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.
Одним из важнейших показателей строительных материалов, особенно в условиях российского климата, является их теплопроводность, которая в общем виде определяется как способность тела к теплообмену (то есть распределению тепла от более горячей среды к более холодной).
В данном случае более холодная среда – это улица, а горячая – внутреннее пространство (летом зачастую наоборот). Сравнительная характеристика приведена в таблице:
Коэффициент рассчитывается как количество тепла, которое пройдет через материал толщиной 1 метр за 1 час при разнице температур внутри и снаружи на 1 градус Цельсия. Соответственно, единицей измерения строительных материалов является Вт/ (м*оС) – 1 Ватт, разделенный на произведение метра и градуса.
Материал | Теплопроводность,Вт/(м·град) | Теплоемкость,Дж/(кг·град) | Плотность,кг/м3 |
Асбестоцемент | 27759 | 1510 | 1500-1900 |
Асбестоцементный лист | 0.41 | 1510 | 1601 |
Асбозурит | 0.14-0.19 | — | 400-652 |
Асбослюда | 0.13-0.15 | — | 450-625 |
Асботекстолит Г (ГОСТ 5-78) | — | 1670 | 1500-1710 |
Асфальт | 0.71 | 1700-2100 | 1100-2111 |
Асфальтобетон (ГОСТ 9128-84) | 42856 | 1680 | 2110 |
Асфальт в полах | 0.8 | — | — |
Ацеталь (полиацеталь,полиформальдегид) POM | 0.221 | — | 1400 |
Береза | 0.151 | 1250 | 510-770 |
Бетон легкий с природной пемзой | 0.15-0.45 | — | 500-1200 |
Бетон на зольном гравии | 0.24-0.47 | 840 | 1000-1400 |
Бетон на каменном щебне | 0.9-1.5 | — | 2200-2500 |
Бетон на котельном шлаке | 0.57 | 880 | 1400 |
Бетон на песке | 0.71 | 710 | 1800-2500 |
Бетон на топливных шлаках | 0.3-0.7 | 840 | 1000-1800 |
Бетон силикатный плотный | 0.81 | 880 | 1800 |
Битумоперлит | 0.09-0.13 | 1130 | 300-410 |
Блок газобетонный | 0.15-0.3 | — | 400-800 |
Блок керамический поризованный | 0.2 | — | — |
Вата минеральная легкая | 0.045 | 920 | 50 |
Вата минеральная тяжелая | 0.055 | 920 | 100-150 |
пенобетон, газо- и пеносиликат | 0.08-0.21 | 840 | 300-1000 |
Газо- и пенозолобетон | 0.17-0.29 | 840 | 800-1200 |
Гетинакс | 0.230 | 1400 | 1350 |
Гипс формованный сухой | 0.430 | 1050 | 1100-1800 |
Гипсокартон | 0.12-0.2 | 950 | 500-900 |
Гипсоперлитовый раствор | 0.140 | — | — |
Глина | 0.7-0.9 | 750 | 1600-2900 |
Глина огнеупорная | 42826 | 800 | 1800 |
Гравий (наполнитель) | 0.4-0.930 | 850 | 1850 |
Гравий керамзитовый (ГОСТ 9759-83) — засыпка | 0.1-0.18 | 840 | 200-800 |
Гравий шунгизитовый (ГОСТ 19345-83) — засыпка | 0.11-0.160 | 840 | 400-800 |
Гранит (облицовка) | 42858 | 880 | 2600-3000 |
Грунт 10% воды | 27396 | — | — |
Грунт песчаный | 42370 | 900 | — |
Грунт сухой | 0.410 | 850 | 1500 |
Гудрон | 0.30 | — | 950-1030 |
Железо | 70-80 | 450 | 7870 |
Железобетон | 42917 | 840 | 2500 |
Железобетон набивной | 20090 | 840 | 2400 |
Зола древесная | 0.150 | 750 | 780 |
Золото | 318 | 129 | 19320 |
Каменноугольная пыль | 0.1210 | — | 730 |
Камень керамический поризованный | 0.14-0.1850 | — | 810-840 |
Картон гофрированный | 0.06-0.07 | 1150 | 700 |
Картон облицовочный | 0.180 | 2300 | 1000 |
Картон парафинированный | 0.0750 | — | — |
Картон плотный | 0.1-0.230 | 1200 | 600-900 |
Картон пробковый | 0.0420 | — | 145 |
Картон строительный многослойный | 0.130 | 2390 | 650 |
Картон термоизоляционный | 0.04-0.06 | — | 500 |
Каучук натуральный | 0.180 | 1400 | 910 |
Каучук твердый | 0.160 | — | — |
Каучук фторированный | 0.055-0.06 | — | 180 |
Кедр красный | 0.095 | — | 500-570 |
Керамзит | 0.16-0.2 | 750 | 800-1000 |
Керамзитобетон легкий | 0.18-0.46 | — | 500-1200 |
Кирпич доменный (огнеупорный) | 0.5-0.8 | — | 1000-2000 |
Кирпич диатомовый | 0.8 | — | 500 |
Кирпич изоляционный | 0.14 | — | — |
Кирпич карборундовый | — | 700 | 1000-1300 |
Кирпич красный плотный | 0.67 | 840-880 | 1700-2100 |
Кирпич красный пористый | 0.440 | — | 1500 |
Кирпич клинкерный | 0.8-1.60 | — | 1800-2000 |
Кирпич кремнеземный | 0.150 | — | — |
Кирпич облицовочный | 0.930 | 880 | 1800 |
Кирпич пустотелый | 0.440 | — | — |
Кирпич силикатный | 0.5-1.3 | 750-840 | 1000-2200 |
Кирпич силикатный с тех. пустотами | 0.70 | — | — |
Кирпич силикатный щелевой | 0.40 | — | — |
Кирпич сплошной | 0.670 | — | — |
Кирпич строительный | 0.23-0.30 | 800 | 800-1500 |
Кирпич трепельный | 0.270 | 710 | 700-1300 |
Кирпич шлаковый | 0.580 | — | 1100-1400 |
Листы пробковые тяжелые | 0.05 | — | 260 |
Магнезия в форме сегментов для изоляции труб | 0.073-0.084 | — | 220-300 |
Мастика асфальтовая | 0.70 | — | 2000 |
Маты, холсты базальтовые | 0.03-0.04 | — | 25-80 |
Маты минераловатные прошивные | 0.048-0.056 | 840 | 50-125 |
Нейлон | 0.17-0.24 | 1600 | 1300 |
Опилки древесные | 0.07-0.093 | — | 200-400 |
Пакля | 0.05 | 2300 | 150 |
Панели стеновые из гипса | 0.29-0.41 | — | 600-900 |
Парафин | 0.270 | — | 870-920 |
Паркет дубовый | 0.420 | 1100 | 1800 |
Паркет штучный | 0.230 | 880 | 1150 |
Паркет щитовой | 0.170 | 880 | 700 |
Пемза | 0.11-0.16 | — | 400-700 |
Пемзобетон | 0.19-0.52 | 840 | 800-1600 |
Пенобетон | 0.12-0.350 | 840 | 300-1250 |
Пенопласт резопен ФРП-1 | 0.041-0.043 | — | 65-110 |
Пенополиуретановые панели | 0.025 | — | — |
Пеносиликальцит | 0.122-0.320 | — | 400-1200 |
Пеностекло легкое | 0.045-0.07 | — | 100..200 |
Пеностекло или газо-стекло | 0.07-0.11 | 840 | 200-400 |
Пенофол | 0.037-0.039 | — | 44-74 |
Пергамент | 0.071 | — | — |
Песок 0% влажности | 0.330 | 800 | 1500 |
Песок 10% влажности | 0.970 | — | — |
Песок 20% влажности | 12055 | — | — |
Плита пробковая | 0.043-0.055 | 1850 | 80-500 |
Плитка облицовочная, кафельная | 42856 | — | 2000 |
Полиуретан | 0.320 | — | 1200 |
Полиэтилен высокой плотности | 0.35-0.48 | 1900-2300 | 955 |
Полиэтилен низкой плотности | 0.25-0.34 | 1700 | 920 |
Поролон | 0.04 | — | 34 |
Портландцемент (раствор) | 0.470 | — | — |
Прессшпан | 0.26-0.22 | — | — |
Пробка гранулированная | 0.038 | 1800 | 45 |
Пробка минеральная на битумной основе | 0.073-0.096 | — | 270-350 |
Пробка техническая | 0.037 | 1800 | 50 |
Пробковое покрытие для полов | 0.078 | — | 540 |
Ракушечник | 0.27-0.63 | 835 | 1000-1800 |
Раствор гипсовый затирочный | 0.50 | 900 | 1200 |
Резина пористая | 0.05-0.17 | 2050 | 160-580 |
Рубероид (ГОСТ 10923-82) | 0.17 | 1680 | 600 |
Стекловата | 0.03 | 800 | 155-200 |
Стекловолокно | 0.040 | 840 | 1700-2000 |
Туфобетон | 0.29-0.64 | 840 | 1200-1800 |
Уголь каменный обыкновенный | 0.24-0.27 | — | 1200-1350 |
Шлакопемзобетон (термозитобетон) | 0.23-0.52 | 840 | 1000-1800 |
Штукатурка гипсовая | 0.30 | 840 | 800 |
Щебень из доменного шлака | 0.12-0.18 | 840 | 400-800 |
Эковата | 0.032-0.041 | 2300 | 35-60 |
Сравнение теплопроводности строительных материалов, а также их плотности и паропроницаемости представлено в таблице.
Жирным шрифтом выделены наиболее эффективные материалы, применяющиеся в строительстве домов.
Ниже представлена наглядная схема, из которой легко увидеть, какую толщину должна иметь стена из разных материалов, чтобы она удерживала одинаковое количество тепла.
Очевидно, что по этому показателю преимущество за искусственными материалами (например, пенополистиролом).
Примерно такую же картину можно увидеть, если составить диаграмму строительных материалов, которые наиболее часто применяются в работе.
При этом большое значение имеют условия окружающей среды. Ниже приведена таблица теплопроводности строительных материалов, которые эксплуатируются:
- в обычных условиях (А);
- в условиях повышенной влажности (Б);
- в условиях засушливого климата.
Данные взяты на основе соответствующих строительных норм и правил (СНиП II-3-79), а также из открытых интернет-источников (веб-страницы производителей соответствующих материалов). Если данные по конкретным условиям эксплуатации отсутствуют, то поле в таблице не заполнено.
Чем больше показатель, тем больше тепла он пропускает при прочих равных условиях. Так, у некоторых видов пенополистирола этот показатель равен 0,031, а у пенополиуретана – 0,041. С другой стороны, у бетона коэффициент на порядок выше – 1,51, следовательно, он пропускает тепло значительно лучше, чем искусственные материалы.
Сравнительные потери тепла через разные поверхности дома можно увидеть на схеме (100% — общие потери).
Очевидно, что большая часть уходит именно из стен, поэтому отделка этой части помещения – наиболее важная задача, особенно в условиях северного климата.
Видео для справки
Применение материалов с небольшой теплопроводностью в утеплении домов
В основном сегодня используются искусственные материалы – пенопласт, минеральная вата, пенополиуретан, пенополистирол и другие. Они очень эффективны, доступны по цене и достаточно легко монтируются, не требуя особых навыков работы.
- при возведении стен (требуется меньшая их толщина, поскольку основную нагрузку по сбережению тепла берут на себя именно теплоизоляционные материалы);
- при обслуживании дома (тратится меньше ресурсов на отопление).
Пенопласт
Это один из лидеров в своей категории, который широко используется в утеплении стен как снаружи, так и внутри. Коэффициент составляет примерно 0,052-0,055 Вт/(оС*м).
Как выбрать качественный утеплитель
При выборе конкретного образца важно обращать внимание на маркировке – именно она содержит все основные сведения, влияющие на свойства.
Например, ПСБ-С-15 означает следующее:
Минеральная вата
Еще один довольно распространенный утеплитель, который применяется как во внутренней, так и в наружной отделке помещений, – это минеральная вата.
Материал достаточно долговечный, недорогой и несложен в монтаже. Вместе с тем, в отличие от пенопласта, она хорошо впитывает влагу, поэтому при ее использовании необходимо применять и гидроизоляционные материалы, что удорожает монтажные работы.
Термин «теплопроводность» применяется к свойствам материалов пропускать тепловую энергию от горячих участков к холодным. Теплопроводность основана на движении частиц внутри веществ и материалов. Способность передавать энергию тепла в количественном измерении – это коэффициент теплопроводности. Круговорот тепловой энергопередачи, или тепловой обмен, может проходить в любых веществах с неравнозначным размещением разных температурных участков, но коэффициент теплопроводности зависим от давления и температуры в самом материале, а также от его состояния – газообразного, жидкого или твердого.
Физически теплопроводность материалов равняется количеству тепла, которое перетекает через однородный предмет установленных габаритов и площади за определенный временной отрезок при установленной температурной разнице (1 К). В системе СИ единичный показатель, который имеет коэффициент теплопроводности, принято измерять в Вт/(м К).
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.
При применении закона Фурье не принимают во внимание инерционность перетекания тепловой энергии, а это значит, что имеется в виду мгновенная передача тепла из любой точки на любое расстояние. Поэтому формулу нельзя использовать для расчетов передачи тепла при протекании процессов, имеющих высокую частоту повторения. Это ультразвуковое излучение, передача тепловой энергии волнами ударного или импульсного типа и т.д. Существует решение по закону Фурье с релаксационным членом:
τ х ∂ q / ∂ t = − (q + ϰ х ∇T) .
Если релаксация τ мгновенная, то формула превращается в закон Фурье.
Ориентировочная таблица теплопроводности материалов:
Основа | Значение теплопроводности, Вт/(м К) |
Жесткий графен | 4840 + / – 440 – 5300 + / – 480 |
Алмаз | 1001-2600 |
Графит | 278,4-2435 |
Бора арсенид | 200-2000 |
SiC | 490 |
Ag | 430 |
Cu | 401 |
BeO | 370 |
Au | 320 |
Al | 202-236 |
AlN | 200 |
BN | 180 |
Si | 150 |
Cu 3 Zn 2 | 97-111 |
Cr | 107 |
Fe | 92 |
Pt | 70 |
Sn | 67 |
ZnO | 54 |
Черная сталь | 47-58 |
Pb | 35,3 |
Нержавейка | Теплопроводность стали – 15 |
SiO2 | 8 |
Высококачественные термостойкие пасты | 5-12 |
Гранит (состоит из SiO 2 68-73 %; Al 2 O 3 12,0-15,5 %; Na 2 O 3,0-6,0 %; CaO 1,5-4,0 %; FeO 0,5-3,0 %; Fe 2 O 3 0,5-2,5 %; К 2 О 0,5-3,0 %; MgO 0,1-1,5 %; TiO 2 0,1-0,6 %) | 2,4 |
Бетонный раствор без заполнителей | 1,75 |
Бетонный раствор со щебнем или с гравием | 1,51 |
Базальт (состоит из SiO 2 – 47-52%, TiO 2 – 1-2,5%, Al2O 3 – 14-18%, Fe 2 O 3 – 2-5%, FeO – 6-10%, MnO – 0,1-0,2%, MgO – 5-7%, CaO – 6-12%, Na 2 O – 1,5-3%, K 2 O – 0,1-1,5%, P 2 O 5 – 0,2-0,5 %) | 1,3 |
Стекло (состоит из SiO 2 , B 2 O 3 , P 2 O 5 , TeO 2 , GeO 2 , AlF 3 и т.д.) | 1-1,15 |
Термостойкая паста КПТ-8 | 0,7 |
Бетонный раствор с наполнителем из песка, без щебня или гравия | 0,7 |
Вода чистая | 0,6 |
Силикатный или красный кирпич | 0,2-0,7 |
Масла на основе силикона | 0,16 |
Пенобетон | 0,05-0,3 |
Газобетон | 0,1-0,3 |
Дерево | Теплопроводность дерева – 0,15 |
Масла на основе нефти | 0,125 |
Снег | 0,10-0,15 |
ПП с группой горючести Г1 | 0,039-0,051 |
ЭППУ с группой горючести Г3, Г4 | 0,03-0,033 |
Стеклянная вата | 0,032-0,041 |
Вата каменная | 0,035-0,04 |
Воздушная атмосфера (300 К, 100 кПа) | 0,022 |
Гель на основе воздуха | 0,017 |
Аргон (Ar) | 0,017 |
Вакуумная среда | 0 |
Приведенная таблица теплопроводности учитывает теплопередачу посредством теплового излучения и теплообмена частиц. Так как вакуум не передает тепло, то оно перетекает при помощи солнечного излучения или другого типа генерации тепла. В газовой или жидкой среде слои с разной температурой смешиваются искусственно или естественным способом.
Проводя расчет теплопроводности стены, необходимо принимать во внимание, что теплопередача сквозь стеновые поверхности меняется от того, что температура в здании и на улице всегда разная, и зависит от площади всех поверхностей дома и от теплопроводности стройматериалов.
Чтобы количественно оценить теплопроводность, ввели такое значение, как коэффициент теплопроводности материалов. Он показывает, как тот или иной материал способен передавать тепло. Чем выше это значение, например, коэффициент теплопроводности стали, тем эффективнее сталь будет проводить тепло.
- При утеплении дома из древесины рекомендуется выбирать стройматериалы с низким коэффициентом.
- Если стена кирпичная, то при значении коэффициента 0,67 Вт/(м2 К) и толщине стены 1 м при ее площади 1 м 2 при разнице наружной и внутридомовой температуры 1 0 С кирпич будет пропускать 0,67 Вт энергии. При разнице температур 10 0 С кирпич будет пропускать 6,7 Вт и т.д.
Стандартное значение коэффициента теплопроводимости теплоизоляции и других строительных материалов верно для толщины стены 1 м. Чтобы провести расчет теплопроводности поверхности другой толщины, следует коэффициент поделить на выбранное значение толщины стены (метры).
В СНиП и при проведении расчетов фигурирует термин «тепловое сопротивление материала», он означает обратную теплопроводность. То есть при теплопроводности листа пенопласта 10 см и его теплопроводности 0,35 Вт/(м 2 К) тепловое сопротивление листа – 1 / 0,35 Вт/(м 2 К) = 2,85 (м 2 К)/Вт.
Ниже – таблица теплопроводности для востребованных строительных материалов и теплоизоляторов:
Стройматериалы | Коэффициент теплопроводимости, Вт/(м 2 К) |
Плиты из алебастра | 0,47 |
Al | 230 |
Шифер асбоцементный | 0,35 |
Асбест (волокно, ткань) | 0,15 |
Асбоцемент | 1,76 |
Асбоцементные изделия | 0,35 |
Асфальт | 0,73 |
Асфальт для напольного покрытия | 0,84 |
Бакелит | 0,24 |
Бетон с заполнителем щебнем | 1,3 |
Бетон с заполнителем песком | 0,7 |
Пористый бетон – пено- и газобетон | 1,4 |
Сплошной бетон | 1,75 |
Термоизоляционный бетон | 0,18 |
Битумная масса | 0,47 |
Бумажные материалы | 0,14 |
Рыхлая минвата | 0,046 |
Тяжелая минвата | 0,05 |
Вата – теплоизолятор на основе хлопка | 0,05 |
Вермикулит в плитах или листах | 0,1 |
Войлок | 0,046 |
Гипс | 0,35 |
Глиноземы | 2,33 |
Гравийный заполнитель | 0,93 |
Гранитный или базальтовый заполнитель | 3,5 |
Влажный грунт, 10% | 1,75 |
Влажный грунт, 20% | 2,1 |
Песчаники | 1,16 |
Сухая почва | 0,4 |
Уплотненный грунт | 1,05 |
Гудроновая масса | 0,3 |
Доска строительная | 0,15 |
Фанерные листы | 0,15 |
Твердые породы дерева | 0,2 |
ДСП | 0,2 |
Дюралюминиевые изделия | 160 |
Железобетонные изделия | 1,72 |
Зола | 0,15 |
Известняковые блоки | 1,71 |
Раствор на песке и извести | 0,87 |
Смола вспененная | 0,037 |
Природный камень | 1,4 |
Картонные листы из нескольких слоев | 0,14 |
Каучук пористый | 0,035 |
Каучук | 0,042 |
Каучук с фтором | 0,053 |
Керамзитобетонные блоки | 0,22 |
Красный кирпич | 0,13 |
Пустотелый кирпич | 0,44 |
Полнотелый кирпич | 0,81 |
Сплошной кирпич | 0,67 |
Шлакокирпич | 0,58 |
Плиты на основе кремнезема | 0,07 |
Латунные изделия | 110 |
Лед при температуре 0 0 С | 2,21 |
Лед при температуре -20 0 С | 2,44 |
Лиственное дерево при влажности 15% | 0,15 |
Медные изделия | 380 |
Мипора | 0,086 |
Опилки для засыпки | 0,096 |
Сухие опилки | 0,064 |
ПВХ | 0,19 |
Пенобетон | 0,3 |
Пенопласт марки ПС-1 | 0,036 |
Пенопласт марки ПС-4 | 0,04 |
Пенопласт марки ПХВ-1 | 0,05 |
Пенопласт марки ФРП | 0,044 |
ППУ марки ПС-Б | 0,04 |
ППУ марки ПС-БС | 0,04 |
Лист из пенополиуретана | 0,034 |
Панель из пенополиуретана | 0,024 |
Облегченное пеностекло | 0,06 |
Тяжелое вспененное стекло | 0,08 |
Пергаминовые изделия | 0,16 |
Перлитовые изделия | 0,051 |
Плиты на цементе и перлите | 0,085 |
Влажный песок 0% | 0,33 |
Влажный песок 0% | 0,97 |
Влажный песок 20% | 1,33 |
Обожженный камень | 1,52 |
Керамическая плитка | 1,03 |
Плитка марки ПМТБ-2 | 0,035 |
Полистирол | 0,081 |
Поролон | 0,04 |
Раствор на основе цемента без песка | 0,47 |
Плита из натуральной пробки | 0,042 |
Легкие листы из натуральной пробки | 0,034 |
Тяжелые листы из натуральной пробки | 0,05 |
Резиновые изделия | 0,15 |
Рубероид | 0,17 |
Сланец | 2,100 |
Снег | 1,5 |
Хвойная древесина влажностью 15% | 0,15 |
Хвойная смолистая древесина влажностью 15% | 0,23 |
Стальные изделия | 52 |
Стеклянные изделия | 1,15 |
Утеплитель стекловата | 0,05 |
Стекловолоконные утеплители | 0,034 |
Стеклотекстолитовые изделия | 0,31 |
Стружка | 0,13 |
Тефлоновое покрытие | 0,26 |
Толь | 0,24 |
Плита на основе цементного раствора | 1,93 |
Цементно-песчаный раствор | 1,24 |
Чугунные изделия | 57 |
Шлак в гранулах | 0,14 |
Шлак зольный | 0,3 |
Шлакобетонные блоки | 0,65 |
Сухие штукатурные смеси | 0,22 |
Штукатурный раствор на основе цемента | 0,95 |
Эбонитовые изделия | 0,15 |
Кроме того, необходимо учитывать теплопроводность утеплителей из-за их струйных тепловых потоков. В плотной среде возможно «переливание» квазичастиц из одного нагретого стройматериала в другой, более холодный или более теплый, через поры субмикронных размеров, что помогает распространять звук и тепло, даже если в этих порах будет абсолютный вакуум.
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 |
Строительство частного дома – очень непростой процесс от начала и до конца. Одним из основных вопросов данного процесса является выбор строительного сырья. Этот выбор должен быть очень грамотным и обдуманным, ведь от него зависит большая часть жизни в новом доме. Особняком в этом выборе стоит такое понятие, как теплопроводность материалов. От неё будет зависеть, насколько в доме будет тепло и комфортно.
Теплопроводность – это способность физических тел (и веществ, из которых они изготовлены) передавать тепловую энергию. Объясняя более простым языком, это перенос энергии от тёплого места к холодному. У некоторых веществ такой перенос будет происходить быстро (например, у большинства металлов), а у некоторых, наоборот – очень медленно (резина).
Если говорить ещё более понятно, то в некоторых случаях, материалы, имея толщину в несколько метров, будут проводить тепло гораздо лучше, чем другие материалы, с толщиной в несколько десятков сантиметров. Например, несколько сантиметров гипсокартона смогут заменить внушительную стену из кирпича.
Основываясь на этих знаниях, можно предположить, что наиболее правильным будет выбор материалов с низкими значениями этой величины , чтобы дом быстро не остывал. Для наглядности, обозначим процентное соотношение потерь тепла в разных участках дома:
От чего зависит теплопроводность?
Значения данной величины могут зависеть от нескольких факторов . Например, коэффициент теплопроводности, о котором мы поговорим отдельно, влажность строительного сырья, плотность и так далее.
- Материалы, имеющие высокие показатели плотности, имеют, в свою очередь, и высокую способность к теплоотдаче, за счёт плотного скопления молекул внутри вещества. Пористые материалы, наоборот, будут нагреваться и остывать медленнее.
- На теплопередачу оказывает влияние и влажность материалов. Если материалы промокнут, то их теплоотдача возрастёт.
- Также, сильно влияет на этот показатель структура материала. Например, дерево с поперечными и продольными волокнами будет иметь разные значения теплопроводности.
- Показатель изменяется и при изменениях таких параметров, как давление и температура. С ростом температуры он увеличивается, а с ростом давления, наоборот – уменьшается.
Коэффициент теплопроводности
Для количественной оценки такого параметра, используются специальные коэффициенты теплопроводности , строго задекларированные в СНИП. Например, коэффициент теплопроводности бетона равен 0,15-1,75 ВТ/(м*С) в зависимости от типа бетона. Где С – градусы Цельсия. На данный момент расчёт коэффициентов есть практически для всех существующих типов строительного сырья, применяющихся при строительстве. Коэффициенты теплопроводности строительных материалов очень важны в любых архитектурно-строительных работах.
Для удобного подбора материалов и их сравнения, используются специальные таблицы коэффициентов теплопроводности, разработанные по нормам СНИП(строительные нормы и правила). Теплопроводность строительных материалов , таблица на которых будет приведена ниже, очень важна при строительстве любых объектов.
- Древесные материалы. Для некоторых материалов параметры будут приведены как вдоль волокон(Индекс 1, так и поперёк – индекс 2)
- Различные типы бетона.
- Различные виды строительного и декоративного кирпича.
Расчёт толщины утеплителя
Из вышеприведённых таблиц мы видим, насколько могут отличаться коэффициенты проводимости тепла у разных материалов. Для расчёта теплосопротивления будущей стены, существует нехитрая формула , которая связывает толщину утеплителя и коэффициент его теплопроводности.
R = p / k , где R -показатель теплосопротивления, p -толщина слоя, k – коэффициент.
Из этой формулы несложно выделить и формулу расчёта толщины слоя утеплителя для требуемого теплосопротивления. P = R * k . Значение теплосопротивление разное для каждого региона. Для этих значений тоже существует специальная таблица, где их и можно посмотреть при расчёте толщины утеплителя.
Теперь приведём примеры некоторых наиболее популярных утеплителей и их технических характеристик.