20 °C
Помещение
Внутренний воздух отдаёт тепло поверхности стены.
→
0 °C
Наружный воздух
Наружная поверхность отдаёт тепло окружающей среде.
RsiВнутри
Материал стены
RseСнаружи
1
Теплопередача внутри
Внутренний воздух передаёт тепло поверхности стены. Этот процесс обладает собственным термическим сопротивлением, обозначаемым как Rsi.
2
Тепло через материал
Затем тепло проходит через материал стены. Его сопротивление зависит, в частности, от λ и толщины материала.
3
Теплопередача снаружи
Наконец, тепло должно перейти от наружной поверхности в окружающую среду. Эта часть обозначается как Rse.
Упрощённый пример расчёта
10 см бетона — почему поверхность может иметь удивительно большое значение для всего пути теплового потока.
① Только материал
Сначала рассмотрим только слой бетона толщиной 10 см.
Rбетон = d / λ = 0,10 / 2,0 = 0,05 m²K/W
U = 1 / R = 1 / 0,05
U = 20 W/(m²K)
Это учитывает только теплопроводность самого материала. Теплопередача на обеих поверхностях здесь ещё не учтена.
② Полный путь теплового потока
Теперь мы учитываем также теплопередачу на внутренней и наружной поверхностях.
Rобщ = Rsi + Rбетон + Rse = 0,13 + 0,05 + 0,04 = 0,22 m²K/W
U = 1 / 0,22
U ≈ 4,55 W/(m²K)
В этом упрощённом примере поверхностные сопротивления вносят значительный вклад в общее термическое сопротивление.
С точки зрения теплотехники стена не заканчивается на своей поверхности.
U-значение описывает весь путь теплового потока: от помещения через внутреннюю поверхность, сквозь элемент конструкции, через наружную поверхность, до окружающей среды.
Упрощённо:
Rобщ = Rsi + Rматериал + Rse
U = 1 / Rобщ
Так почему же до сих пор используется фиксированное значение Rse?
При стандартизированном расчёте U-значения фактические условия теплопередачи невозможно полностью пересчитывать для каждого здания, каждого часа, каждой скорости ветра, каждой температуры поверхности и каждой среды излучения.
Поэтому строительная физика использует для стандартного расчёта заданные базовые условия и стандартизированные поверхностные сопротивления.
EN ISO 6946
Этот стандарт устанавливает методы расчёта термического сопротивления и коэффициента теплопередачи строительных элементов конструкции с использованием стандартизированных граничных условий и поверхностных сопротивлений.
Поэтому широко используемое значение Rse = 0,04 m²K/W — это нормативная справочная величина для стандартного расчёта, а не универсальный закон природы, остающийся точно таким же при любых реальных наружных условиях.
И именно здесь становится интересно для поверхностных покрытий.
Когда изменяются тепловые свойства наружной поверхности, это не просто дополнительный слой материала. Могут измениться и тепловые граничные условия поверхности относительно воздуха, излучения и солнечной радиации.
Поэтому решающий вопрос не только: «Насколько толстый слой?» Но и: «Как изменяется весь путь теплового потока?»