Коэффициент теплового сопротивления материалов. Сравнение теплопроводности строительных материалов - изучаем важные показатели

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:

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:

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.

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.

Чтобы дом был теплым без утеплителя потребуется определенная толщина стен, которая отличается в зависимости от вида материала

Теплопроводность представляет собой процесс перемещения тепловой энергии от прогретых частей к холодным. Обменные процессы происходят до полного равновесия температурного значения.

Процесс теплопередачи характеризуется промежутком времени, в течение которого выравниваются температурные значения. Чем больше времени проходит, тем ниже теплопроводность строительных материалов, свойства которых отображает таблица. Для определения данного показателя применяется такое понятие как коэффициент теплопроводности. Он определяет, какое количество тепловой энергии проходит через единицу площади определенной поверхности. Чем данный показатель больше, тем с большей скоростью будет остывать здание. Таблица теплопроводности нужна при проектировании защиты постройки от теплопотерь. При этом можно снизить эксплуатационный бюджет.

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.

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.

1. Структура самого материала.
2. 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"

“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

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.

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.

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:

1. Конвекция теплого воздуха внутри прослойки.
2. 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.

Теплопроводность строительных материалов (таблица ее значений будет приведена в статье ниже) – это очень важный критерий, на который категорически нужно обращать внимание, во время такого этапа организации строительных работ, как: закупка сырья.

Этот показатель следует учитывать не только при возведении какого-либо объекта с нуля, а и при ремонтных работах, включающих в себя установку стен (как внешних, так и внутренних).

В основном, от теплопроводности выбранных материалов, зависит будущий уровень комфорта внутри помещения. Однако, данный критерий влияет и на некоторые технические показатели, о чем можно узнать более детально в этой статье.

Теплопроводность – определение

Перед тем, как определять коэффициент теплопроводности того, или иного материала, важно заранее знать: а что вообще представляет из себя данный термин.

Как правило, под определением «теплопроводность», принято понимать уровень теплообмена определенного материала, выраженный в ваттах/метр кельвина.

Более простым языком, данный коэффициент показывает способность получения материалом энергии от более нагретых тел, и уровень отдачи его энергии телам, с пониженной температурой. Как правило, этот показатель рассчитывается по одной, из двух основных формул: q = x*grad(T) или P=-x*.

Что влияет на теплопроводность

Коэффициент теплопроводности каждого строительного материала определяется строго индивидуально, на что следует обратить особое внимание, и зависит он от нескольких основных критериев:

• плотности;
• уровня пористости;
• строения и формы пор;
• природной температуры;
• уровня влажности;
• химической структуры (атомной группы).

К примеру, при наличии в структуре материала большого количества мелких пор, замкнутого типа, его уровень теплопроводности существенно понизится. Однако, при варианте с крупными порами, данный коэффициент будет наоборот повышен, за счет возникновения в порах конвективных воздушных потоков.

Таблица

Как было сказано ранее: каждый строительный материал имеет индивидуальный коэффициент теплопроводности, который рассчитывается исходя из некоторых характерных критериев.

Для более ясной картины, приведем в таблице примеры теплопроводности некоторых, самых распространенных материалов, используемых в строительстве:

Разновидности утепления конструкций

Вермикулит

Подбор материала для утепления любой конструкции, в первую очередь осуществляется исходя из ее типа: наружная или внутренняя. В первом варианте, в качестве утеплителя хорошо подойдут вещества, не поддающиеся воздействию погодных условий, и других внешних факторов, а именно:

• керамзит;
• перлитовый щебень.

Для большего эффекта, утеплитель можно наносить в два слоя, где вышеперечисленные материалы будут считаться защитным слоем, а в качестве основы, вполне смогут выступить:

• пенопласт;
• пеноизол;
• пенополистирол;
• пенополиуретан.

Пеноизол

Что же касается исключительно внутреннего варианта утепления конструкций, то для этого вполне сгодятся такие материалы:

• минеральная вата;
• стекловата;
• вата из базальтового волокна;

Помимо сферы применения, утеплители значительно отличаются между собой и своей стоимость, теплопроводностью, герметичностью, а также сроком службы, на что следует обратить внимание при их выборе.

При выборе утеплителя, в первую очередь, важно обращать внимание на сферу его применения. К примеру, подбирая материал утепления для наружной отделки объекта, следите за тем, чтоб его плотность была достаточно высокой, а его структура имела надежную защиту от перепадов температуры, попадания влаги, физического воздействия и т.д.

Также, старайтесь подбирать такие материалы, вес которых будет не очень большим, дабы не разрушать основу постройки. Ведь не редко, утеплитель приходится крепить на глиняную поверхность, или же поверх обычной «шубы», что вполне может стать причиной быстрого его разрушения.

Подводя итог, можно сделать вывод, что подборка подходящего материала для утепления какой-либо конструкции – процесс весьма тяжелый, требующий повышенного внимания. Помните, что в данном вопросе, лучше всего полагаться только на себя, и на свои знания, так как в большинстве случаев, консультанты магазинов могут советовать

Вам приобрести качественный дорогой утеплитель туда, где и без него вполне можно обойтись (к примеру, под линолеум, или на внутренние стенки). Поэтому, осуществляйте выбор самостоятельно, опираясь на характеристики материала, и на его качество. Также, важно помнить, что цена – это далеко не всегда важный критерий, на который стоит ориентироваться при выборе.

Смотрите в следующем видео пояснения таблицы теплопроводности материалов с примерами:

Какой толщины должен быть утеплитель, сравнение теплопроводности материалов.

• 16 января, 2006
• Опубликовано: Строительные технологии и материалы