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.
Строительство любого дома, будь то коттедж или скромный дачный домик, должно начинаться с разработки проекта. На этом этапе закладывается не только архитектурный облик будущего строения, но и его конструктивные и теплотехнические характеристики.
Основной задачей на этапе проекта будет не только разработка прочных и долговечных конструктивных решений, способных поддерживать наиболее комфортный микроклимат с минимальными затратами. Помочь определиться с выбором может сравнительная таблица теплопроводности материалов.
Понятие теплопроводности
В общих чертах процесс теплопроводности характеризуется передачей тепловой энергии от более нагретых частиц твердого тела к менее нагретым. Процесс будет идти до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие. Другими словами, пока не сравняются температуры.
Применительно к ограждающим конструкциям дома (стены, пол, потолок, крыша) процесс теплопередачи будет определяться временем, в течение которого температура внутри помещения сравняется с температурой окружающей среды.
Чем более продолжителен по времени будет этот процесс, тем помещение будет более комфортным по ощущениям и экономичным по эксплуатационным расходам.
Численно процесс переноса тепла характеризуется коэффициентом теплопроводности. Физический смысл коэффициента показывает, какое количество тепла за единицу времени проходит через единицу поверхности. Т.е. чем выше значение этого показателя, тем лучше проводится тепло, значит, тем быстрее будет происходить процесс теплообмена.
Соответственно, на этапе проектных работ необходимо спроектировать конструкции, теплопроводность которых должна иметь по возможности наименьшее значение.
Вернуться к оглавлению
Факторы, влияющие на величину теплопроводности
Теплопроводность материалов, используемых в строительстве, зависит от их параметров:
- Пористость - наличие пор в структуре материала нарушает его однородность. При прохождении теплового потока часть энергии передается через объем, занятый порами и заполненный воздухом. Принято за отсчетную точку принимать теплопроводность сухого воздуха (0,02 Вт/(м*°С)). Соответственно, чем больший объем будет занят воздушными порами, тем меньше будет теплопроводность материала.
- Структура пор - малый размер пор и их замкнутый характер способствуют снижению скорости теплового потока. В случае использования материалов с крупными сообщающимися порами в дополнение к теплопроводности в процессе переноса тепла будут участвовать процессы передачи тепла конвекцией.
- Плотность - при больших значениях частицы более тесно взаимодействуют друг с другом и в большей степени способствуют передаче тепловой энергии. В общем случае значения теплопроводности материала в зависимости от его плотности определяются либо на основе справочных данных, либо эмпирически.
- Влажность - значение теплопроводности для воды составляет (0,6 Вт/(м*°С)). При намокании стеновых конструкций или утеплителя происходит вытеснение сухого воздуха из пор и замещение его каплями жидкости или насыщенным влажным воздухом. Теплопроводность в этом случае значительно увеличится.
- Влияние температуры на теплопроводность материала отражается через формулу:
λ=λо*(1+b*t), (1)
где, λо - коэффициент теплопроводности при температуре 0 °С, Вт/м*°С;
b - справочная величина температурного коэффициента;
t - температура.
Вернуться к оглавлению
Практическое применение значения теплопроводности строительных материалов
Из понятия теплопроводности напрямую вытекает понятие толщины слоя материала для получения необходимого значения сопротивления теплового потока. Тепловое сопротивление - нормируемая величина.
Упрощенная формула, определяющая толщину слоя, будет иметь вид:
где, H - толщина слоя, м;
R - сопротивление теплопередаче, (м2*°С)/Вт;
λ - коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°С).
Данная формула применительно к стене или перекрытию имеет следующие допущения:
- ограждающая конструкция имеет однородное монолитное строение;
- используемые стройматериалы имеют естественную влажность.
При проектировании необходимые нормируемые и справочные данные берутся из нормативной документации:
- СНиП23-01-99 - Строительная климатология;
- СНиП 23-02-2003 - Тепловая защита зданий;
- СП 23-101-2004 - Проектирование тепловой защиты зданий.
Вернуться к оглавлению
Теплопроводность материалов: параметры
Принято условное разделение материалов, применяемых в строительстве, на конструкционные и теплоизоляционные.
Конструкционные материалы применяются для возведения ограждающих конструкций (стен, перегородок, перекрытий). Они отличаются большими значениями теплопроводности.
Значения коэффициентов теплопроводности сведены в таблицу 1:
Таблица 1
Подставляя в формулу (2) данные, взятые из нормативной документации, и данные из Таблицы 1, можно получить требуемую толщину стен для конкретного климатического района.
При выполнении стен только из конструкционных материалов без использования теплоизоляции их необходимая толщина (в случае использования железобетона) может достигать нескольких метров. Конструкция в этом случае получится непомерно большой и громоздкой.
Допускают возведение стен без использования дополнительного утепления, пожалуй, только пенобетон и дерево. И даже в этом случае толщина стены достигает полуметра.
Теплоизоляционные материалы имеют достаточно малые величины значения коэффициента теплопроводности.
Основной их диапазон лежит в пределах от 0,03 до 0,07 Вт/(м*°С). Наиболее распространенные материалы - это экструдированный пенополистирол, минеральная вата, пенопласт, стекловата, утепляющие материалы на основе пенополиуретана. Их использование позволяет значительно снизить толщину ограждающих конструкций.
Теплопроводность - способность материала передавать тепло от одной своей части к другой в силу теплового движения молекул. Передача тепла в материале осуществляется кондукцией (путем контакта частиц материала), конвекцией (движением воздуха или другого газа в порах материала) и лучеиспусканием.
Теплопроводность зависит от средней плотности материала, его структуры, пористости, влажности и средней температуры слоя материала. С увеличением средней плотности материала, теплопроводность возрастает. Чем выше пористость, т.е. меньше средняя плотность материала, тем ниже теплопроводность. С увеличением влажности материала теплопроводность резко возрастает, при этом понижаются его теплоизоляционные свойства. Поэтому все теплоизоляционные материалы в теплоизоляционной конструкции защищают от попадания влаги покровным слоем - пароизоляция.
Сравнительные данные строительных материалов с одинаковой теплопроводностью
Коэффициент теплопроводности материалов
|
Материал |
Коэффициент теплопроводности, Вт/м*К |
| Алебастровые плиты | 0,47 |
| Асбест (шифер) | 0,35 |
| Асбест волокнистый | 0,15 |
| Асбестоцемент | 1,76 |
| Асбоцементные плиты | 0,35 |
| Бетон термоизоляционный | 0,18 |
| Битум | 0,47 |
| Бумага | 0,14 |
| Вата минеральная легкая | 0,045 |
| Вата минеральная тяжелая | 0,055 |
| Вата хлопковая | 0,055 |
| Вермикулитовые листы | 0,1 |
| Войлок шерстяной | 0,045 |
| Гипс строительный | 0,35 |
| Глинозем | 2,33 |
| Гравий (наполнитель) | 0,93 |
| Гранит, базальт | 3,5 |
| Грунт 10% воды | 1,75 |
| Грунт 20% воды | 2,1 |
| Грунт песчаный | 1,16 |
| Грунт сухой | 0,4 |
| Грунт утрамбованный | 1,05 |
| Гудрон | 0,3 |
| Древесина - доски | 0,15 |
| Древесина - фанера | 0,15 |
| Древесина твердых пород | 0,2 |
| Древесно-стружечная плита ДСП | 0,2 |
| Зола древесная | 0,15 |
| Ипорка (вспененная смола) | 0,038 |
| Камень | 1,4 |
| Картон строительный многослойный | 0,13 |
| Каучук вспененный | 0,03 |
| Каучук натуральный | 0,042 |
| Каучук фторированный | 0,055 |
| Керамзитобетон | 0,2 |
| Кирпич кремнеземный | 0,15 |
| Кирпич пустотелый | 0,44 |
| Кирпич силикатный | 0,81 |
| Кирпич сплошной | 0,67 |
| Кирпич шлаковый | 0,58 |
| Кремнезистые плиты | 0,07 |
| Опилки - засыпка | 0,095 |
| Опилки древесные сухие | 0,065 |
| ПВХ | 0,19 |
| Пенобетон | 0,3 |
| Пенопласт | 0,037 |
| Пенополистирол ПС-Б | 0,04 |
| Пенополиуретановые листы | 0,035 |
| Пенополиуретановые панели | 0,025 |
| Пеностекло легкое | 0,06 |
| Пеностекло тяжелое | 0,08 |
| Пергамин | 0,17 |
| Перлит | 0,05 |
| Перлито-цементные плиты | 0,08 |
| Песок | |
| 0% влажности | 0,33 |
| 10% влажности | 0,97 |
| 20% влажности | 1,33 |
| Песчаник обожженный | 1,5 |
| Плитка облицовочная | 105 |
| Плитка термоизоляционная | 0,036 |
| Полистирол | 0,082 |
| Поролон | 0,04 |
| Пробковая плита | 0,043 |
| Пробковые листы легкие | 0,035 |
| Пробковые листы тяжелые | 0,05 |
| Резина | 0,15 |
| Рубероид | 0,17 |
| Сосна обыкновенная, ель, пихта (450...550 кг/куб.м, 15% влажности) | 0,15 |
| Сосна смолистая (600...750 кг/куб.м, 15% влажности) | 0,23 |
| Стекло | 1,15 |
| Стекловата | 0,05 |
| Стекловолокно | 0,036 |
| Стеклотекстолит | 0,3 |
| Толь бумажный | 0,23 |
| Цементные плиты | 1,92 |
| Цемент-песок раствор | 1,2 |
| Чугун | 56 |
| Шлак гранулированный | 0,15 |
| Шлак котельный | 0,29 |
| Шлакобетон | 0,6 |
| Штукатурка сухая | 0,21 |
| Штукатурка цементная | 0,9 |
| Эбонит | 0,16 |
| Эбонит вспученный | 0,03 |
| Липа, береза, клен, дуб (15% влажности) | 0,15 |
Отправим материал вам на e-mail
Любые строительные работы начинаются с создания проекта. При этом планируется как расположение комнат в здании, так и рассчитываются главные теплотехнические показатели. От данных значений зависит, насколько будущая постройка будет теплой, долговечной и экономичной. Позволит определить теплопроводность строительных материалов – таблица, в которой отображены основные коэффициенты. Правильные расчеты являются гарантией удачного строительства и создания благоприятного микроклимата в помещении.
Поэтому при возведении постройки стоит использовать дополнительные материалы. При этом значение имеет теплопроводность строительных материалов, таблица показывает все значения.
Полезная информация! Для построек из древесины и пенобетона не обязательно использовать дополнительное утепление. Даже применяя низкопроводной материал, толщина сооружения не должна быть менее 50 см.
Особенности теплопроводности готового строения
Планируя проект будущего дома, нужно обязательно учесть возможные потери тепловой энергии. Большая часть тепла уходит через двери, окна, стены, крышу и полы.
Если не выполнять расчеты по теплосбережению дома, то в помещении будет прохладно. Рекомендуется постройки из , бетона и камня дополнительно утеплять.
Полезный совет! Перед тем как утеплять жилище, необходимо продумать качественную гидроизоляцию. При этом даже повышенная влажность не повлияет на особенности теплоизоляции в помещении.
Разновидности утепления конструкций
Теплое здание получится при оптимальном сочетании конструкции из прочных материалов и качественного теплоизолирующего слоя. К подобным сооружениям можно отнести следующие:
- здание из стандартных материалов: шлакоблоков или кирпича. При этом утепление часто проводится по наружной стороне.
Как определить коэффициенты теплопроводности строительных материалов: таблица
Помогает определить коэффициент теплопроводности строительных материалов – таблица. В ней собраны все значения самых распространенных материалов. Используя подобные данные, можно рассчитать толщину стен и используемый утеплитель. Таблица значений теплопроводности:
Чтобы определить величину теплопроводности используются специальные ГОСТы. Значение данного показателя отличается в зависимости от вида бетона. Если материал имеет показатель 1,75, то пористый состав обладает значением 1,4. Если раствор выполнен с применением каменного щебня, то его значение 1,3.
Потери через потолочные конструкции значительны для проживающих на последних этажах. К слабым участкам относится пространство между перекрытиями и стеной. Подобные участки считаются мостиками холода. Если над квартирой присутствует технический этаж, то при этом потери тепловой энергии меньше.
На верхнем этаже производится снаружи. Также потолок можно утеплить внутри квартиры. Для этого применяется пенополистирол или теплоизоляционные плиты.
Прежде чем утеплять любые поверхности, стоит узнать теплопроводность строительных материалов, таблица СНиПа поможет в этом. Утеплять напольное покрытие не так сложно как другие поверхности. В качестве утепляющих материалов применяются такие материалы как керамзит, стекловата ил пенополистирол.
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.