Прочный и теплый дом – это основное требование, которое предъявляется проектировщикам и строителям. Поэтому еще на стадии проектирования зданий в конструкцию закладываются две разновидности стройматериалов: конструкционные и теплоизоляционные. Первые обладают повышенной прочностью, но большой теплопроводностью, и именно их чаще всего и используют для возведения стен, перекрытий, оснований и фундаментов. Вторые – это материалы с низкой теплопроводностью. Их основное назначение – закрыть собой конструкционные материалы, чтобы понизить их показатель тепловой проводимости. Поэтому для облегчения расчетов и выбора используется таблица теплопроводности строительных материалов.
Читайте в статье:
Что такое теплопроводность
Законы физики определяют один постулат, который гласит, что тепловая энергия стремится от среды с высокой температурой к среде с низкой температурой. При этом, проходя через строительный материал, тепловая энергия затрачивает какое-то время. Переход не состоится лишь в том случае, если температура на разных сторонах от стройматериала одинаковая.
То есть, получается так, что процесс перехода тепловой энергии, к примеру, через стену, это время проникновения тепла. И чем больше времени на это затрачивается, тем ниже теплопроводность стены. Вот такое соотношение. К примеру, теплопроводность различных материалов:
- бетон –1,51 Вт/м×К;
- кирпич – 0,56;
- древесина – 0,09-0,1;
- песок – 0,35;
- керамзит – 0,1;
- сталь – 58.
Чтобы было понятно, о чем идет речь, надо обозначить, что бетонная конструкции не будет ни под каким предлогом пропускать через себя тепловую энергию, если ее толщина будет в пределах 6 м. Понятно, что это просто невозможно в домостроении. А значит, придется для снижения теплопроводности использовать другие материалы, у которых показатель ниже. И ими облицовывать бетонное сооружение.
Что такое коэффициент теплопроводности
Коэффициент теплоотдачи или теплопроводности материалов, который также обозначен в таблицах, это характеристика тепловой проводимости. Он обозначает количество тепловой энергии, проходящий через толщу стройматериала за определенный промежуток времени.
В принципе, коэффициент обозначает именно количественный показатель. И чем он меньше, тем теплопроводность материала лучше. Из сравнения выше видно, что стальные профили и конструкции обладают самым высоким коэффициентом. А значит, они практически не держат тепло. Из строительных материалов,сдерживающих тепло, которые используются для сооружения несущих конструкций, это древесина.
Но надо обозначить и другой момент. К примеру, все та же сталь. Этот прочный материал используют для отведения тепла, где есть необходимость сделать быстрый перенос. К примеру, радиаторы отопления. То есть, высокий показатель теплопроводности – это не всегда плохо.
Что влияет на теплопроводность строительных материалов
Есть несколько параметров, которые сильно влияют на тепловую проводимость.
- Структура самого материала.
- Его плотность и влажность.
Что касается структуры, то здесь огромное разнообразие: однородная плотная, волокнистая, пористая, конгломератная (бетон), рыхлозернистая и прочее. Так вот надо обозначить, что чем неоднороднее структура у материала, тем ниже у него теплопроводность. Все дело в том, что проходить сквозь вещество, в котором большой объем занимают поры разного размера, тем сложнее энергии через нее перемещаться. А ведь в данном случае тепловая энергия – это излучение. То есть, оно не проходит равномерно, а начинает изменять направления, теряя силу внутри материала.
Теперь о плотности. Этот параметр обозначает, на каком расстоянии между собой располагаются частички материала внутри его самого. Исходя из предыдущей позиции, можно сделать вывод: чем меньше это расстояние, а значит, больше плотность, тем тепловая проводимость выше. И наоборот. Тот же пористый материал имеет плотность меньше, чем однородный.
Влажность – это вода, которая имеет плотную структуру. И ее теплопроводность равна 0,6 Вт/м*К. Достаточно высокий показатель, сравнимый с коэффициентом теплопроводности кирпича. Поэтому когда она начинает проникать в структуру материала и заполнять собой поры, это увеличение тепловой проводимости.
Коэффициент теплопроводности строительных материалов: как применяется на практике и таблица
Практические значение коэффициента – это правильно проведенный расчет толщины несущих конструкций с учетом используемых утеплителей. Необходимо отметить, что возводимое здание – это несколько ограждающих конструкций, через которые происходит утечка тепла. И у каждой их них свой процент теплопотерь.
- через стены уходит до 30% тепловой энергии общего расхода.
- Через полы – 10%.
- Через окна и двери – 20%.
- Через крышу – 30%.
То есть, получается так, что если неправильно рассчитать теплопроводность всех ограждений, то проживающим в таком доме людям придется довольствоваться лишь 10% тепловой энергии, которое выделяет отопительная система. 90% – это, как говорят, выброшенные на ветер деньги.
Мнение эксперта
Инженер-проектировщик ОВиК (отопление, вентиляция и кондиционирование) ООО "АСП Северо-Запад"
Спросить у специалиста“Идеальный дом должен быть построен из теплоизоляционных материалов, в котором все 100% тепла будут оставаться внутри. Но по таблице теплопроводности материалов и утеплителей вы не найдете тот идеальный стройматериал, из которого можно было бы возвести такое сооружение. Потому что пористая структура – это низкие несущие способности конструкции. Исключением может быть древесина, но и она не идеал.”
Поэтому при строительстве домов стараются использовать разные строительные материалы, дополняющие друг друга по теплопроводности. При этом очень важно соотносить толщину каждого элемента в общей строительной конструкции. В этом плане идеальным домом можно считать каркасный. У него деревянная основа, уже можно говорить о теплом доме, и утеплители, которые закладываются между элементами каркасной постройки. Конечно, с учетом средней температуры региона придется точно рассчитать толщину стен и других ограждающих элементов. Но, как показывает практика, вносимые изменения не столь значительны, чтобы можно было бы говорить о больших капитальных вложениях.
Рассмотрим несколько часто используемых строительных материалов и проведем сравнение их теплопроводность по толщине.
Теплопроводность кирпича: таблица по разновидностям
| Фото | Вид кирпича | Теплопроводность, Вт/м*К |
|---|---|---|
| Керамический полнотелый | 0,5-0,8 | |
| Керамический щелевой | 0,34-0,43 | |
| Поризованный | 0,22 | |
| Силикатный полнотелый | 0,7-0,8 | |
| Силикатный щелевой | 0,4 | |
| Клинкерный | 0,8-0,9 |
Теплопроводность дерева: таблица по породам
Коэффициент теплопроводности пробкового дерева самый низкий из всех пород древесины. Именно пробка часто используется в качестве теплоизоляционного материала при проведении утеплительных мероприятий.
Теплопроводность металлов: таблица
Данный показатель у металлов изменяется с изменением температуры, в которой они применяются. И здесь соотношение такое – чем выше температура, тем ниже коэффициент. В таблице покажем металлы, которые используются в строительной сфере.
Теперь, что касается соотношения с температурой.
- У алюминия при температуре -100°С теплопроводность составляет 245 Вт/м*К. А при температуре 0°С – 238. При +100°С – 230, при +700°С – 0,9.
- У меди: при -100°С –405, при 0°С – 385, при +100°С – 380, а при +700°С – 350.
Таблица теплопроводности других материалов
В основном нас будет интересовать таблица теплопроводности изоляционных материалов. Необходимо отметить, что если у металлов данный параметр зависит от температуры, то у утеплителей от их плотности. Поэтому в таблице будут расставлены показатели с учетом плотности материалом.
| Теплоизоляционный материал | Плотность, кг/м³ | Теплопроводность, Вт/м*К |
|---|---|---|
| Минеральная вата (базальтовая) | 50 | 0,048 |
| 100 | 0,056 | |
| 200 | 0,07 | |
| Стекловата | 155 | 0,041 |
| 200 | 0,044 | |
| Пенополистирол | 40 | 0,038 |
| 100 | 0,041 | |
| 150 | 0,05 | |
| Пенополистирол экструдированный | 33 | 0,031 |
| Пенополиуретан | 32 | 0,023 |
| 40 | 0,029 | |
| 60 | 0,035 | |
| 80 | 0,041 |
И таблица теплоизоляционных свойств строительных материалов. Основные из них уже рассмотрены, обозначим те, которые в таблицы не вошли, и которые относятся к категории часто используемых.
| Строительный материал | Плотность, кг/м³ | Теплопроводность, Вт/м*К |
|---|---|---|
| Бетон | 2400 | 1,51 |
| Железобетон | 2500 | 1,69 |
| Керамзитобетон | 500 | 0,14 |
| Керамзитобетон | 1800 | 0,66 |
| Пенобетон | 300 | 0,08 |
| Пеностекло | 400 | 0,11 |
Коэффициент теплопроводности воздушной прослойки
Всем известно, что воздух, если его оставить внутри строительного материала или между слоями стройматериалов, это великолепный утеплитель. Почему так происходит, ведь сам воздух, как таковой, не может сдерживать тепло. Для этого надо рассмотреть саму воздушную прослойку, огражденную двумя слоями стройматериалов. Один из них соприкасается с зоной положительных температур, другой с зоной отрицательный.
Тепловая энергия движется от плюса к минусу, и встречает на своем пути слой воздуха. Что происходит внутри:
- Конвекция теплого воздуха внутри прослойки.
- Тепловое излучение от материала с плюсовой температурой.
Поэтому сам тепловой поток – это сумма двух факторов с добавлением теплопроводности первого материала. Необходимо сразу отметить, что излучение занимает большую часть теплового потока. Сегодня все расчеты теплосопротивления стен и других несущих ограждающих конструкций проводят на онлайн-калькуляторах. Что касается воздушной прослойки, то такие расчеты провести сложно, поэтому берутся значения, которые в 50-х годах прошлого столетия были получены лабораторными исследованиями.
В них четко оговаривается, что если разница температур стен, ограниченных воздухом, составляет 5°С, то излучение возрастает с 60% до 80%, если увеличить толщину прослойки с 10 до 200 мм. То есть, общий объем теплового потока остается тот же, излучение вырастает, а значит, теплопроводность стены падает. И разница значительная: с 38% до 2%. Правда, возрастает конвекция с 2% до 28%. Но так как пространство замкнутое, то движение воздуха внутри него никак не действует на внешние факторы.
Расчет толщины стены по теплопроводности вручную по формулам или калькулятором
Рассчитать толщину стены не так просто. Для этого нужно сложить все коэффициенты теплопроводности материалов, которые были использованы для сооружения стены. К примеру, кирпич, штукатурный раствор снаружи, плюс наружная облицовка, если такая будет использоваться. Внутренние выравнивающие материалы, это может быть все та же штукатурка или гипсокартонные листы, другие плитные или панельные покрытия. Если есть воздушная прослойка, то учитывают и ее.
Есть так называемая удельная теплопроводность по регионам, которую берут за основу. Так вот расчетная величина не должна быть больше удельной. В таблице ниже по городам дана удельная тепловая проводимость.
То есть, чем южнее, тем общая теплопроводность материалов должна быть меньше. Соответственно, можно уменьшать и толщину стены. Что касается онлайн-калькулятора, то предлагаем ниже посмотреть видео, на котором разбирается, как правильно пользоваться таким расчетным сервисом.
Если у вас возникли вопросы, на которые, как вам показалось, вы не нашли ответы в этой статье, пишите их в комментариях. Наша редакция постарается на них ответить.
Люди тоже бывают разной теплопроводности, одни как пух греют, а другие как железо - тепло забирают.
Юрий Сережкин
Слово «тоже» в приведенном высказывании показывает, что к людям понятие «теплопроводности» применяется лишь условно. Хотя…
Знаете ли вы: шуба не греет, она лишь сохраняет тепло, которое вырабатывает организм человека.
Это значит, что человеческое тело обладает способностью проводить тепло и в буквальном, а не только в фигуральном смысле. Это все лирика, на самом же деле мы займёмся сравнением утеплителей по теплопроводности.
Вам виднее, ведь вы сами набрали в поисковике «теплопроводность утеплителей». Что именно вы хотели узнать? А если без шуток, то знать об этом понятии важно, потому что разные материалы очень по-разному ведут себя при использовании. Важным, хотя и не ключевым моментом при выборе является именно способность материала проводить тепловую энергию. Если неправильно выбрать теплоизоляционный материал попросту не будет выполнять свою функцию, а именно сохранять тепло в помещении.
Шаг 2: Теория понятие
Из школьного курса физики, скорее всего, помните, что существует три вида теплопередачи:
- Конвекция;
- Излучение;
- Теплопроводность.
А значит теплопроводность - это вид теплопередачи или перемещения тепловой энергии. Это связано с внутренней структурой тел. Одна молекула передает энергию другой. А теперь хотите небольшой тест?
Какой вид веществ пропускает (передает) больше всего энергии?
- Твердые тела?
- Жидкости?
- Газы?
Правильно, больше всего передает энергию кристаллическая решетка твердых тел. Их молекулы находятся ближе друг к другу и поэтому могут взаимодействовать эффективнее. Самой низкой теплопроводностью обладают газы. Их молекулы находятся на наибольшем удалении друг от друга.
Шаг 3: Что может быть утеплителем
Продолжаем наш разговор о теплопроводности утеплителей. Все тела, которые находятся рядом, стремятся уровнять температуру между собой. Дом или квартира, как объект, стремится уровнять температуру с улицей. Способны ли все строительные материалы быть утеплителями? Нет. Например, бетон пропускает тепловой поток из вашего дома на улицу слишком быстро, поэтому нагревательное оборудование не будет успевать поддерживать нужный температурный режим в помещении. Коэффициент теплопроводности для утеплителя рассчитывается по формуле:
Где W это наш тепловой поток, а м2 - площадь утеплителя при разнице температур в один Кельвин (Он равен одному градусу Цельсия). У нашего бетона данный коэффициент составляет 1,5. Это значит, что условно, один квадратный метр бетона при разнице температур в один градус Цельсия способен пропустить 1,5 вата тепловой энергии в секунду. Но, существуют материалы с коэффициентом в 0,023. Ясно, что такие материалы куда лучше подходят на роль утеплителей. Вы спросите, не играет ли значение толщина? Играет. Но, здесь все равно нельзя забыть про коэффициент теплопередачи. Чтобы добиться одинаковых результатов понадобится бетонная стена толщиной 3,2 м или лист пенопласта толщиной 0,1 м. Ясно, что хотя бетон и может формально быть утеплителем, экономически это нецелесообразно. Поэтому:
Утеплителем можно назвать материал, проводит через себя наименьшее количество тепловой энергии, не давая ей уйти из помещения и при этом стоить как можно дешевле.
Лучший теплоизолятор - это воздух. Поэтому задача любого утеплителя создание фиксированной воздушной прослойки без конвекции (перемещения) воздуха внутри нее. Именно поэтому, например, пенопласт на 98% состоит из воздуха. Самыми распространёнными утепляющими материалам считаются:
- Пенопласт;
- Экструдированный пенополистирол;
- Минвата;
- Пенофол;
- Пеноизол;
- Пеностекло;
- Пенополиуретан (ППУ);
- Эковата (целлюлоза);
Теплоизоляционные свойства всех перечисленных выше материалов лежат близко к данным пределам. Также стоит учесть: чем выше плотность материала, тем больше он проводит через себя энергии. Помните из теории? Чем ближе молекулы, тем эффективнее проводится тепло.
Шаг 4: Сравниваем. Таблица теплопроводности утеплителей
В таблице приводится сравнение утеплителей по теплопроводности заявленной производителями и соответствующие ГОСТам:
Сравнительная таблица теплопроводности строительных материалов, которые не принято считать утеплителями:
Показатель теплопередачи лишь указывает на скорость передачи тепла от одной молекуле к другой. Для реальной жизни этот показатель не так важен. А вот без теплового расчета стены не обойтись. Сопротивление теплопередаче - величина обратная теплопроводности. Речь идет о способности материала (утеплителя) задерживать тепловой поток. Чтобы рассчитать сопротивление теплопередаче нужно разделить толщину на коэффициент теплопроводности. На примере ниже показан расчет теплового сопротивления стены из бруса толщиной 180 мм.
Как видно, теплосопротивление такой стены составит 1,5. Достаточно? Это зависит от региона. В примере показан расчет для Красноярска. Для этого региона нужный коэффициент сопротивления ограждающих конструкций установлен на уровне 3,62. Ответ ясен. Даже для Киева, который намного южнее данный показатель равняется 2,04.
Тепловое сопротивление - величина обратная теплопроводности.
А значит, способности деревянного дома сопротивляться потере тепла недостаточно. Необходимо утепление, а уже, каким материалом - рассчитывайте по формуле.
Шаг 5: Правила монтажа
Стоит сказать, что все указанные выше показатели приведены для СУХИХ материалов. Если материл, намокнет, он потеряет свои свойства как минимум наполовину, а то и вовсе превратится в «тряпку». Поэтому нужно защищать теплоизоляцию. Пенопластом чаще всего утепляют под мокрый фасад, в котором утеплитель защищен слоем штукатурки. На минвату накладывается гидроизоляционная мембрана, чтобы не допустить попадание влаги.
Еще один момент, который заслуживает внимания - ветрозащита. Утеплители имеют разную пористость. Например, сравним плиты пенополистирола и минеральную вату. Если первый на вид выглядит цельным, на втором явно видны поры или волокна. Поэтому, если вы монтируете волокнистую теплоизоляцию, например, минвату или эковату на продуваемом ветром ограждении обязательно позаботьтесь о ветрозащите. В противном случае от хороших термических показателей утеплителя не будет пользы.
Выводы
Итак, мы обсудили, что теплопроводность утеплителей - это их способность передавать тепловую энергию. Теплоизолятор должен не выпустить тепло сгенерированное отопительной системой дома. Первостепенной задачей любого материала является удержать внутри себя воздух. Именно газ имеет наименьшую теплопроводность. Нужно также рассчитать теплосопротивление стены, чтобы узнать правильный коэффициент теплоизоляции здания. Если у вас остались вопросы по этой теме, оставляйте их, пожалуйста, в комментариях.
Три интересных факта о теплоизоляции
- Снег служит теплоизолятором для медведя в берлоге.
- Одежда - тоже теплоизолятор. Нам не очень комфортно, когда наше тело пытается уровнять температуру с температурой окружающей среды, которая может быть и -30 градусов, вместо привычных нам 36,6.
- Одеяло - теплоизолятор. Оно не дает уйти теплу тела человека.
Бонус
В качестве бонуса для любознательных, дочитавших до конца интересный эксперимент с теплопроводностью:
Процесс передачи энергии от более нагретой части тела к менее нагретой называется теплопроводностью. Числовое значение такого процесса отражает коэффициент теплопроводности материала. Это понятие является очень важным при строительстве и ремонте зданий. Правильно подобранные материалы позволяют создать в помещении благоприятный микроклимат и сэкономить на отоплении существенную сумму.
Понятие теплопроводности
Теплопроводность - процесс обмена тепловой энергией, который происходит за счет столкновения мельчайших частиц тела. Причем этот процесс не прекратится, пока не наступит момент равновесия температур. На это уходит определенный промежуток времени. Чем больше времени затрачивается на тепловой обмен, тем ниже показатель теплопроводности.
Данный показатель выражают как коэффициент теплопроводности материалов. Таблица содержит уже измеренные значения для большинства материалов. Расчет производится по количеству тепловой энергии, прошедшей сквозь заданную площадь поверхности материала. Чем больше вычисленное значение, тем быстрее объект отдаст все свое тепло.
Факторы, влияющие на теплопроводность
Коэффициент теплопроводности материала зависит от нескольких факторов:
- При повышении данного показателя взаимодействие частиц материала становится прочнее. Соответственно, они будут передавать температуру быстрее. А это значит, что с повышением плотности материала улучшается передача тепла.
- Пористость вещества. Пористые материалы являются неоднородными по своей структуре. Внутри них находится большое количество воздуха. А это значит, что молекулам и другим частицами будет сложно перемещать тепловую энергию. Соответственно, коэффициент теплопроводности повышается.
- Влажность также оказывает влияние на теплопроводность. Мокрые поверхности материала пропускают большее количество тепла. В некоторых таблицах даже указывается расчетный коэффициент теплопроводности материала в трех состояниях: сухом, среднем (обычном) и влажном.
Выбирая материал для утепления помещений, важно учитывать также условия, в которых он будет эксплуатироваться.
Понятие теплопроводности на практике
Теплопроводность учитывается на этапе проектирования здания. При этом берется во внимание способность материалов удерживать тепло. Благодаря их правильному подбору жильцам внутри помещения всегда будет комфортно. Во время эксплуатации будут существенно экономиться денежные средства на отопление.
Утепление на стадии проектирования является оптимальным, но не единственным решением. Не составляет трудности утеплить уже готовое здание путем проведения внутренних или наружных работ. Толщина слоя изоляции будет зависеть от выбранных материалов. Отдельные из них (к примеру, дерево, пенобетон) могут в некоторых случаях использоваться без дополнительного слоя термоизоляции. Главное, чтобы их толщина превышала 50 сантиметров.
Особенное внимание следует уделить утеплению кровли, оконных и дверных проемов, пола. Сквозь эти элементы уходит больше всего тепла. Зрительно это можно увидеть на фотографии в начале статьи.
Конструкционные материалы и их показатели
Для строительства зданий используют материалы с низким коэффициентом теплопроводности. Наиболее популярными являются:
- Железобетон, значение теплопроводности которого составляет 1,68Вт/м*К. Плотность материала достигает 2400-2500 кг/м 3 .
- Древесина, издревле использующаяся как строительный материал. Ее плотность и теплопроводность в зависимости от породы составляют 150-2100 кг/м 3 и 0,2-0,23Вт/м*К соответственно.
Еще один популярный строительный материал - кирпич. В зависимости от состава он обладает следующими показателями:
- саманный (изготовленный из глины): 0,1-0,4 Вт/м*К;
- керамический (изготовленный методом обжига): 0,35-0,81 Вт/м*К;
- силикатный (из песка с добавлением извести): 0,82-0,88 Вт/м*К.
Материалы из бетона с добавлением пористых заполнителей
Коэффициент теплопроводности материала позволяет использовать последний для постройки гаражей, сараев, летних домиков, бань и других сооружений. В данную группу можно отнести:
- Керамзитобетон, показатели которого зависят от его вида. Полнотелые блоки не имеют пустот и отверстий. С пустотами внутри изготавливают которые менее прочные, нежели первый вариант. Во втором случае теплопроводность будет ниже. Если рассматривать общие цифры, то составляет 500-1800кг/м3. Его показатель находится в интервале 0,14-0,65Вт/м*К.
- Газобетон, внутри которого образуются поры размером 1-3 миллиметра. Такая структура определяет плотность материала (300-800кг/м 3). За счет этого коэффициент достигает 0,1-0,3 Вт/м*К.
Показатели теплоизоляционных материалов
Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов, наиболее популярных в наше время:
- пенополистирол, плотность которого такая же, как и у предыдущего материала. Но при этом коэффициент передачи тепла находится на уровне 0,029-0,036Вт/м*К;
- стекловата. Характеризуется коэффициентом, равным 0,038-0,045Вт/м*К;
- с показателем 0,035-0,042Вт/м*К.
Таблица показателей
Для удобства работы коэффициент теплопроводности материала принято заносить в таблицу. В ней кроме самого коэффициента могут быть отражены такие показатели как степень влажности, плотность и другие. Материалы с высоким коэффициент теплопроводности сочетаются в таблице с показателями низкой теплопроводности. Образец данной таблицы приведен ниже:
Использование коэффициента теплопроводности материала позволит возвести желаемую постройку. Главное: выбрать продукт, отвечающий всем необходимым требованиями. Тогда здание получится комфортным для проживания; в нем будет сохраняться благоприятный микроклимат.
Правильно подобранный снизит по причине чего больше не нужно будет «отапливать улицу». Благодаря этому финансовые затраты на отопление существенно снизятся. Такая экономия позволит в скором времени вернуть все деньги, которые будут затрачены на приобретение теплоизолятора.
Так что же такое теплопроводность? С точки зрения физики теплопроводность – это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).
Можно сказать проще, теплопроводность – это способность материала проводить тепло. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества. Происходит это до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой. Такой процесс может происходить в твердых, жидких и газообразных веществах.
На практике, например в строительстве при теплоизоляции зданий, рассматривается другой аспект теплопроводности, связанный с передачей тепловой энергии. В качестве примера возьмем “абстрактный дом”. В “абстрактном доме” стоит нагреватель, который поддерживает внутри дома постоянную температуру, скажем, 25 °С. На улице температура тоже постоянная, например, 0 °С. Вполне понятно, что если выключить обогреватель, то через некоторое время в доме тоже будет 0 °С. Все тепло (тепловая энергия) через стены уйдет на улицу.
Чтобы поддерживать температуру в доме 25 °С, нагреватель должен постоянно работать. Нагреватель постоянно создает тепло, которое постоянно уходит через стены на улицу.
Коэффициент теплопроводности.
Количество тепла, которое проходит через стены (а по научному – интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности) зависит от разности температур (в доме и на улице), от площади стен и теплопроводности материала, из которого сделаны эти стены.
Для количественной оценки теплопроводности существует коэффициент теплопроводности материалов . Этот коэффициент отражает свойство вещества проводить тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше он проводит тепло. Если мы собираемся утеплять дом, то надо выбирать материалы с небольшим значением этого коэффициента. Чем он меньше, тем лучше. Сейчас в качестве материалов для утепления зданий наибольшее распространение получили утеплители из , и различных . Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами – .
Коэффициент теплопроводности материалов обозначается буквой ? (греческая строчная буква лямбда) и выражается в Вт/(м2*К). Это означает, что если взять стену из кирпича, с коэффициентом теплопроводности 0,67 Вт/(м2*К), толщиной 1 метр и площадью 1 м2., то при разнице температур в 1 градус, через стену будет проходить 0,67 ватта тепловой энергии. Если разница температур будет 10 градусов, то будет проходить уже 6,7 ватта. А если при такой разнице температур стену сделать 10 см, то потери тепла будут уже 67 ватт. Подробней о методике расчета теплопотерь зданий можно посмотреть
Следует отметить, что значения коэффициента теплопроводности материалов указываются для толщины материала в 1 метр. Чтобы определить теплопроводность материала для любой другой толщины, надо коэффициент теплопроводности разделить на нужную толщину, выраженную в метрах.
В строительных нормах и расчетах часто используется понятие “тепловое сопротивление материала”. Это величина обратная теплопроводности. Если, на пример, теплопроводность пенопласта толщиной 10 см – 0,37 Вт/(м2*К), то его тепловое сопротивление будет равно 1 / 0,37 Вт/(м2*К) = 2,7 (м2*К)/Вт.
Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.
| Материал | Коэфф. тепл. Вт/(м2*К) |
| Алебастровые плиты | 0,470 |
| Алюминий | 230,0 |
| Асбест (шифер) | 0,350 |
| Асбест волокнистый | 0,150 |
| Асбестоцемент | 1,760 |
| Асбоцементные плиты | 0,350 |
| Асфальт | 0,720 |
| Асфальт в полах | 0,800 |
| Бакелит | 0,230 |
| Бетон на каменном щебне | 1,300 |
| Бетон на песке | 0,700 |
| Бетон пористый | 1,400 |
| Бетон сплошной | 1,750 |
| Бетон термоизоляционный | 0,180 |
| Битум | 0,470 |
| Бумага | 0,140 |
| Вата минеральная легкая | 0,045 |
| Вата минеральная тяжелая | 0,055 |
| Вата хлопковая | 0,055 |
| Вермикулитовые листы | 0,100 |
| Войлок шерстяной | 0,045 |
| Гипс строительный | 0,350 |
| Глинозем | 2,330 |
| Гравий (наполнитель) | 0,930 |
| Гранит, базальт | 3,500 |
| Грунт 10% воды | 1,750 |
| Грунт 20% воды | 2,100 |
| Грунт песчаный | 1,160 |
| Грунт сухой | 0,400 |
| Грунт утрамбованный | 1,050 |
| Гудрон | 0,300 |
| Древесина – доски | 0,150 |
| Древесина – фанера | 0,150 |
| Древесина твердых пород | 0,200 |
| Древесно-стружечная плита ДСП | 0,200 |
| Дюралюминий | 160,0 |
| Железобетон | 1,700 |
| Зола древесная | 0,150 |
| Известняк | 1,700 |
| Известь-песок раствор | 0,870 |
| Ипорка (вспененная смола) | 0,038 |
| Камень | 1,400 |
| Картон строительный многослойный | 0,130 |
| Каучук вспененный | 0,030 |
| Каучук натуральный | 0,042 |
| Каучук фторированный | 0,055 |
| Керамзитобетон | 0,200 |
| Кирпич кремнеземный | 0,150 |
| Кирпич пустотелый | 0,440 |
| Кирпич силикатный | 0,810 |
| Кирпич сплошной | 0,670 |
| Кирпич шлаковый | 0,580 |
| Кремнезистые плиты | 0,070 |
| Латунь | 110,0 |
| Лед 0°С | 2,210 |
| Лед -20°С | 2,440 |
| Липа, береза, клен, дуб (15% влажности) | 0,150 |
| Медь | 380,0 |
| Мипора | 0,085 |
| Опилки – засыпка | 0,095 |
| Опилки древесные сухие | 0,065 |
| ПВХ | 0,190 |
| Пенобетон | 0,300 |
| Пенопласт ПС-1 | 0,037 |
| Пенопласт ПС-4 | 0,040 |
| Пенопласт ПХВ-1 | 0,050 |
| Пенопласт резопен ФРП | 0,045 |
| Пенополистирол ПС-Б | 0,040 |
| Пенополистирол ПС-БС | 0,040 |
| Пенополиуретановые листы | 0,035 |
| Пенополиуретановые панели | 0,025 |
| Пеностекло легкое | 0,060 |
| Пеностекло тяжелое | 0,080 |
| Пергамин | 0,170 |
| Перлит | 0,050 |
| Перлито-цементные плиты | 0,080 |
| Песок 0% влажности | 0,330 |
| Песок 10% влажности | 0,970 |
| Песок 20% влажности | 1,330 |
| Песчаник обожженный | 1,500 |
| Плитка облицовочная | 1,050 |
| Плитка термоизоляционная ПМТБ-2 | 0,036 |
| Полистирол | 0,082 |
| Поролон | 0,040 |
| Портландцемент раствор | 0,470 |
| Пробковая плита | 0,043 |
| Пробковые листы легкие | 0,035 |
| Пробковые листы тяжелые | 0,050 |
| Резина | 0,150 |
| Рубероид | 0,170 |
| Сланец | 2,100 |
| Снег | 1,500 |
| Сосна обыкновенная, ель, пихта (450…550 кг/куб.м, 15% влажности) | 0,150 |
| Сосна смолистая (600…750 кг/куб.м, 15% влажности) | 0,230 |
| Сталь | 52,0 |
| Стекло | 1,150 |
| Стекловата | 0,050 |
| Стекловолокно | 0,036 |
| Стеклотекстолит | 0,300 |
| Стружки – набивка | 0,120 |
| Тефлон | 0,250 |
| Толь бумажный | 0,230 |
| Цементные плиты | 1,920 |
| Цемент-песок раствор | 1,200 |
| Чугун | 56,0 |
| Шлак гранулированный | 0,150 |
| Шлак котельный | 0,290 |
| Шлакобетон | 0,600 |
| Штукатурка сухая | 0,210 |
| Штукатурка цементная | 0,900 |
| Эбонит | 0,160 |
Одной из важнейших характеристик бетона, безусловно, является его теплопроводность. Меняться этот показатель у разных видов материала может в значительных пределах. Зависит п режде всего, от вида использованного в нем наполнителя. Чем легче материал, тем лучшим изолятором от холода он является.
Что такое теплопроводность: определение
При возведении зданий и сооружений могут использоваться разные материалы. Жилые и производственные постройки в условиях российского климата обычно утепляются. То есть, при их строительстве применяются специальные изоляторы, основным назначением которых является поддержание комфортной температуры внутри помещений. При расчете необходимого количества минеральной ваты или пенополистирола в обязательном порядке принимается во внимание теплопроводность использованного для возведения ограждающих конструкций основного материала.
Очень часто здания и сооружения в нашей стране строятся из разных видов бетона. Также для этой цели использу ю тся кирпич и дерево. Собственно самой теплопроводностью называется способность вещества к переносу энергии в своей толще в силу движения молекул. Идти подобный процесс может, как в твердых частях материала, так и в его порах. В первом случае он называется кондукцией, во втором — конвекцией. Остывание материала гораздо быстрее идет в его твердых частях. Воздух, заполняющий поры, задерживает тепло, конечно же, лучше.
От чего зависит показатель
Выводы из всего вышесказанного можно сделать следующие. Зависит т еплопроводность бетона, дерева и кирпича, как и любого другого материала, от их :
- плотности;
- пористости;
- влажности.
С увеличением повышается и степень его теплопроводности. Чем больше в материале пор, тем лучшим изолятором от холода он является.
Виды бетона
В современном строительстве могут использоваться самые разные типы этого материала. Однако все существующие на рынке бетоны можно классифицировать на две большие группы:
- тяжелые;
- легкие пенистые или с пористым наполнителем.
Теплопроводность тяжелого бетона: показатели
Такие материалы также делятся на две основные группы. В строительстве могут использоваться бетоны:
- тяжелые;
- особо тяжелые.
При производстве второй разновидности материала применяются такие наполнители, как металлический скрап, гематит, магнетит, барит. Используются особо тяжелые бетоны обычно только при строительстве объектов, основным назначением которых является защита от радиации. В эту группу входят материалы с плотностью от 2500 кг/м 3 .
Обычные тяжелые бетоны изготавливают с применением таких видов наполнителя, как гранит, диабаз или известняк, изготовленные на базе горного щебня. В строительстве зданий и сооружений используется подобный 1600-2500 кг/м 3 .
Какая же может быть в данном случае теплопроводность бетона? Таблица, представленная ниже, демонстрирует показатели, характерные для разных типов тяжелого материала.
Теплопроводность ячеистого бетона легкого
Такой материал также классифицируется на две основные разновидности. Очень часто в строительстве используются бетоны на основе пористого наполнителя. В качестве последнего применяется керамзит, туф, шлак, пемза. Во второй группе легких бетонов наполнитель используется обычный. Но в процессе замеса такой материал вспенивается. В результате после созревания в нем остается много пор.
Т еплопроводность бетона легкого очень низкая. Но при этом и по прочностным характеристикам такой материал тяжелому уступает . Используют легкие бетоны чаще всего для возведения разного рода жилых и хозяйственных построек, не подвергающихся серьезным нагрузкам.
Классифицируют не только по способу изготовления, но и по назначению. В этом плане существуют материалы:
- теплоизоляционные (с плотностью до 800 кг/м3);
- конструкционно-теплоизоляционные (до 1400 кг/м3);
- конструкционные (до 1800 кг/м3).
Теплопроводность ячеистого бетона легкого разных видов представлена в таблице.
Теплоизоляционные материалы
Такие обычно используют для обкладки стен, собранных из кирпича или залитых из цементного раствора. Как видно из таблицы, теплопроводность бетон а этой группы может варьироваться в достаточно большом диапазоне.
Бетоны этой разновидности чаще всего используются как утепляющие материалы. Но иногда из них возводят и разного рода незначимые ограждающие конструкции.
Конструкционно-теплоизоляционные и конструкционные материалы
Из этой группы в строительстве чаще всего используются пенобетон, шлакопемзобетон, шлакобетон. Некоторые типы керамзитобетона плотностью свыше 0,29 Вт/(м°С) также могут быть отнесены к этой разновидности.
Очень часто такой бетон с низкой теплопроводностью используется непосредственно в качестве строительного материала. Но иногда его применяют и как изолятор, не пропускающий холода.
Как зависит теплопроводность от влажности
Всем известно, что практически любой сухой материал изолирует от холода гораздо лучше влажного. Связано это, прежде всего, с очень низкой степенью теплопроводности воды. Защищают бетонные стены, полы и потолки помещения от пониженных уличных температур , как мы выяснили, в основном благодаря наличию в материале пор, заполненных воздухом. При намокании последний вытесняется водой. А, следовательно, и значительно повышается В холодное время года попавшая в поры материала вода замерзает. Результатом становится то, что теплосохраняющие качества стен, пола и потолков снижаются еще больше.
Степень влагопроницаемости у разных видов бетона может быть неодинаковой. По этому показателю материал классифицируются на несколько марок.
Дерево как изолятор
И «холодный» тяжелый, и легкий бетон, теплопроводность к оторого низкая, конечно же, очень популярны е и востребованные вид ы строител ьных материал ов . В любом случае, фундаменты большинства зданий и сооружений возводятся именно из цементного раствора в смеси с щебнем или бутовым камнем .
Применяют б етонную смесь или же изготовленные из нее блоки и для возведения ограждающих конструкций. Но достаточно часто для сборки пола, потолков и стен используются и другие материалы, к примеру, дерево. Брус и доска отличаются, конечно же, гораздо меньшей прочностью, чем бетон. Однако и степень теплопроводности у дерева, разумеется, намного ниже. У бетона этот показатель, как мы выяснили, составляет 0,12-1,74 Вт/(м°С). У дерева коэффициент теплопроводности зависит, в том числе и от данной конкретной породы.
У других пород этот показатель может быть иным. Считается, что в среднем теплопроводность древесины поперек волокон равна 0,14 Вт/(м°С) . Лучше всего изолирует пространство от холода кедр. Его показатель теплопроводности составляет всего 0,095 Вт/(м С).
Кирпич как изолятор
Далее для сравнения рассмотрим характеристики в отношении теплопроводности и этого популярного строительного материала. По прочностным качествам кирпич не только не уступает бетону, но зачастую и превосходит его. То же самое касается и плотности этого строительного камня. Весь используемый сегодня при возведении зданий и сооружений кирпич к лассифицируется на керамический и силикатный.
Обе этих разновидности камня в свою очередь могут быть:
- полнотелыми;
- с пустотами;
- щелевыми .
Конечно же, полнотелые кирпичи задерживают тепло хуже пустотных и щелевых.
Теплопроводность бетона и кирпича, т аким образом, практически одинакова. Как силикатный, так и изолируют помещения от холода довольно-таки слабо. Поэтому дома, возведенные из такого материала, следует дополнительно утеплять. В качестве изоляторов при обшивке кирпичных стен так же, как и залитых из обычного тяжелого бетона, чаще всего применяются пенополистирол или минеральная вата. Можно использовать для этой цели и пористые блоки.
Как рассчитывается коэффициент теплопроводности
Определяется этот показатель у разных материалов, в том числе и у бетона, по специальным формулам. Всего может быть использовано две методики. Теплопроводность бетона определяется по формуле Кауфмана. Выглядит она следующим образом:
0,0935х(m) 0,5х2,28m + 0,025, где m — масса раствора.
Для влажных (более 3%) растворов используется формула Некрасова: (0,196 + 0,22 m2) 0,5 - 0,14.
К ерамзитобетон плотностью 1000 кг/м3 имеет массу 1 кг. Соответственно, к примеру, по Кауфману в данном случае получится коэффициент 0,238. Определяется теплопроводность бетонов при температуре смеси С. У холодных и разогретых материалов ее показатели могут немного меняться.
