Soojusvahetus

1. Autori andmed ja kasutatud kirjandus

Käesoleva õppematerjali koostaja on Leena Paap, Tallinna Tehnikakõrgkooli ehitusteaduskonna lektor.

2. Sissejuhatus

Hoone soojavajadus kujuneb soojakadudest läbi piirete, ventilatsioonist ja tarbevee soojendamisest.

Hoone soojaisolatsiooniga (soojustusega) vähendatakse oluliselt soojakadusid ja lisatakse mugavusi. Tähtis on valida õige soojustus ja see ka õigesti paigaldada.

Käesolevas peatükis käsitletakse soojustuse paigaldamise põhimõtteid ning materjalide valikut mõjutavaid tegureid. Soojustus peab olema kuiv ja selles ei tohi olla sooja kandvaid õhuvoolusid.

Soe levib juhtivuse, kiirguse ja konvektsiooni teel. Soojaülekanne püüab alati temperatuurivahesid ühtlustada.

Selles peatükis käsitletakse soojaülekande ja tarindite soojajuhtivuse lihtsamaid arvutusmeetodeid, samuti tarindite pinnatemperatuuride ja tarindisiseste temperatuuride arvutust.

3. Soojusjuhtivus

Soojusjuhtivus (U, W/m²K)

Ehitusmaterjalide põhiliseks soojatehniliseks näitajaks on tema soojusjuhtivus, s.o materjali omadus lasta läbi soojust. Juhtivus on ainus sooja ülekandumise viis tahkes läbipaistmatus aines. See toimub aine molekulide liikumisenergia ülekandumise teel molekulilt molekulile.

Materjali soojajuhtivust iseloomustab tema sooja-erijuhtivus (λ, W/mK või W/m^oC ), s.o sooja hulk W-des, mis kandub läbi 1 m paksuse materjali kihi 1 m² suuruse pinna 1 tunni jooksul, kui tasapindade temperatuuride vahe on 1^o

Allikas: R.Reinpuu "Ehitusfüüsika"

Q=(ts-tv)·A·z·λ/d

Q – seina läbinud sooja hulk (W)

Δt – seina sise- ja välispinna temperatuuride vahe (^oC)

A – piirde pindala (m²)

z – aeg tundides

λ– materjali sooja-erijuhtivus W / m ^{. o}C

d – piirde paksus (m)

3.1. Konvektsioon

Konvektsiooni teel kandub soojus edasi liikuvate vedelike või gaaside osakestega. Tavaliselt esineb konvektiivne soojaülekanne tahke keha pinna ja teda vahetult puutuva (liikumises oleva) vedeliku või gaasilise keskkonna vahel. Soojaülekanne tahke keha pinna ja õhu vahel toimub järgneva valemi kohaselt

Q=αk·(tõ-tp)·A (W)

Q – soojavool (W)
aK – konvektiivne sooja-eriülekanne (W/m²°Ch)
tõ – õhu temperatuur (ºC)
tp – tahke keha pinnatemperatuur (ºC)
A – tahke keha pind (m²)

Soojaülekanne konvektsiooni teel on erinev piirde sise- ja välispinna juures. Piirde sisepinna juures on loomulik konvektsioon, mille kutsub esile ruumiõhu ja piirde sisepinna temperatuuride erinevus (Δt). Piirde välispinna juures on sundkonvektsioon, mille kutsub esile tuul. Arvutustes kasutatakse keskmisi tuulekiirusi, mida saadakse käsiraamatutest. Eestis on keskmine tuule kiirus (jaanuaris) 4,3^m/_s

3.2. Kiirgus

Soojakiirgus on elektromagnetkiirgus, mida iga keha emiteerib sõltuvalt temperatuurist, kuid olenemata keskkonna olukorrast, ja mis kokkupuutes teise kehaga osaliselt neeldub ja kannab sooja üle ühelt kehalt teisele.

Kiirguse teel kandub soojus materiaalselt kehalt õhku või õhuta ruumi, sõltumata õhu temperatuurist. Igal kehal on oma kindel soojakiirgus. Kui esineb kaks paralleelset pinda, mis asetsevad suhteliselt teineteise lähedal, siis kiirguse teel ülekantud soojavool sõltub kiirgavate pindade absoluutsest temperatuuridest.

Mida kõrgem keha temperatuur, seda suurem osa kiirgusenergiast kandub üle lühematel lainetel.

Allikas: O.Seppänen "Hoone sisekliima kujundamine"

Joonisel osa kiirgust neeldub, osa peegeldub ja osa läheb läbi.

4. Sooja ülekandumise viisid

Soe kandub alati kõrgema temperatuuriga kehalt madalama temperatuuriga kehale, püüdes temperatuure ühtlustada.

Ülekanne võib toimuda soojusjuhtivusena, konvektsioonina või kiirgusena.

Allikas:R.Reinpuu "Ehitusfüüsika"

Kõik need kolm moodust on olulised hoonete kütmisel, kuid soojajuhtivusel on siiski keskne koht ehitise soojavajaduse kujunemisel.

Soojakaod läbi piirete on soojajuhtivuse tagajärjeks.

5. Sooja-erjuhtivust mõjutavad tegurid.

Sooja-erijuhtivuse sõltuvus materjali poorsusest

Mida kergem (poorsem) on materjal, seda väiksem on tema sooja-erijuhtivus.

Põhilised ehitusmaterjalid on poorse struktuuriga, ning koosnevad kõvast ainest, mis moodustab materjali skeleti, ja õhust, mis täidab materjali vahel olevad poorid. Poorides oleva õhu sooja-erijuhtivus ( λ₂) sõltub pooride läbimõõdust. Poorse materjali sooja-erijuhtivuse (λ)väärtus on materjali ja õhu sooja-erijuhtivuse summa λ = λ _{1 +} λ₂ (W/m^oK).

Sooja-erijuhtivuse sõltuvus materjali niiskusest

Materjali niiskumisel sooja-erijuhtivus suureneb. Materjali niiskumisel tõrjub vesi kas osaliselt või täielikult õhu materjalide pooridest välja. Vee sooja-erijuhtivus on aga ligikaudu 20 korda suurem kui õhul. Vee külmumisel täituvad poorid jääga, mille sooja-erijuhtivus ületab 4 korda vee ja kuni 100 korda õhu sooja erijuhtivust.

Sooja-erijuhtivuse sõltuvus materjali temperatuurist

Ehitusmaterjalide sooja-erijuhtivus sõltub ka materjali keskmisest temperatuurist, milles toimub sooja vool. Temperatuuri tõusuga suureneb materjali sooja-erijuhtivus.

Soojusjuhtivusteguri sõltuvus isolatsiooni keskmisest temperatuurist
Toode	Soojusjuhtivustegur l(W/mK) isolatsiooni keskmisel temparatuuril			Toode	Soojusjuhtivustegur l(W/mK) isolatsiooni keskmisel temparatuuril
	10oC	50oC	100oC		10oC	50oC	100oC	300oC
KIM-AL	0,035	0,046	0,061	KK	0,030	0,035	0,042	0,093
KVM-I	0,035	0,046	0,061	KOK	0,032	0,037	0,044	0,090
KLS-I	0,035	0,045	0,055	KOVM-100	0,035	0,040	0,045	0,079
OL-E	0,035	0,045	0,050	SKOL-80	0,035	0,037	0,044	0,089
OL-SÄ	0,035	0,045	0,050	KLS	0,031	0,037	0,045	0,106
				VVM	0,032	0,038	0,045	0,093

Sooja-erijuhtivuse sõltuvus materjali keemilisest ja mineraalsest koostisest

Kristalse struktuuriga materjalide sooja-erijuhtivus on mitu korda suurem kui see on keemilise koostisega amorfse struktuuriga materjalidel.

6. Külmasillad välispiirdes

Külmasild tekib hoone välispiirde soojustuse kohaliku nõrgenemise tulemusena. Tavalised külmasillad on isolatsioonikihti läbivad või selle kihi paksust vähendavad talad, rõdude toetuselemendid, tellisseinte ankrud, betoonelementide tugisidemed jne.
Külmasildade kahjulikkus seisneb ühelt poolt soojavoolu suurenemises ja
teiselt poolt tarindi sisepinna temperatuuri alanemises. Külmasildade poolt tekitatud lisasoojakaod tuleb välispiirete soojapidavuse arvutustes arvesse võtta.

Külmasildade avastamiseks on hea kasutada termografeerimist.

Termograafeerimine on meetod pindade temperatuuride visualiseerimiseks. See võimaldab määrata konkreetse punkti temperatuuri kraadides kui ka suurema pinna temperatuurierinevused võrdleva üldpildina.

Kõige rohkem sooja läheb kaduma ehitise ebarahuldava kvaliteedi tõttu. Oma osa mängivad väikesed praod tuuletõkke ühenduskohtades ja muud ebatihedusd. Mõnikord ei ole ehitaja töö kuigi kvaliteetne ja tuul on leidnud endale tee eluruumidesse. Termograafiat saab kasutada edukalt soojalekete leidmiseks ja seega küttekulude vähendamiseks.


Autor:Leena Paap

Fassaadi termopilt

* näitab seinapinna temperatuuride ebaühtlust
* lubab välisseina pinnatemperatuuri põhjal anda hinnangu, kui palju erineb konkreetsete seinaosade soojusjuhtivus
* näitab seinal probleemseid kohti, kuhu on kogunenud niiskus (pildil tumeda laiguna)
* näitab konstruktsioonist tulenevaid külmasildu ja muid soojalekkekohti
* näitab aknaklaaside ja -raamide temperatuure ning lubab hinnata nende soojusjuhtivust

Siseruumi termopilt

* näitab külmade seinaosade paiknemist ning nendega seotud kondenseerumise ja hallituse tekkimise riski. Külmad seinaosad viitavad halvasti paigaldatud või märgunud soojustusele
* näitab selgepiirilisi külmasildu, mis on tekkinud konstruktsioonivigade või tehnopaigaldiste tõttu
* näitab akende ja aknapõskede temperatuuri ja lubab anda hinnangu nii akende kui nende paigalduse kvaliteedile
* näitab seinal probleemseid kohti, kuhu on kogunenud niiskus või kus on tekkinud veekahjustus
* näitab õhutiheda ehitamise puudumisest tulenevat külma õhu liikumist ruumis, sh akende ja nende paigalduse õhutihedust
* näitab küttekehade või päikesekiirguse mõju seinatemperatuuridele ja üldisele ruumimugavusele
* võimaldab leida seina- ja põrandasised veetorud ning ülekuumenenud elektrijuhtmed



Termografeerimise metoodikaga tutvumiseks kliki lingil Termograafia ja Õhupidavus

Vaadates ära mõlemad videod peaksid oskama vastata järgmistele küsimustele:

1. Milleks on termograafia vajalik?
2. Mis vahenditega ja kuidas hooneid termografeeritakse?
3. Kuidas toetab hoonete õhupidavuskatse termografeerimist?
4. Mis seadmetega tehakse õhupidavustesti?
5. Mida kontrollitakse õhupidavustestiga?