Διαφήμιση

www.kallergisbros.gr

1 Σεπ 2011

Θερμική Αγωγιμότητα Κουφώματος

Η ροή της θερμότητας
Η θερμική αγωγιμότητα ενός κουφώματος U, όπως έχουμε προαναφέρει και στο άρθρο Παράγοντες Καθορισμού Ποιότητας Κουφωμάτων, μας δίνει την ροή θερμότητας μέσα από αυτό, σε μονάδες W/m2K. Όσο η τιμή αυτή είναι πιο κοντά στο μηδέν τόσο καλύτερη απόδοση έχει το κούφωμα, αντίθετα όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή τόσο μεγαλύτερη ροή θερμότητας έχουμε, οπότε τόσο περισσότερη ενέργεια χάνουμε από το κούφωμα μας. Πριν προχωρήσουμε πρέπει να αναφέρουμε ότι πολλές φορές η θερμική αγωγιμότητα των κουφωμάτων αναφέρεται και ως θερμοπερατότητα. Επίσης κάποιες φορές μπορεί να συναντήσουμε το όρο θερμική αντίσταση R = 1/U που είναι το αντίστροφο της θερμικής αγωγιμότητας και έχει μονάδες m2K/W.
Η θερμική αγωγιμότητα ενός κουφώματος χωρίς εξωτερική σκιάση υπολογίσετε από την σχέση
σχέση 1
όπου:
Uw : Η θερμική αγωγιμότητα του κουφώματος. Μονάδες (W/m2K)
Uf : Η θερμική αγωγιμότητα του πλαισίου του κουφώματος. Μονάδες (W/m2K)
Af : Το συνολικό εμβαδόν του πλαισίου του κουφώματος. Μονάδες (m2)
Ug : Η θερμική αγωγιμότητα του υαλοπίνακα. Μονάδες (W/m2K)
Ag : Το συνολικό εμβαδόν του υαλοπίνακα. Μονάδες (m2)
Lg : Το συνολικό περιμετρικό μήκος του υαλοπίνακα. Μονάδες (m)
Ψg : Η γραμμική θερμική αγωγιμότητα του υαλοπίνακα. Μονάδες (W/mK)
Aw : Το συνολικό εμβαδόν του κουφώματος. Μονάδες (m2)

Ανοιγόμενο
Μονόφυλλο
Με βάση την παραπάνω σχέση για την περίπτωση ενός μονόφυλλου ανοιγόμενου με πλάτος 0.80m και ύψος 1.20m, έχουμε το εμβαδόν του κουφώματος Aw=0.960m2, το εμβαδόν του πλαισίου του κουφώματος Af=0.373m2 (γκρι περιοχή του κουφώματος, εξαρτάται από τις διατομές του υλικού κατασκευής), το εμβαδόν του υαλοπίνακα Ag=0.584m2 (γαλάζια περιοχή του κουφώματος Af=Aw – Ag). Το μήκος της περιμέτρου του υαλοπίνακα Lg=3.228m. Αυτές οι τιμές είναι εύκολο να μετρηθούν, οι λοιπές τιμές θα πρέπει να μας δοθούν και είναι αποτελέσματα εργαστηριακών μετρήσεων ή προκύπτουν μέσω ειδικών εξισώσεων εάν βέβαια ξέρουμε λεπτομέρειες για τα υλικά κατασκευής. Μπορούμε να λάβουμε τις τιμές για τα Uf, Ug, Ψg, από κατάλληλους πίνακες.

Αν υποθέσουμε ότι έχουμε Uf=2.5 W/m2K, Ug=1.6 W/m2K, Ψg=0.07 W/mK, τότε η σχέση 1 γίνεται


Προσοχή! H τιμή αυτή του Uw μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για αυτό τον τύπο κατασκευής και μόνο για τις παραπάνω διαστάσεις. Μάλλον θα ήταν προτιμότερο να δίνονταν η ροή θερμότητας Uw•Aw με μονάδες W/K.

Για να δούμε την αλλαγή του Uw σε σχέση με τις διαστάσεις του κουφώματος, αλλάζουμε το πλάτος σε 1.00m και το ύψος 2.20m, έτσι έχουμε Aw=2.200m2, Ag=1.441m2, Af=0.759m2 και Lg=5.428m. Τώρα ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας γίνεται Uw=2,08 W/m2K. H μείωση αυτή του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας οφείλετε στη αλλαγή αναλογίας μεταξύ πλαισίου και υαλοπίνακα, ενώ την προηγούμενη περίπτωση είχαμε 38,83% πλαίσιο και 61.17% υαλοπίνακα, τώρα έχουμε 34,50% πλαίσιο και 65.50% υαλοπίνακα, αυτό σε συνδυασμό με το ότι Ug < Uf, έχουμε ως αποτέλεσμα την μείωση αυτή.

Ανοιγόμενο
Δίφυλλο
Ας δούμε την περίπτωση μιας δίφυλλης κατασκευής με πλάτος 1.00m και ύψος 2.20m, έχουμε Aw=2.200m2, Ag=1.257m2, Af=0.947m2. Το μήκος της περιμέτρου του συνόλου των δυο υαλοπινάκων είναι Lg=10.114m. Ενώ ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας γίνεται Uw=2,31 W/m2K. Εδώ η αύξηση της τιμής του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας οφείλετε και πάλι στη αλλαγή αναλογίας μεταξύ πλαισίου 42,87% και υαλοπίνακα 57,13%, δηλαδή σε σχέση με την προηγούμενη περίπτωση αύξηση του εμβαδού του πλαίσιο και μείωση του εμβαδού του υαλοπίνακα.

Για να γίνει περισσότερο κατανοητό πως μεταβάλλεται η θερμική αγωγιμότητα σε σχέση με τις διαστάσεις ενός κουφώματος θα διατηρήσουμε σταθερά τα εξής χαρακτηριστικά.
Τύπος κουφώματος: Ανοιγόμενο Δίφυλλο.
Θερμική αγωγιμότητα πλαισίου: Uf=2.5
Θερμική αγωγιμότητα υαλοπίνακα: Ug=1.6
Η γραμμική θερμική αγωγιμότητα του υαλοπίνακα: Ψg=0.07
Αλλάζοντας τώρα, το πλάτος και το ύψος του κουφώματος, κατασκευάζουμε τον παρακάτω πίνακα τιμών.

Πλάτος
(m)
Ύψος
(m)
Af
(m2)
Ag
(m2)
Aw
(m2)
Lg
(m)
Uw
(W/m2K)
0,900
1,000
0,479
0,421
0,900
5,11
2,48
1,000
1,000
0,500
0,500
1,000
5,31
2,42
1,000
1,200
0,574
0,626
1,200
6,11
2,39
1,200
1,200
0,616
0,824
1,440
6,51
2,30
1,300
1,200
0,636
0,924
1,560
6,71
2,27
1,400
1,200
0,657
1,023
1,680
6,91
2,24
1,400
1,400
0,731
1,229
1,960
7,71
2,21
1,200
2,200
0,985
1,655
2,640
10,51
2,21
1,400
2,200
1,026
2,054
3,080
10,91
2,15
1,600
2,200
1,068
2,452
3,520
11,31
2,10

Με βάση τον πίνακα αυτό, δημιουργούμε το γράφημα που ακολουθεί.


Παρατηρώντας το γράφημα, αλλά και τον πίνακα τιμών (σκιασμένες γραμμές) βλέπουμε ότι μπορεί για κάποιες διαφορετικές διαστάσεις κουφώματος, να έχουμε ίδια τιμή θερμικής αγωγιμότητας, αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο λόγος Af/Ag και για τις δυο αυτές περιπτώσεις είναι ο ίδιος (τιμή 0,595 στην περίπτωση μας). Βέβαια η τιμές αυτές του Uw διαφοροποιούνται στο τρίτο δεκαδικό ψηφίο που εδώ δεν φαίνεται. Ο λόγος διαφοροποίησης είναι ότι στη σχέση 1 υπάρχει και ο όρος Lg•Ψg, που επηρεάζει το αποτέλεσμα, αλλά όπως καταλαβαίνουμε σε μικρότερο βαθμό.

Συνεχίζοντας θα μελετήσουμε πως μεταβάλλεται η θερμική αγωγιμότητα ενός κουφώματος αλλάζοντας μόνο το υλικό κατασκευής του πλαισίου και άρα μόνο την θερμική αγωγιμότητα του πλαισίου. Για την μελέτη μας θα θεωρήσουμε ένα μονόφυλλο ανοιγόμενο πλάτους 1.000m και ύψους 2.200m με συμβατικό διπλό υαλοπίνακα με Ug=2.8 W/m2K. Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του κουφώματος έχουν ως εξής: Af=0.759m2, Ag=1.441m2, Aw=2.200m2, Lg=5,428m.

Θερμική αγωγιμότητα πλαισίου από PVC: Uf (PVC) = 1.5 W/m2K
Θερμική αγωγιμότητα πλαισίου από Ξύλο: Uf (wood) = 1.7 W/m2K
Θερμική αγωγιμότητα θερμοδιακοπτόμενου πλαισίου αλουμινίου: Uf (al-th) = 2.5 W/m2K
Θερμική αγωγιμότητα πλαισίου από αλουμίνιο: Uf (al) = 7 W/m2K

Οι παραπάνω τιμές με την βοήθεια της σχέσης 1 μας δίνουν τον επόμενο πίνακα από τον οποίο έχουμε το διπλανό γράφημα.

Uf
Uw
7
4,42
2,5
2,87
1,7
2,59
1,5
2,52

Πρέπει να επισημανθεί ότι το Af που θεωρείται σταθερό, στην πραγματικότητα μεταβάλλεται εξαρτώμενο από το υλικό του πλαισίου (ο λόγος μεταβολής ξεφεύγει από τα όρια αυτής της μελέτης)
.


Τέλος θα δώσουμε ένα γράφημα με συνδυασμούς διάφορων υλικών πλαισίου και υαλοπινάκων για ένα μονόφυλλο ανοιγόμενο πλάτους 1.000m και ύψους 2.200m.


Αυτό που παρατηρούμε από το γράφημα αυτό είναι ότι η τιμή του Uw είναι αρκετά συνδεδεμένη με αυτή του Ug και αυτό γιατί το κούφωμα μας το Ag είναι σχεδόν διπλάσιο από το Af.

Όπως πιθανότατα θα έχετε παρατηρήσει η παραπάνω συζήτηση περιστρέφεται στις ανοιγόμενες κατασκευές. Για τα επάλληλα και τα συρόμενα κουφώματα τα πράγματα είναι πιο σύνθετα στους υπολογισμούς και δίνουν και χειρότερα αποτέλεσμα για το U.

Ως κατακλείδα παραθέτουμε ένα πίνακα με μερικές χρήσιμες θερμικές αγωγιμότητες.
Είδος
U
Παρατηρήσεις
Αλουμίνιο συμβατικό Profil 7 Η τιμή εξαρτάται από την γεωμετρία του profil
Αλουμίνιο θερμοδιακοπτόμενο Profil 2 ~ 4,5 Η τιμή εξαρτάται από την γεωμετρία του profil, αλλά και από το υλικό της θερμοδιακόπης.
Ξύλινο Profil 1,5 ~ 1,8 Η τιμή εξαρτάται από την γεωμετρία του profil
PVC Profil 1,3 ~ 1,7 Η τιμή εξαρτάται από την γεωμετρία του profil
Μόνος συμβατικός υαλοπίνακας 5mm 5,8

Μόνος συμβατικός υαλοπίνακας 6mm 5,7

Μόνος συμβατικός υαλοπίνακας 10mm 5,6

Διπλός συμβατικός υαλοπίνακας 2,5 ~ 3,4 Η τιμή εξαρτάται από πάχος των επιμέρους τζαμιών, από το διάκενο μεταξύ αυτών, αλλά και το αέριο πλήρωσης του διάκενου. Περισσότερες πληροφορίες Τύποι Υαλοπινάκων
Τριπλός συμβατικός υαλοπίνακας 1,7 ~ 2,0
Διπλός ενεργειακός υαλοπίνακας 1 ~ 2 Η τιμή εξαρτάται από πάχος και το είδος των επιμέρους τζαμιών, από το διάκενο μεταξύ αυτών, αλλά και το αέριο πλήρωσης του διάκενου.
Τριπλός ενεργειακός υαλοπίνακας 0,5 ~1,2
Panel με styrofoam 1,4

Γενικά οι παραπάνω τιμές του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας δεν παραμένουν σταθερές αλλά βαίνουν μειούμενες καθώς εξελίσσεται η τεχνολογία.

Σε επόμενο άρθρο, θα δούμε τι μας κοστίζουν αυτές οι απώλειες ενέργειας. Επίσης θα δούμε πως μεταβάλλεται ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας Uw σε ένα κούφωμα που έχει εξωτερική σκίαση.

6 σχόλια:

  1. Καλησπέρα!Θα ήθελα να σχολιάσω όσα αναφέρονται στη πρώτη παράγραφο του άρθρου σχετικά με τους συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας και θερμοπερατότητας.Το σχόλιο μου είναι το εξής:Έχει οριστεί λάθος η μονάδα της θερμικής αγωγιμότητας,διότι, ο όρος εξ ορισμου αναφέρεται σε μετάδοση θερμότητας διαμέσου ενός υλικού που έχει πάχος 1m.Άρα η μονάδα θα είναι: (W/mK.Η μονάδα που χρησιμοποιείται στο άρθρο βρίσκει εφαρμογή στον όρο της θερμοπερατότητας όπου εκεί πλέον μιλάμε για μετάδοση θερμότητας ανά μονάδα επιφάνειας καί ανάβαθμό κέλβιν (W/m2K).

    ΑπάντησηΔιαγραφή
    Απαντήσεις
    1. Παραθέτω link για το ίδιο ερώτημα. Επίσης, αναφορές από wiki για το R-value και το U-factor, όπως για την θερμική αγωγιμότητα ή για το συντελεστή μεταφοράς θερμότητας που τον θεωρώ πιο δόκιμη έκφραση από το θερμοπερατότητα, την οποία δεν θεωρώ τόσο εύστοχη. Γιατί να μην ορισθεί άραγε ως θερμό-διαπερατότητα;

      Διαγραφή
  2. Καλημέρα. Στον τελευταίο πίνακα, στην γραμμή που αναφέρεται ως "Τριπλός ενεργειακός υαλοπίνακας" σημαίνει ότι έχει τουλάχιστον 1ενεργειακό τζάμι και κάποιο ευγενές αέριο ; Ευχαριστώ.

    ΑπάντησηΔιαγραφή
    Απαντήσεις
    1. Ακριβώς τουλάχιστον 1 low-e (ενεργειακό). Πρέπει όμως να υπενθυμίσω ότι οι τιμές είναι ενδεικτικές και με την εξέλιξη της τεχνολογίες αυτές συνεχώς βελτιώνονται. Μη ξεχνάμε ότι το άρθρο γράφτηκε το Σεπτέμβριο του 2011.

      Διαγραφή
  3. καλησπερα, θα ηθελα να ρωτησω εαν γνωριζετε πως βρισκουμε το u μιας εξωτερικης πορτας απο ξυλο και απο μεταλλο ;;

    ΑπάντησηΔιαγραφή
    Απαντήσεις
    1. Θα κάνετε χρήση της σχέσης 1, θα βρείτε από πίνακες τα U για το τύπο του ξύλου που θέλετε καθώς και για το μέταλλο, θα μετρήσετε το εμβαδόν των επιφανειών, πιθανότατα το Ψ θα είναι μηδέν.

      Αν θέλετε κάτι σύνθετο καλό είναι να ανοίξετε ένα νήμα στο χώρο συζητήσεων, όπου μπορείτε να βάλετε φωτογραφίες και σχέδια.

      Διαγραφή

Παρακαλούμε τα σχόλια σας, να γράφονται με μικρούς Ελληνικούς χαρακτήρες και να παραμένουν σε κόσμιο ύφος.