Как рассчитать теплопроводность материала

Теплопроводность — что это такое?

Теплопроводность: определение, принцип определения и другие факторы

Теплопроводность является одним из важных свойств материала, которое позволяет инженерам выбирать правильный материал для конкретного применения.

Она определяет, насколько легко тепло может проходить через материал. Например, материал с высокой теплопроводностью, такой как медь, идеально подходит для радиатора, тогда как материал с низкой теплопроводностью, такой как керамика, идеален для теплоизоляции.

В этой статье будет рассмотрено понятие теплопроводности, как она работает, как рассчитывается, а также различные факторы, которые могут влиять на это свойство.

Что такое теплопроводность?

Теплопроводность можно определить как то, насколько легко материал может передавать тепло при наличии приложенного температурного градиента.

Теплопроводность материала часто определяется экспериментально. Он используется для характеристики теплопередачи материала при различных температурах.

Теплопроводность часто используется для описания того, является ли материал изолятором или проводником. В случае изолятора термин тепловое сопротивление часто используется для описания того, как материал сопротивляется потоку тепла.

Теплопроводность относится к способности материала передавать тепло по градиенту от высокой температуры к низкой температуре.

То, что мы воспринимаем как «тепло», когда прикасаемся к объекту, является макроскопическим эффектом вибраций атомного масштаба внутри материала.

Когда тепловая энергия поглощается материалом, эта энергия преобразуется в кинетическую энергию атомов. Атомы в твердых телах не могут много двигаться, поэтому они вибрируют.

Вибрирующие атомы, подвергающиеся непосредственному воздействию тепловой энергии, сталкиваются со своими соседями. Это передает кинетическую энергию соседям, которые затем возбуждают атомы еще ниже по потоку от источника тепла.

Колебания, вызванные тепловой энергией, перемещаются через материал в более холодные области, что-то вроде ряби, распространяющейся от гальки, ударяющейся о поверхность пруда.

Насколько важно знать значения теплопроводности?

Теплопроводность важна, потому что это мера того, насколько хорошо материал помогает (проводит) или сопротивляется (изолирует) потоку тепла.

На практике это позволяет инженерам выбирать подходящий материал для приложения. Например, в теплообменнике идеален хороший теплопроводник. Для футеровки печи идеально подойдет хороший изолятор.

Важность теплопроводности в 3D-печати?

Теплопроводность важна по ряду причин. Во-первых, станина 3D-принтера должна быть горячей, чтобы первый слой прилипал к ней.

Платформы для 3D-печати обычно изготавливаются из алюминиевой пластины с нагревательным элементом, прикрепленным к нижней стороне.

Алюминий является хорошим проводником тепла, поэтому нагретая алюминиевая платформа принтера будет равномерно передавать тепло по всей целевой области печати.

Во-вторых, теплопроводность внутри узла экструдера может привести к сбоям при печати из-за ползучести тепла. Наконец, важна теплопроводность, так как тепло в горячем конце должно передаваться от термистора к пластику, чтобы эффективно расплавить его.

Теплопроводность различных материалов а 3D-печати

В таблице 1 ниже перечислены теплопроводности ряда материалов для 3D-печати:

Насколько важна теплопроводность в лазерной резке?

Теплопроводность при лазерной резке важна по ряду причин. Во-первых, материалам с высокой теплопроводностью требуется больше энергии, чтобы лазер мог их прорезать.

По этой причине такие материалы, как алюминий или медь, труднее резать. Во-вторых, материалы с низкой теплопроводностью будут локализовать тепло вблизи кромки реза.

Неравномерный нагрев может привести к остаточным напряжениям, которые могут вызвать коробление или растрескивание материала после остывания.

Насколько важна теплопроводность при литье пластмасс под давлением?

Теплопроводность важна при литье пластмасс под давлением для производства качественных литьевых деталей.

Важно, чтобы форма поддерживалась при оптимальной температуре во время формования и быстро охлаждалась после формования, чтобы сократить время цикла.

Формы с высокой теплопроводностью обеспечивают быстрый нагрев и быстрое охлаждение для обеспечения оптимального качества и минимального времени цикла.

Формула теплопроводности

Теплопроводность можно рассчитать, используя упрощенную форму закона Фурье для теплопередачи. Важно отметить несколько допущений, используемых при использовании этого уравнения:

1. Устойчивое состояние: теплопередачу можно классифицировать как «устойчивое состояние», если температура на горячей стороне не меняется.
2. Одномерная теплопередача: тепло передается только в одном направлении.
3. Постоянная теплопроводность: значение теплопроводности материала будет меняться в зависимости от температуры. Как правило, теплопроводность увеличивается с повышением температуры.

Уравнение 1: Одномерный установившийся теплообмен

k: теплопроводность

В: Тепловой поток

A: площадь поперечного сечения

ΔT: разница температур (T1-T2) между горячей стороной (T1) и холодной стороной (T2) материала.

d: это относится к длине куска материала

Уравнение можно изменить таким образом, чтобы значение теплопроводности находилось в левой части уравнения в соответствии с уравнением 2:

Уравнение 2: Математическая формула для теплопроводности

Следует отметить, что это неэффективный метод определения теплопроводности материала.

Теплопроводность обычно определяется экспериментально в контролируемых условиях в соответствии с международно признанным стандартным методом.

Большинство спецификаций материалов указывают теплопроводность при определенной температуре или в диапазоне температур.

Символ теплопроводности

Теплопроводность чаще всего обозначается буквой k. Однако его также можно представить греческими буквами каппа (κ) и лямбда (λ).

Единица измерения теплопроводности

Единицей теплопроводности в СИ (Международная система единиц) является Вт/м·К, где:

Вт: Вт

м: метры

К: Кельвины

В английских единицах теплопроводность выражается в БТЕ/(час·фут·°F), где:

BTU: британские тепловые единицы

час: Часы

футов: футы

°F: градусы Фаренгейта

Как рассчитать теплопроводность материала?

Расчет теплопроводности материала не является общепринятой практикой.

Вместо этого теплопроводность в основном определяется в ходе экспериментального процесса, который определяет значение в контролируемых условиях в диапазоне различных температур.

Как только теплопроводность известна, ее можно использовать для расчета теплового потока, как показано в формуле в уравнении 1.

Примеры расчета теплопроводности

Теплопроводность не рассчитывается, а определяется экспериментальным путем.

Однако, чтобы проиллюстрировать влияние теплопроводности материала на величину теплового потока, ниже представлены три примера с использованием экспериментально определенных коэффициентов теплопроводности обычных материалов.

Предполагается, что пластина имеет толщину 1 м, длину и ширину 1 м, а Т1 равна 250 °С, а Т2 равна 25 °С.

Примеры расчета теплопроводности для обычных материалов.

Какие факторы влияют на теплопроводность материалов?

Ниже перечислены некоторые факторы, которые могут повлиять на теплопроводность материала:

1. Температура

У проводящих материалов, таких как металл, теплопроводность обычно уменьшается с повышением температуры. По мере того как металл нагревается, атомы и фононы начинают вибрировать более энергично.

Это уменьшит длину свободного пробега свободных электронов за счет механизма, называемого рассеянием электронов на фононах.

Для неметаллов взаимосвязь между температурой и теплопроводностью более сложная, и повышение температуры может как увеличивать, так и уменьшать теплопроводность.

2. Плотность

Более высокая плотность материала обычно может быть связана с более высокой плотностью упаковки атомов в кристаллической решетке или молекулярной структуре материала.

Эта более высокая плотность упаковки повысит теплопроводность за счет повышения эффективности теплопередачи через фононы или свободные электроны.

3. Давление

Когда материал подвергается воздействию достаточно высокого давления, существует вероятность увеличения его плотности. Это может привести к увеличению теплопроводности из-за более плотной упаковки атомов или молекул.

Другим потенциальным эффектом давления является изменение фазы материала, т.е. из твердого состояния в жидкое. Этот фазовый переход может повлиять на теплопроводность материала.

4. Состав

Типы атомов, молекул или ионов в материале могут влиять на его теплопроводность. Например, металлы, как правило, обладают высокой теплопроводностью, потому что их электроны могут свободно двигаться и легко передавать тепло.

Однако неметаллические материалы, такие как полимеры или керамика, как правило, имеют более низкую теплопроводность из-за их более жесткой и менее подвижной молекулярной структуры.

5. Структура

Решетчатая структура материала может влиять на его теплопроводность, потому что некоторые структуры более эффективны при передаче тепла, чем другие.

Например, материалы с более крупными кристаллами могут более эффективно передавать тепло, так как в них меньше границ зерен, которые могут препятствовать потоку свободных электронов.

В дополнение к этому, форма кристаллической структуры может иметь влияние, например, ГЦК (гранецентрированные кубические) структуры, подобные тем, которые обнаружены в меди, имеют лучшую теплопроводность, чем ОЦК (объемноцентрированные кубические) структуры, подобные тем, которые встречаются в железе. .

6. Пористость

Пористость относится к наличию пустот или газовых карманов в структуре материала. Эти пустоты могут быть естественным явлением, преднамеренно добавленными или из-за плохих методов обработки.

Теплопроводность через эти газовые карманы значительно снижается по сравнению с основным материалом. Это снижает общую теплопроводность материала.

7. Примеси

Примеси внутри материала могут влиять на теплопроводность посредством механизма, называемого рассеянием электронов на примесях.

Примеси могут создавать локальные аномалии электрического потенциала внутри кристаллической решетки. Это может препятствовать или отклонять движение свободных электронов, тем самым уменьшая теплопроводность материала.

Каковы преимущества теплопроводности?

Как материалы с очень высокой теплопроводностью, так и материалы с очень низкой теплопроводностью могут обеспечить преимущества для приложения, в зависимости от того, является ли более важной характеристикой теплопередача или сохранение тепла. Преимущества использования отличных проводников и изоляторов перечислены ниже:

1. Проводники: материалы с высокой теплопроводностью могут эффективно передавать тепло от источника тепла к радиатору, поддерживая охлаждение оборудования. В качестве альтернативы проводники могут передавать тепло от источника тепла к более холодной жидкости, чтобы нагреть ее, а также обеспечить равномерную передачу тепла для предотвращения деформации.
2. Изоляторы: материалы с низкой теплопроводностью могут препятствовать передаче тепла от источника тепла. Это может повысить эффективность печи, например, поскольку она удерживает тепло внутри там, где оно необходимо. Другим примером может быть предотвращение попадания тепла в чувствительную к температуре среду, например внутрь космического корабля, во время входа в атмосферу.

Недостатки в определении теплопроводности

Ниже перечислены некоторые ограничения измерений теплопроводности:

1. Неточность: теплопроводность материалов зависит от температуры. По этой причине расчеты, основанные на теплопроводности, измеренной в определенном наборе условий, могут быть неточными при использовании для оценки теплопередачи в других условиях.
2. В первую очередь на основе проводимости: теплопроводность обычно охватывает только передачу тепла посредством проводимости и не касается конвекции или теплопередачи излучением.

Примеры теплопроводности различных материалов

В таблице 2 ниже перечислены теплопроводности ряда распространенных материалов:

Что такое теплопроводность и термическое сопротивление

Последние годы при строительстве дома или его ремонте большое внимание уделяется энергоэффективности. При уже существующих ценах на топливо это очень актуально. Причем похоже что дальше экономия будет приобретать все большую важность. Чтобы правильно подобрать состав и толщин материалов в пироге ограждающих конструкций (стены, пол, потолок, кровля) необходимо знать теплопроводность строительных материалов. Эта характеристика указывается на упаковках с материалами, а необходима она еще на стадии проектирования. Ведь надо решить из какого материала строить стены, чем их утеплять, какой толщины должен быть каждый слой.

Что такое теплопроводность и термическое сопротивление

При выборе строительных материалов для строительства необходимо обращать внимание на характеристики материалов. Одна из ключевых позиций — теплопроводность. Она отображается коэффициентом теплопроводности. Это количество тепла, которое может провести тот или иной материал за единицу времени. То есть, чем меньше этот коэффициент, тем хуже материал проводит тепло. И наоборот, чем выше цифра, тем тепло отводится лучше.

Диаграмма, которая иллюстрирует разницу в теплопроводности материалов

Материалы с низкой теплопроводностью используются для утепления, с высокой — для переноса или отвода тепла. Например, радиаторы делают из алюминия, меди или стали, так как они хорошо передают тепло, то есть имеют высокий коэффициент теплопроводности. Для утепления используются материалы с низким коэффициентом теплопроводности — они лучше сохраняют тепло. В случае если объект состоит из нескольких слоев материала, его теплопроводность определяется как сумма коэффициентов всех материалов. При расчетах, рассчитывается теплопроводность каждой из составляющих «пирога», найденные величины суммируются. В общем получаем теплоизоляцонную способность ограждающей конструкции (стен, пола, потолка).

Теплопроводность строительных материалов показывает количество тепла, которое он пропускает за единицу времени

Есть еще такое понятие как тепловое сопротивление. Оно отображает способность материала препятствовать прохождению по нему тепла. То есть, это обратная величина по отношению к теплопроводности. И, если вы видите материал с высоким тепловым сопротивлением, его можно использовать для теплоизоляции. Примером теплоизоляционных материалов может случить популярная минеральная или базальтовая вата, пенопласт и т.д. Материалы с низким тепловых сопротивлением нужны для отведения или переноса тепла. Например, алюминиевые или стальные радиаторы используют для отопления, так как они хорошо отдают тепло.

Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

Чтобы в доме было проще сохранять тепло зимой и прохладу летом, теплопроводность стен, пола и кровли должна быть не менее определенной цифры, которая рассчитывается для каждого региона. Состав «пирога» стен, пола и потолка, толщина материалов берутся с таким учетом чтобы суммарная цифра была не меньше (а лучше — хоть немного больше) рекомендованной для вашего региона.

Коэффициент теплопередачи материалов современных строительных материалов для ограждающих конструкций

При выборе материалов надо учесть, что некоторые из них (не все) в условиях повышенной влажности проводят тепло гораздо лучше. Если при эксплуатации возможно возникновение такой ситуации на продолжительный срок, в расчетах используют теплопроводность для этого состояния. Коэффициенты теплопроводности основных материалов, которые используются для утепления, приведены в таблице.

Коэффициент теплопроводности материалов таблица, формулы

1 Коэффициент теплопроводности Лямбда. Что это такое?

Коэффициент λ (лямбда) — это, пожалуй, наиболее важный параметр всех теплоизоляционных материалов. Его значение указывает на то, сколько тепла материал может пропускать через себя. То есть его показатель теплопроводности.

Чем ниже значение коэффициента λ (лямбда), тем меньше проводимость материала и, следовательно, он лучше изолирован от тепловых потерь. Это означает, что при одинаковых условиях больше тепла будет проходить через вещество с большей теплопроводностью.

Как же высчитывается этот коэффициент? Согласно второму закону термодинамики, тепло всегда уходит в область более низкой температуры. Для тела в форме теплопроводного кубоида в стационарных условиях количество передаваемого тепла зависит от вещества, пропорционально поперечному сечению тела, разности температур и времени теплопередачи.

Таким образом формула расчет будет выглядеть так:

• λ (лямбда) — коэффициент теплопроводности;
• ΔQ — количество тепла, протекающего через тело;
• t — время;
• L — длина тела;
• S — площадь поперечного сечения корпуса;
• ΔT — разность температур в направлении теплопроводности;
• d — толщина перегородки.

За единицу измерения теплопроводности принимается система СИ — [Вт / (м · К)]. Она выражает количество теплового потока через единицу поверхности материала заданной толщины, если разница температур между двумя его сторонами составляет 1 Кельвин. Измеряют все эти показатели в специальных строительных лабораториях.

2 Зачем нужна теплоизоляция?

Актуальность теплоизоляции заключается в следующем:

• Сохранение тепла в зимний период и прохлады в летний период.

Потери тепла сквозь стены обычного многоэтажного жилого дома составляют 30-40%. Для снижения теплопотерь нужны специальные теплоизоляционные материалы. Применение в зимний период электрических обогревателей способствует дополнительному расходу на электроэнергию. Эти расходы выгодней компенсировать использованием качественного теплоизоляционного материала, обеспечивающего сохранение тепла в зимний период и прохладу в летнюю жару. При этом затраты на охлаждение помещения кондиционером также будут сведены к минимуму.

• Увеличение долговечности конструкций здания.

В случае промышленных зданий с использованием металлического каркаса, утеплитель позволяет защитить поверхность металла от коррозии, являющейся самым пагубным дефектом для данного вида конструкций. А срок службы для здания из кирпича определяется количеством циклов замораживания/оттаивания. Воздействие этих циклов воспринимает утеплитель, ведь точка росы при этом находится в теплоизоляционном материале, а не материале стены.
Такое утепление позволяет увеличить срок службы здания во много раз.

• Шумоизоляция.

Защита от возрастающего уровня шума достигается при использовании таких шумопоглощающих материалов (толстые матрасы, звукоотражающие стеновые панели).

• Увеличение полезной площади зданий.

Использование системы теплоизоляции позволяет уменьшить толщину наружных стен, при этом увеличивая внутреннюю площадь здания.

3 Как правильно выбрать утеплитель?

При выборе утеплителя нужно обращать внимание на: ценовую доступность, сферу применения, мнение экспертов и технические характеристики, являющиеся самым важным критерием

4 Как рассчитать теплопроводность по закону Фурье

В заданном тепловом режиме плотность потока при передаче тепла прямо пропорциональна вектору максимального увеличения температуры, параметры которой изменяются от одного участка к другим, и по модулю с одинаковой скоростью увеличения температуры по направлению вектора:

q → = − ϰ х grad х (T), где:

• q → – направление плотности предмета, передающего тепло, или объем теплового потока, который протекает по участку за заданную временную единицу через определенную площадь, перпендикулярный всем осям;
• ϰ – удельный коэффициент теплопроводности материала;
• T – температура материала.
  Перенос тепла в неравновесной термодинамической системе

Знак «-» в формуле перед «ϰ» указывает, что тепло движется в противоположном направлении от вектора grad х (T)/ – в направлении уменьшения температуры предмета. Эта формула отражает закон Фурье. В интегральном выражении коэффициент теплопередачи согласно закону Фурье будет выглядеть как формула:

• P = − ϰ х S х ΔT / l, выражается в (Вт/(м•К) х (м2•К) / м = Вт/(м•К) х (м•К) = Вт), где:
• P ­– общая мощность потерь теплоотдачи;
• S – сечение предмета;
• ΔT – разница температуры по стыкам сторон предмета;
• l – расстояние между стыками сторон предмета – длина фигуры.

Связь коэффициента теплопроводимости с электропроводностью материалов

5 Электропроводность и коэффициент теплопередачи

Собственно, коэффициент теплопроводности металлов «ϰ» связан с их удельной электропроводимостью «σ» согласно закону Видемана-Франца, в соответствии с которым коэффициент теплопроводности металлов зависит от удельной электропроводимости прямо пропорционально температуре:

Κ / σ = π2 / 3 х (К / e) 2 х T, где:

• К – постоянный коэффициент Больцмана, устанавливающий закономерность между тепловой энергией тела и его температурой;
• e – заряд электрона;
• T – термодинамическая температура предмета.

6 Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

Чтобы в доме было проще сохранять тепло зимой и прохладу летом, теплопроводность стен, пола и кровли должна быть не менее определенной цифры, которая рассчитывается для каждого региона. Состав «пирога» стен, пола и потолка, толщина материалов берутся с таким учетом чтобы суммарная цифра была не меньше (а лучше — хоть немного больше) рекомендованной для вашего региона.

Коэффициент теплопередачи материалов современных строительных материалов для ограждающих конструкций

При выборе материалов надо учесть, что некоторые из них (не все) в условиях повышенной влажности проводят тепло гораздо лучше. Если при эксплуатации возможно возникновение такой ситуации на продолжительный срок, в расчетах используют теплопроводность для этого состояния. Коэффициенты теплопроводности основных материалов, которые используются для утепления, приведены в таблице.

Наименование материалаКоэффициент теплопроводности Вт/(м·°C)

В сухом состоянии	При нормальной влажности	При повышенной влажности
Войлок шерстяной	0,036-0,041	0,038-0,044	0,044-0,050
Каменная минеральная вата 25-50 кг/м3	0,036	0,042	0,,045
Каменная минеральная вата 40-60 кг/м3	0,035	0,041	0,044
Каменная минеральная вата 80-125 кг/м3	0,036	0,042	0,045
Каменная минеральная вата 140-175 кг/м3	0,037	0,043	0,0456
Каменная минеральная вата 180 кг/м3	0,038	0,045	0,048
Стекловата 15 кг/м3	0,046	0,049	0,055
Стекловата 17 кг/м3	0,044	0,047	0,053
Стекловата 20 кг/м3	0,04	0,043	0,048
Стекловата 30 кг/м3	0,04	0,042	0,046
Стекловата 35 кг/м3	0,039	0,041	0,046
Стекловата 45 кг/м3	0,039	0,041	0,045
Стекловата 60 кг/м3	0,038	0,040	0,045
Стекловата 75 кг/м3	0,04	0,042	0,047
Стекловата 85 кг/м3	0,044	0,046	0,050
Пенополистирол (пенопласт, ППС)	0,036-0,041	0,038-0,044	0,044-0,050
Экструдированный пенополистирол (ЭППС, XPS)	0,029	0,030	0,031
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 600 кг/м3	0,14	0,22	0,26
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 400 кг/м3	0,11	0,14	0,15
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 600 кг/м3	0,15	0,28	0,34
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 400 кг/м3	0,13	0,22	0,28
Пеностекло, крошка, 100 — 150 кг/м3	0,043-0,06
Пеностекло, крошка, 151 — 200 кг/м3	0,06-0,063
Пеностекло, крошка, 201 — 250 кг/м3	0,066-0,073
Пеностекло, крошка, 251 — 400 кг/м3	0,085-0,1
Пеноблок 100 — 120 кг/м3	0,043-0,045
Пеноблок 121- 170 кг/м3	0,05-0,062
Пеноблок 171 — 220 кг/м3	0,057-0,063
Пеноблок 221 — 270 кг/м3	0,073
Эковата	0,037-0,042
Пенополиуретан (ППУ) 40 кг/м3	0,029	0,031	0,05
Пенополиуретан (ППУ) 60 кг/м3	0,035	0,036	0,041
Пенополиуретан (ППУ) 80 кг/м3	0,041	0,042	0,04
Пенополиэтилен сшитый	0,031-0,038
Вакуум	0
Воздух +27°C. 1 атм	0,026
Ксенон	0,0057
Аргон	0,0177
Аэрогель (Aspen aerogels)	0,014-0,021
Шлаковата	0,05
Вермикулит	0,064-0,074
Вспененный каучук	0,033
Пробка листы 220 кг/м3	0,035
Пробка листы 260 кг/м3	0,05
Базальтовые маты, холсты	0,03-0,04
Пакля	0,05
Перлит, 200 кг/м3	0,05
Перлит вспученный, 100 кг/м3	0,06
Плиты льняные изоляционные, 250 кг/м3	0,054
Полистиролбетон, 150-500 кг/м3	0,052-0,145
Пробка гранулированная, 45 кг/м3	0,038
Пробка минеральная на битумной основе, 270-350 кг/м3	0,076-0,096
Пробковое покрытие для пола, 540 кг/м3	0,078
Пробка техническая, 50 кг/м3	0,037

Часть информации взята нормативов, которые прописывают характеристики определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП 50.13330.2012, СНиП II-3-79* (приложение 2)). Те материал, которые не прописаны в стандартах, найдены на сайтах производителей. Так как стандартов нет, у разных производителей они могут значительно отличаться, потому при покупке обращайте внимание на характеристики каждого покупаемого материала.

7 Таблица теплопроводности строительных материалов

Стены, перекрытия, пол, делать можно из разных материалов, но так повелось, что теплопроводность строительных материалов обычно сравнивают с кирпичной кладкой. Этот материал знаю все, с ним проще проводить ассоциации. Наиболее популярны диаграммы, на которых наглядно продемонстрирована разница между различными материалами. Одна такая картинка есть в предыдущем пункте, вторая — сравнение кирпичной стены и стены из бревен — приведена ниже. Именно потому для стен из кирпича и другого материала с высокой теплопроводностью выбирают теплоизоляционные материалы. Чтобы было проще подбирать, теплопроводность основных строительных материалов сведена в таблицу.

Сравнивают самые разные материалы

Название материала, плотность Коэффициент теплопроводности

в сухом состоянии	при нормальной влажности	при повышенной влажности
ЦПР (цементно-песчаный раствор)	0,58	0,76	0,93
Известково-песчаный раствор	0,47	0,7	0,81
Гипсовая штукатурка	0,25
Пенобетон, газобетон на цементе, 600 кг/м3	0,14	0,22	0,26
Пенобетон, газобетон на цементе, 800 кг/м3	0,21	0,33	0,37
Пенобетон, газобетон на цементе, 1000 кг/м3	0,29	0,38	0,43
Пенобетон, газобетон на извести, 600 кг/м3	0,15	0,28	0,34
Пенобетон, газобетон на извести, 800 кг/м3	0,23	0,39	0,45
Пенобетон, газобетон на извести, 1000 кг/м3	0,31	0,48	0,55
Оконное стекло	0,76
Арболит	0,07-0,17
Бетон с природным щебнем, 2400 кг/м3	1,51
Легкий бетон с природной пемзой, 500-1200 кг/м3	0,15-0,44
Бетон на гранулированных шлаках, 1200—1800 кг/м3	0,35-0,58
Бетон на котельном шлаке, 1400 кг/м3	0,56
Бетон на каменном щебне, 2200—2500 кг/м3	0,9-1,5
Бетон на топливном шлаке, 1000—1800 кг/м3	0,3-0,7
Керамическийй блок поризованный	0,2
Вермикулитобетон, 300-800 кг/м3	0,08-0,21
Керамзитобетон, 500 кг/м3	0,14
Керамзитобетон, 600 кг/м3	0,16
Керамзитобетон, 800 кг/м3	0,21
Керамзитобетон, 1000 кг/м3	0,27
Керамзитобетон, 1200 кг/м3	0,36
Керамзитобетон, 1400 кг/м3	0,47
Керамзитобетон, 1600 кг/м3	0,58
Керамзитобетон, 1800 кг/м3	0,66
ладка из керамического полнотелого кирпича на ЦПР	0,56	0,7	0,81
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1000 кг/м3)	0,35	0,47	0,52
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1300 кг/м3)	0,41	0,52	0,58
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1400 кг/м3)	0,47	0,58	0,64
Кладка из полнотелого силикатного кирпича на ЦПР, 1000 кг/м3)	0,7	0,76	0,87
Кладка из пустотелого силикатного кирпича на ЦПР, 11 пустот	0,64	0,7	0,81
Кладка из пустотелого силикатного кирпича на ЦПР, 14 пустот	0,52	0,64	0,76
Известняк 1400 кг/м3	0,49	0,56	0,58
Известняк 1+600 кг/м3	0,58	0,73	0,81
Известняк 1800 кг/м3	0,7	0,93	1,05
Известняк 2000 кг/м3	0,93	1,16	1,28
Песок строительный, 1600 кг/м3	0,35
Гранит	3,49
Мрамор	2,91
Керамзит, гравий, 250 кг/м3	0,1	0,11	0,12
Керамзит, гравий, 300 кг/м3	0,108	0,12	0,13
Керамзит, гравий, 350 кг/м3	0,115-0,12	0,125	0,14
Керамзит, гравий, 400 кг/м3	0,12	0,13	0,145
Керамзит, гравий, 450 кг/м3	0,13	0,14	0,155
Керамзит, гравий, 500 кг/м3	0,14	0,15	0,165
Керамзит, гравий, 600 кг/м3	0,14	0,17	0,19
Керамзит, гравий, 800 кг/м3	0,18
Гипсовые плиты, 1100 кг/м3	0,35	0,50	0,56
Гипсовые плиты, 1350 кг/м3	0,23	0,35	0,41
Глина, 1600—2900 кг/м3	0,7-0,9
Глина огнеупорная, 1800 кг/м3	1,4
Керамзит, 200-800 кг/м3	0,1-0,18
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией, 800-1200 кг/м3	0,23-0,41
Керамзитобетон, 500-1800 кг/м3	0,16-0,66
Керамзитобетон на перлитовом песке, 800-1000 кг/м3	0,22-0,28
Кирпич клинкерный, 1800 — 2000 кг/м3	0,8-0,16
Кирпич облицовочный керамический, 1800 кг/м3	0,93
Бутовая кладка средней плотности, 2000 кг/м3	1,35
Листы гипсокартона, 800 кг/м3	0,15	0,19	0,21
Листы гипсокартона, 1050 кг/м3	0,15	0,34	0,36
Фанера клеенная	0,12	0,15	0,18
ДВП, ДСП, 200 кг/м3	0,06	0,07	0,08
ДВП, ДСП, 400 кг/м3	0,08	0,11	0,13
ДВП, ДСП, 600 кг/м3	0,11	0,13	0,16
ДВП, ДСП, 800 кг/м3	0,13	0,19	0,23
ДВП, ДСП, 1000 кг/м3	0,15	0,23	0,29
Линолеум ПВХ на теплоизолирующей основе, 1600 кг/м3	0,33
Линолеум ПВХ на теплоизолирующей основе, 1800 кг/м3	0,38
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1400 кг/м3	0,2	0,29	0,29
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1600 кг/м3	0,29	0,35	0,35
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1800 кг/м3	0,35
Листы асбоцементные плоские, 1600—1800 кг/м3	0,23-0,35
Ковровое покрытие, 630 кг/м3	0,2
Поликарбонат (листы), 1200 кг/м3	0,16
Полистиролбетон, 200-500 кг/м3	0,075-0,085
Ракушечник, 1000—1800 кг/м3	0,27-0,63
Стеклопластик, 1800 кг/м3	0,23
Черепица бетонная, 2100 кг/м3	1,1
Черепица керамическая, 1900 кг/м3	0,85
Черепица ПВХ, 2000 кг/м3	0,85
Известковая штукатурка, 1600 кг/м3	0,7
Штукатурка цементно-песчаная, 1800 кг/м3	1,2

Древесина — один из строительных материалов с относительно невысокой теплопроводностью. В таблице даны ориентировочные данные по разным породам. При покупке обязательно смотрите плотность и коэффициент теплопроводности. Далеко не у всех они такие, как прописаны в нормативных документах.

НаименованиеКоэффициент теплопроводности

В сухом состоянии	При нормальной влажности	При повышенной влажности
Сосна, ель поперек волокон	0,09	0,14	0,18
Сосна, ель вдоль волокон	0,18	0,29	0,35
Дуб вдоль волокон	0,23	0,35	0,41
Дуб поперек волокон	0,10	0,18	0,23
Пробковое дерево	0,035
Береза	0,15
Кедр	0,095
Каучук натуральный	0,18
Клен	0,19
Липа (15% влажности)	0,15
Лиственница	0,13
Опилки	0,07-0,093
Пакля	0,05
Паркет дубовый	0,42
Паркет штучный	0,23
Паркет щитовой	0,17
Пихта	0,1-0,26
Тополь	0,17

Металлы очень хорошо проводят тепло. Именно они часто являются мостиком холода в конструкции. И это тоже надо учитывать, исключать прямой контакт используя теплоизолирующие прослойки и прокладки, которые называются термическим разрывом. Теплопроводность металлов сведена в другую таблицу.

НазваниеКоэффициент теплопроводности НазваниеКоэффициент теплопроводности

Бронза	22-105	Алюминий	202-236
Медь	282-390	Латунь	97-111
Серебро	429	Железо	92
Олово	67	Сталь	47
Золото	318

8 Понятие теплопроводности

Теплопроводность – это такое физическое свойство материала, при которой тепловая энергия внутри тела переходит от самой горячей его части к более холодной. Значение показателя теплопроводности показывает степень потери тепла жилыми помещениями. Зависит от следующих факторов:

• плотности предмета: возрастает с её увеличением;
• структуры: к примеру, дерево с поперечными волокнами отличается большим термическим сопротивлением, чем с продольными;
• пористости: чем выше значение, тем меньше средняя плотность;
• характера пустот и пор: материалы с сообщающимися порами имеют большую теплопроводность, с закрытыми мелкозернистыми порами – меньшую;
• влажности: сухие предметы менее теплопроводны;
• температуры – теплообмен уменьшается с её увеличением;
• давления – показатель увеличивается с ростом давления.

Количественно оценить свойство предметов пропускать тепловую энергию можно посредством коэффициента теплопроводности

Очень важно сделать грамотный выбор строительных материалов, утеплителя для достижения наибольшего сопротивления теплопередачи. Просчёты или неразумная экономия в будущем могут привести к ухудшению микроклимата в помещении, сырости в здании, мокрым стенам, душным комнатам

А главное – к большим расходам на отопление.

Для сравнения ниже представлена и веществ.

Материалы и вещества	алюминий	сталь	сталь нержавеющая	бетон	воздух	вода	ДСП	рубероид	картон	резина	полиэтилен	стекло
Коэффициент теплопроводности	221	58	17,5	1,5	0,02	0,6	0,15	0,17	0,18	0,04	0,3	0,7

Самые высокие значения имеют металлы, низкие – теплоизоляционные предметы.

9 Примеры решения задач

Средняя длина свободного пробега молекулы может быть найдена при и известных макропараметрах, характеризующих газ (p, V, T) как:

Среднюю скорость теплового движения молекул примем равной:

Плотность газа найдем, используя уравнение Менделеева — Клайперона:

Используя формулы (1.4) и (1.5), получим:

Теплоемкость газа () при постоянном объеме равна:

где число степеней свободы молекулы воздуха будем считать равным 5. Используя выражения (1.2), (1.3), (1.6) и (1.7) подставляя в формулу (1.1) получаем:

Мы получили функцию зависимости коэффициента теплопроводности для газа вида:

Изобразим ее на графике (рис.1).

Коэффициент диффузии имеет выражение:

Из формул (2.1) и (2.2) видно, что:

Теплоемкость газа в изохорном процессе равна

Найдем плотность газа, зная, что

Учитывая формулы (2.4) и (2.5) окончательно получаем для коэффициента диффузии:

где — постоянная Больцмана ().

10 Основные характеристики утеплителей

Предоставим для начала характеристики наиболее популярных теплоизоляционных материалов, на которые в первую очередь стоит обратить свое внимание при выборе. Сравнение утеплителей по теплопроводности следует производить только на основе назначения материалов и условий в помещении (влажность, наличие открытого огня и т.д.). Мы расположили далее в порядке значимости основные характеристики утеплителей

Мы расположили далее в порядке значимости основные характеристики утеплителей.

Сравнение строительных материалов

Теплопроводность. Чем ниже данный показатель, тем меньше требуется слой теплоизоляции, а значит, сократятся и расходы на утепление.

Влагопроницаемость. Меньшая проницаемость материала парами влаги снижает при эксплуатации негативное воздействие на утеплитель.

Пожаробезопасность. Теплоизоляция не должна гореть и выделять ядовитые газы, особенно при утеплении котельной или печной трубы.

Долговечность. Чем больше срок эксплуатации, тем дешевле он вам обойдется при эксплуатации, так как не потребует частой замены.

Экологичность. Материал должен быть безопасным для человека и окружающей природы.

11 Необходимость расчетов

Для чего же необходимо проводить эти вычисления, есть ли от них хоть какая-то польза на практике? Разберемся подробнее

11.1 Оценка эффективности термоизоляции

В разных климатических регионах России разный температурный режим, поэтому для каждого из них рассчитаны свои нормативные показатели сопротивления теплопередаче. Проводятся эти расчеты для всех элементов строения, контактирующих с внешней средой. Если сопротивление конструкции находится в пределах нормы, то за утепление можно не беспокоиться.

В случае, если термоизоляция конструкции не предусмотрена, то нужно сделать правильный выбор утеплительного материала с подходящими теплотехническими характеристиками.

11.2 Тепловые потери

Тепловые потери дома

Не менее важная задача – прогнозирование тепловых потерь, без которого невозможно правильно спланировать систему отопления и создать идеальную термоизоляцию. Такие вычисления могут понадобиться при выборе оптимальной модели котла, количества необходимых радиаторов и правильной их расстановки.

Для определения тепловых потерь через любую конструкцию нужно знать сопротивление, которое вычисляется с помощью разницы температур и количества теряемого тепла, уходящего с одного квадратного метра ограждающей конструкции. И так, если мы знаем площадь конструкции и ее термическое сопротивление, а также знаем для каких климатических условий производится расчет, то можем точно определить тепловые потери. Есть хороший калькулятор расчета теплопотерь дома ( он может даже посчитать сколько будет уходить денег на отопление, примерно конечно).

Такие расчеты в здании проводятся для всех ограждающих конструкций, взаимодействующих с холодными потоками воздуха, а затем суммируются для определения общей потери тепла. На основании полученной величины проектируется система отопления, которая должна полностью компенсировать эти потери. Если же потери тепла получаются слишком большими, они влекут за собой дополнительные финансовые затраты, а это не всем «по карману». При таком раскладе нужно задуматься об улучшении системы термоизоляции.

Отдельно нужно поговорить про окна, для них сопротивление теплопередаче определяются нормативными документами. Самостоятельно проводить расчеты не нужно. Существуют уже готовые таблицы, в которых внесены значения сопротивления для всех типов конструкций окон и балконных дверей.
Тепловые потери окон рассчитываются исходя из площади, а также разницы температур по разные стороны конструкции.

Расчеты, приведенные выше, подходят для новичков, которые делают первые шаги в проектировании энергоэффективных домов. Если же за дело берется профессионал, то его расчеты более сложные, так как дополнительно учитывается множество поправочных коэффициентов – на инсоляцию, светопоглощение, отражение солнечного света, неоднородность конструкций и другие

12 Что такое КТП строительного материала?

Теоретически, да и практически тоже, строительными материалами, как правило, создаются две поверхности – наружная и внутренняя. С точки зрения физики, теплая область всегда стремится к холодной области.

Применительно к стройматериалу, тепло будет стремиться от одной поверхности (более теплой) к другой поверхности (менее теплой). Вот, собственно, способность материала относительно такого перехода и называется – коэффициентом теплопроводности или в аббревиатуре – КТП.
Схема, поясняющая эффект теплопроводности: 1 – тепловая энергия; 2 – коэффициент теплопроводности; 3 – температура первой поверхности; 4 – температура второй поверхности; 5 – толщина стройматериала

Характеристика КТП обычно строится на основе испытаний, когда берётся экспериментальный экземпляр размерами 100×100 см и к нему применяется тепловое воздействие с учётом разницы температур двух поверхностей в 1 градус. Время воздействия 1 час.

Соответственно, измеряется теплопроводность в Ваттах на метр на градус (Вт/м°C). Коэффициент обозначается греческим символом λ.

По умолчанию, теплопроводность различных материалов для строительства со значением меньше 0,175 Вт/м°C, приравнивает эти материалы к разряду изоляционных.

Современным производством освоены технологии изготовления стройматериалов, уровень КТП которых составляет меньше 0,05 Вт/м°C. Благодаря таким изделиям, удается достичь выраженного экономического эффекта в плане потребления энергетических ресурсов.

12.1 Влияние факторов на уровень теплопроводности

Каждый отдельно взятый стройматериал имеет определенное строение и обладает своеобразным физическим состоянием.

Основой этого являются:

• размерность кристаллов структуры;
• фазовое состояние вещества;
• степень кристаллизации;
• анизотропия теплопроводности кристаллов;
• объем пористости и структуры;
• направление теплового потока.

Все это – факторы влияния. Определенное влияние на уровень КТП также оказывает химический состав и примеси. Количество примесей, как показала практика, оказывает особенно выразительное влияние на уровень теплопроводности кристаллических компонентов.
Изоляционные стройматериалы – класс продуктов под строительство, созданных с учётом свойств КТП, приближенных к оптимальным свойствам. Однако достичь идеальной теплопроводности при сохранении других качеств, крайне сложно

В свою очередь влияние на КТП оказывают условия эксплуатации стройматериала – температура, давление, уровень влажности и др.

12.2 Стройматериалы с минимальным КТП

Согласно исследованиям, минимальным значением теплопроводности (около 0,023 Вт/м°C) обладает сухой воздух.

С точки зрения применения сухого воздуха в структуре строительного материала, необходима конструкция, где сухой воздух пребывает внутри замкнутых многочисленных пространств небольшого объёма. Конструктивно такая конфигурация представлена в образе многочисленных пор внутри структуры.

Отсюда логичный вывод: малым уровнем КТП должен обладать стройматериал, внутренняя структура которого представляет собой пористое образование.

Причём, в зависимости от максимально допустимой пористости материала, значение теплопроводности приближается к значению КТП сухого воздуха.
Созданию строительного материала с минимальной теплопроводностью способствует пористая структура. Чем больше содержится пор разного объема в структуре материала, тем лучший КТП допустимо получить

В современном производстве применяются несколько технологий для получения пористости строительного материала.

В частности, используются технологии:

• пенообразования;
• газообразования;
• водозатворения;
• вспучивания;
• внедрения добавок;
• создания волоконных каркасов.

Следует отметить: коэффициент теплопроводности напрямую связан с такими свойствами, как плотность, теплоемкость, температурная проводимость.

Значение теплопроводности может быть рассчитано по формуле:

• Q – количество тепла;
• S – толщина материала;
• T1, T2 – температура с двух сторон материала;
• t – время.

Средняя величина плотности и теплопроводности обратно пропорциональна величине пористости. Поэтому, исходя из плотности структуры стройматериала, зависимость от нее теплопроводности можно рассчитать так:

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d2 – 0,16,

Где: d – значение плотности. Это формула В.П. Некрасова, демонстрирующая влияние плотности конкретного материала на значение его КТП.

12.3 Влияние влаги на теплопроводность стройматериала

Опять же судя по примерам использования стройматериалов на практике, выясняется негативное влияние влаги на КТП стройматериала. Замечено – чем большему увлажнению подвергается стройматериал, тем более высоким становится значение КТП.
Различными способами стремятся защитить от воздействия влаги материал, используемый в строительстве. Эта мера вполне оправдана, учитывая повышение коэффициента для мокрого стройматериала

Обосновать такой момент несложно. Воздействие влаги на структуру строительного материала сопровождается увлажнением воздуха в порах и частичным замещением воздушной среды.

Учитывая, что параметр коэффициента теплопроводности для воды составляет 0,58 Вт/м°C, становится понятным существенное повышение КТП материала.

Следует также отметить более негативный эффект, когда вода, попадающая в пористую структуру, дополнительно замораживается – превращается в лёд.

Соответственно, несложно просчитать ещё большее увеличение теплопроводности, принимая во внимание параметры КТП льда, равного значению 2,3 Вт/м°C. Прирост примерно в четыре раза к параметру теплопроводности воды.
Одной из причин отказа от зимнего строительства в пользу стройки летом следует считать именно фактор возможного подмораживания некоторых видов стройматериалов и как следствие – повышения теплопроводности

Отсюда становятся очевидными строительные требования относительно защиты изоляционных стройматериалов от попадания влаги. Ведь уровень теплопроводности растёт в прямой пропорциональности от количественной влажности.

Не менее значимым видится и другой момент – обратный, когда структура строительного материала подвергается существенному нагреву. Чрезмерно высокая температура также провоцирует рост теплопроводности.

Происходит такое по причине повышения кинематической энергии молекул, составляющих структурную основу стройматериала.

Правда, существует класс материалов, структура которых, напротив, приобретает лучшие свойства теплопроводности в режиме сильного нагрева. Одним из таких материалов является металл.
Если под сильным нагревом большая часть широко распространенных стройматериалов изменяет теплопроводность в сторону увеличения, сильный нагрев металла приводит к обратному эффекту – КТП металла понижается.

12.4 Методы определения коэффициента

Используются разные методики в этом направлении, но по факту все технологии измерения объединены двумя группами методов:

1. Режим стационарных измерений.
2. Режим нестационарных измерений.

Стационарная методика подразумевает работу с параметрами, неизменными с течением времени или изменяющимися в незначительной степени. Эта технология, судя по практическим применениям, позволяет рассчитывать на более точные результаты КТП.

Действия, направленные на измерения теплопроводности, стационарный способ допускает проводить в широком температурном диапазоне – 20 – 700 °C. Но вместе с тем, стационарная технология считается трудоёмкой и сложной методикой, требующей большого количества времени на исполнение.
Пример аппарата, предназначенного под выполнение измерений коэффициента теплопроводности. Это одна из современных цифровых конструкций, обеспечивающая получение быстрого и точного результата

Другая технология измерений – нестационарная, видится более упрощенной, требующей для исполнения работ от 10 до 30 минут. Однако в этом случае существенно ограничен диапазон температур. Тем не менее, методика нашла широкое применение в условиях производственного сектора.

13 Сравнение утеплителей по теплопроводности

Какие характеристики важны при выборе утеплителя? На что обратить внимание и спросить у продавца? Только ли теплопроводность имеет решающее значение при покупке утеплителя, или есть другие параметры, которые стоит учесть? И еще куча подобных вопросов приходит на ум застройщику, когда приходит время выбирать утеплитель. Обратим внимание в обзоре на наиболее популярные виды теплоизоляции.

13.1 Пенопласт (пенополистирол)

Пенопласт – самый популярный сегодня утеплитель, благодаря легкости монтажа и низкой стоимости. Изготавливается он методом вспенивания полистирола, имеет низкую теплопроводность, легко режется и удобен при монтаже. Однако материал хрупкий и пожароопасен, при горении пенопласт выделяет вредные, токсичные вещества. Пенополистирол предпочтительно использовать в нежилых помещениях.

13.2 Экструдированный пенополистирол

Экструзия не подвержена влаге и гниению, это очень прочный и удобный в монтаже утеплитель. Плиты Техноплекса имеют высокую прочность и сопротивление сжатию, не подвергаются разложению. Благодаря своим техническим характеристикам техноплекс используют для утепления отмостки и фундамента зданий. Экструдированный пенополистирол долговечен и прост в применении

13.3 Базальтовая (минеральная) вата

Производится утеплитель из горных пород, путем их плавления и раздува для получения волокнистой структуры. Базальтовая вата Роклайт выдерживает высокие температуры, не горит и не слеживается со временем. Материал экологичен, имеет хорошую звукоизоляцию и теплоизоляцию. Производители рекомендуют использовать минеральную вату для утепления мансарды и других жилых помещений.

13.4 Стекловолокно (стекловата)

При слове стекловата у многих появляется ассоциация с советским материалом, однако современные материалы на основе стекловолокна не вызывают раздражения на коже. Общим недостатком минеральной ваты и стекловолокна является низкая влагостойкость, что требует устройства надежной влаго- и пароизоляции при монтаже утеплителя. Материал не рекомендуется использовать во влажных помещениях.

13.5 Вспененный полиэтилен

Этот рулонный утеплитель имеет пористую структуру, различную толщину часто производится с нанесением дополнительного слоя фольги для отражающего эффекта. Изолон и пенофол имеет толщину в 10 раз тоньше традиционных утеплителей, но сохраняет до 97% тепла. Материал не пропускает влагу, имеет низкую теплопроводность благодаря своей пористой структуре и не выделяет вредных веществ.

13.6 Напыляемая теплоизоляция

К напыляемой теплоизоляции относится ППУ (пенополиуретан) и Экотермикс. К главным недостаткам данных утеплителей относится необходимость наличия специального оборудования, для их нанесения. При этом напыляемая теплоизоляция создает на конструкции прочное, сплошное покрытие без мостиков холода, при этом конструкция будет защищена от влаги, так как ППУ влагонепроницаемый материал.

14 Теплотехнический расчет стен из различных материалов

Среди многообразия материалов для строительства несущих стен порой стоит тяжелый выбор.

Сравнивая между собой различные варианты, одним из немаловажных критериев на который нужно обратить внимание является «теплота» материала. Способность материала не выпускать тепло наружу повлияет на комфорт в помещениях дома и на затраты на отопление. Второе становится особенно актуальным при отсутствии подведенного к дому газа

Второе становится особенно актуальным при отсутствии подведенного к дому газа

Способность материала не выпускать тепло наружу повлияет на комфорт в помещениях дома и на затраты на отопление. Второе становится особенно актуальным при отсутствии подведенного к дому газа.

Теплозащитные свойства строительных конструкций характеризует такой параметр, как сопротивление теплопередаче (Ro, м²·°C/Вт).

По существующим нормам (СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий.

Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003), при строительстве в Самарской области, нормируемое значение сопротивления теплопередачи для наружных стен составляет Ro.норм = 3,19 м²·°C/Вт. Однако, при условии, что проектный удельный расход тепловой энергии на отопление здания ниже нормативного, допускается снижение величины сопротивления теплопередачи, но не менее допустимого значения Ro.тр =0,63·Ro.норм = 2,01 м²·°C/Вт.

В зависимости от используемого материала, для достижения нормативных значений, необходимо выбирать определенную толщину однослойной или конструкцию многослойной стены. Ниже представлены расчеты сопротивления теплопередаче наиболее популярных вариантов конструкций наружных стен.

14.1 Расчет необходимой толщины однослойной стены

В таблице ниже определена толщина однослойной наружной стены дома, удовлетворяющая требованиям норм по теплозащите.

14.2 Расчет сопротивления теплопередачи стены

Ниже представлены значения сопротивления теплопередаче наиболее популярных вариантов конструкций наружных стен из газобетона, керамзитобетона, керамических блоков, кирпича, с отделкой штукатуркой и облицовочным кирпичом, утеплением и без. По цветной полосе можно сравнить между собой эти варианты. Полоса зеленого цвета означает, что стена соответствует нормативным требованиям по теплозащите, желтого — стена соответствует допустимым требованиям, красного — стена не соответствует требованиям

14.3 Стена из газобетонного блока

1	Газобетонный блок D600 (400 мм)	2,89 Вт/м·°C
2	Газобетонный блок D600 (300 мм) + утеплитель (100 мм)	4,59 Вт/м·°C
3	Газобетонный блок D600 (400 мм) + утеплитель (100 мм)	5,26 Вт/м·°C
4	Газобетонный блок D600 (300 мм) + вентилируемый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм)	2,20 Вт/м·°C
5	Газобетонный блок D600 (400 мм) + вентилируемый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм)	2,88 Вт/м·°C

14.4 Стена из керамзитобетонного блока

1	Керамзитобетонный блок (400 мм) + утеплитель (100 мм)	3,24 Вт/м·°C
2	Керамзитобетонный блок (400 мм) + замкнутый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм)	1,38 Вт/м·°C
3	Керамзитобетонный блок (400 мм) + утеплитель (100 мм) + вентилируемый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм)	3,21 Вт/м·°C

14.5 Стена из керамического блока

1	Керамический блок (510 мм)	3,20 Вт/м·°C
2	Керамический блок тёплый (380 мм)	3,18 Вт/м·°C
3	Керамический блок (510 мм) + утеплитель (100 мм)	4,81 Вт/м·°C
4	Керамический блок (380 мм) + замкнутый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм)	2,62 Вт/м·°C

14.6 Стена из силикатного кирпича

1	Кирпич (380 мм) + утеплитель (100 мм)	3,07 Вт/м·°C
2	Кирпич (510 мм) + замкнутый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм)	1,38 Вт/м·°C
3	Кирпич (380 мм) + утеплитель (100 мм) + вентилируемый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм)	3,05 Вт/м·°C

14.7 Таблица теплопроводности металлов

Теплопроводность металлов не менее важна в строительстве, например, при выборе радиаторов отопления. Также без подобных значений не обойтись при сварке ответственных конструкций, производстве полупроводников и различных изоляторов. Ниже приведены сравнительные таблицы проводимости тепла различных металлов.

14.8 Таблица теплопроводности дерева

Древесина в строительстве негласно относится к элитным материалам для возведения домов. И это не только из-за экологичности и высокой стоимости. Самые низкие коэффициенты теплопроводности у дерева. При этом подобные значения напрямую зависят от породы. Самый низкий коэффициент среди строительных пород имеет кедр (всего 0,095 Вт/(м∙С)) и пробка. Из последней строить дома очень дорого и проблемно. Но зато пробка для покрытия пола ценится из-за своей невысокой проводимости тепла и хороших звукоизоляционных качеств. Ниже представлены таблицы теплопроводности и прочности различных пород.

14.9 Таблица проводимости тепла бетонов

Бетон в различных его вариациях является самым распространённым строительным материалом на сегодня, хотя и не является самым «тёплым». В строительстве различают конструкционные и теплоизоляционные бетоны. Из первых возводят фундаменты и ответственные узлы зданий с последующим утеплением, из вторых строят стены. В зависимости от региона к таковым либо применяется дополнительное утепление, либо нет.

Сравнительная таблица теплоизоляционных бетонов и теплопроводности различных стеновых материалов

Наиболее «тёплым» и прочным считает газобетон. Хотя это не совсем так. Если сравнивать структуру пеноблоков и газобетона, можно увидеть существенные различия. У первых поры замкнутые, когда же у газосиликатов большинство их открытые, как бы «рваные». Именно поэтому в ветреную погоду неутеплённый дом из газоблоков очень холодный. Эта же причина делает подобный лёгкий бетон более подверженным к воздействиям влаги.

14.10 Какой коэффициент теплопроводности у воздушной прослойки

В строительстве зачастую используют воздушные ветронепродуваемые прослойки, которые только увеличивают проводимость тепла всего здания. Также подобные продухи необходимы для вывода влаги наружу

Особое внимание проектированию подобных прослоек уделяется в пенобетонных зданиях различного назначения. У подобных прослоек также есть свой коэффициент теплопроводности в зависимости от их толщины

1.2.4 Определение теплопроводности материалов

Теплопроводностью называют свойство материала передавать теплоту одной поверхности другой. Мерой теплопроводности является коэффициент теплопроводности λ, представляющий собой количество тепла (Дж), проходящее через стенку толщиной 1 м, на площади в 1 м 2 за 1 час при разности температур на противоположных поверхностях в 1 °C.

В международной системе единиц измерения коэффициент теплопроводности имеет размерность Вт/м·°C. Значения коэффициента теплопроводности (Вт/м·град) для некоторых материалов приведены в таблице 1.2.

Коэффициенты теплопроводности различных материалов Таблица 1.2

Кирпич керамический обыкновенный

Основным фактором, определяющим теплопроводность строительных материалов, является их пористость, что ясно видно из сопоставления величин коэффициентов теплопроводности воздуха (0,023) и плотного камня (2,9). Кроме того, теплопроводность материала зависит от температуры: при повышении температуры теплопроводность λ_t увеличивается (для температур до 100 °C) при температуре материала t с достаточной точностью можно вычислить по формуле

, (1.14)

где λ₀ – теплопроводность при 0°C;

β – температурный коэффициент, β = 0,0025.

При более высокой температуре зависимость (1.14) теряет линейный характер.

При эксплуатации материала во влажных условиях воздух в порах может быть частично замещен водой, и теплопроводность материала резко возрастает, так как теплопроводность воды в 25 раз выше воздуха. При замерзании воды в порах материала его теплопроводность повышается еще в большей степени.

Теплопроводность материалов можно приближенно определить по величине его средней плотности с графика, изображенного на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 – Зависимость теплопроводности материалов от плотности:

1 – неорганические материалы сухие; 2 – неорганические материалы, насыщенные водой; 3 – органические материалы

Кроме того, зная значение плотности материала (ρ₀), можно подсчитать его коэффициент теплопроводности по эмпирической формуле В.П. Некрасова:

, Вт/м°C, (1.15)

где ρ₀ – средняя плотность материала, г/см 3 .

При расчете ограждающих конструкций пользуются такой важной характеристикой, как термическое сопротивление R, м 2 °C/Вт:

, (1.16)

где δ – толщина, м;

λ – теплопроводность данного материала, Вт/м°C.

По результатам всех определений составляются акт испытания материала и заключение по нижеприведенной форме (таблица 1.3).