим эксплуатации А (влажность до 0,5%) - λ10, 0 расч / λ10, А расч поперёк – для одной сэндвич-панели, расчётная при 10 °С
PIR – в абсолютно сухом состоянии (влажность 0%)
W – ориентация волокон поперёк направления распространения теплового потока, режим эксплуатации А (влажность до 0,5%) - λ25, 0 расч / λ25, А эксп поперёк – для одной сэндвич-панели при 25 °С
PIR – расчётная в абсолютно сухом состоянии (влажность 0%)
W – экспериментальная, ориентация волокон поперёк направления распространения теплового потока, режим эксплуатации А (влажность до 0,5%) - λ25, А эксп / λ25, А эксп вдоль– для одной сэндвич-панели при 25 °С
PIR – режим эксплуатации А (влажность до 2%)
W – ориентация волокон по направлению распространения теплового потока, режим эксплуатации А (влажность до 0,5%) - λ25, А эф эксп / λ25, А эф эксп вдоль – эффективная экспериментальная, для стеновой конструкции из сэндвич-панелей при 25 °С
PIR – режим эксплуатации А (влажность до 2%)
W – ориентация волокон по направлению распространения теплового потока, режим эксплуатации А (влажность до 0,5%) - λ25,Б эксп / λ10, Б эксп вдоль – экспериментальная, для стеновой конструкции из сэндвич-панелей
PIR – при 25 °С, режим эксплуатации Б (влажность до 5%)
W – при 10 °С, ориентация волокон по направлению распространения теплового потока, режим эксплуатации Б (влажность до 1%) - λ10, А декл / λ10, А декл вдоль – декларируемая (максимально возможный худший результат), для стеновой конструкции из сэндвич-панелей при 10 °С
PIR – режим эксплуатации А (влажность до 2%)
W – ориентация волокон по направлению распространения теплового потока, режим эксплуатации А (влажность до 0,5%) - λ25, Б расч / λ25, Б расч вдоль – расчётная, максимально возможная нормативная при 25 °С
PIR – режим эксплуатации Б (влажность 5%)
W – ориентация волокон по направлению распространения теплового потока, режим эксплуатации Б (влажность 1-2,5%)
Для стеновой конструкции из сэндвич-панелей определяющим является показатель λ25, А эф эксп, поэтому в декларациях соответствия на панели Ruukki всегда указывается именно этот коэффициент. Обязательное использование в расчётах энергоэффективности конструкций зданий именно λ25, А эф эксп обусловлено тем, что ДСТУ Б В.2.7-182:2009 регламентирует стандартные условия испытаний характеристик теплопроводности при температуре 25 °С и влажности материала в пределах до 0,5% (W) и до 2% (PIR). В то же время, в странах Евросоюза принято определять характеристики теплопроводности при температуре 10 °С, поэтому в Украине для продукции производства ЕС необходимо дополнительно получать эти показатели, определённые при температуре 25 °С.
Следует отметить, что для расчёта термосопротивления наружной ограждающей конструкции применение других показателей, кроме λ25, А эф эксп является неправильным, поэтому для выбора оптимальной толщины сэндвич-панелей очень важно понимать, какой именно показатель λ подразумевает производитель. Для примера: ДБН В.2.6-31:2021 регламентирует минимально допустимые значения сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций жилых и общественных зданий для I температурной зоны Rqmin=4,0 (м 2 ∙К)/Вт. Для соответствия стеновых конструкций требованиям этого ДБН, если принимать в расчёт определяющий λ25, А эф эксп, необходимо применять минераловатные сэндвич-панели Ruukki толщиной 150 мм. При этом, если использовать более «рекламный» λ0 расч, то якобы достаточно панели толщиной 120 мм, однако на самом деле это не соответствует действительности. Поэтому важно смотреть не только на числовое значение λ, а и на то, какой именно показатель предоставляет поставщик. Иначе, в погоне за экономией, можно выбрать ложную толщину сэндвич-панелей, что приведёт к повышенным затратам на отопление и кондиционирование в процессе эксплуатации здания.
Что такое сопротивление теплопередаче R?
Сопротивление теплопередаче R – это способность конструкции препятствовать распространению теплового движения молекул. Величина R показывает как конструкция определенной толщины сопротивляется передаче тепла через себя и определяется разностью температур в градусах Кельвина или Цельсия на противоположных поверхностях конструкции, необходимой для переноса 1 Вт мощности энергии через 1 м 2 площади этой конструкции и измеряется в (м 2 ∙К)/Вт.
Для расчёта сопротивления теплопередаче многослойной термически однородной ограждающей конструкции R∑ используется формула, учитывающая различные материалы этой конструкции и коэффициенты αВ (внутренняя) и αН (наружная).
Для упрощённого понимания можно сказать, что сопротивление теплопередаче R – это толщина материала в метрах, разделённая на его коэффициент теплопроводности λ, что показывает насколько хорошо он сопротивляется теплопередаче при определенной толщине. Следовательно, чем толще конструкция и чем ниже коэффициенты теплопроводности её материалов, тем она более энергоэффективна.
Приведенное сопротивление теплопередаче R∑пр учитывает все фактические потери тепла через ограждающую конструкцию, в том числе в зонах замковых соединений и стыков, угловых соединений, тепловых включений, точечных потерь, крепёжных элементов и прочее. На основе экспериментальных данных по измерению приведенного сопротивления теплопередаче конкретной конструкции вычисляется λ25, А эф эксп, который в дальнейшем используется для расчёта R∑пр аналогичных проектируемых конструкций.
Расчёт R∑пр термически неоднородной непрозрачной ограждающей конструкции производится по формуле:
ДСТУ Б В.2.6-189:2013 регламентирует, что при проектировании ограждающих конструкций обязательно выполнение условия R∑пр ≥ Rqmin.
Расчётная толщина стеновых конструкций из разных материалов для достижения сопротивления теплопередаче R=4,0 (м2∙К)/Вт
Конструкция с лучшей теплоизоляцией обеспечивает необходимое значение R при минимальной толщине и сохраняет тепло так же, как более толстые конструкции, при этом позволяет получать больше пространства внутри здания.
Сопротивление теплопередаче R и коэффициент теплопередачи U
Что такое коэффициент теплопередачи U?
Коэффициент теплопередачи U – это количество теплоты в Джоулях, передаваемое через конструкцию площадью поверхности 1 м 2 за 1 секунду при разности температур на противоположных поверхностях 1 градус Кельвина или Цельсия.
Величина U обратно пропорциональна сопротивлению теплопередаче и измеряется в Вт/(м 2 ∙К).
Коэффициент теплопередачи показывает способность конструкции передавать тепло от более нагретого к менее нагретому помещению или между внешней средой и внутренним помещением здания. Чем ниже значение U, тем лучше теплоизоляция здания.
Также существует более расширенная формула определения U, дополнительно предусматривающая все фактические потери тепла через внешние ограждающие конструкции, однако результаты такого вычисления идентичны расчёту по сокращённой формуле.
Где искать λ, R и U?
Производители теплоизоляционных строительных конструкций должны предоставлять информацию о λ, R и U в описании продукции, размещённом в открытом доступе, или в декларациях соответствия, если их наличие предусмотрено действующим законодательством. К примеру, коэффициент теплопроводности λ, приведенное сопротивление теплопередаче R и коэффициент теплопередачи U для сэндвич-панелей Ruukki указаны в декларациях, размещённых на сайте Rauta. Задекларированные теплоизоляционные характеристики панелей обязаны подтверждаться протоколами сертификационных испытаний, которые должны быть в наличии у производителя. К сожалению, в Украине многие поставщики сэндвич-панелей не заботятся о подтверждении теплоизоляционных характеристик испытаниями и расчётами, а декларируют выдуманные значения.
Кроме определения параметров ограждающих конструкций при проектировании, показатели λ, R и U также используются для расчёта энергоэффективности зданий и контроля тепловых параметров в процессе эксплуатации.
В отдельных случаях ограждающие конструкции могут иметь сложную конфигурацию и поэтому параметры теплоизоляции определить трудно. Тогда рекомендуется обращаться к производителю материалов за помощью в расчёте энергоэффективности здания.
Источник https://rautagroup.com/ru/osnovnye-pokazateli-energoeffektivnosti-stroitelnyh-materialov-i-konstruktsij/
Источник