Таблица материалов по теплопроводности по толщине: Теплопроводность строительных материалов — основные понятия, табличные значения, расчеты – Сравнение теплопроводности строительных материалов по толщине (таблица)

Содержание

Сравнение теплопроводности строительных материалов по толщине (таблица)

Когда имеется в виду теплопроводность строительных материалов, подразумевают характеристику тела, выраженную в цифрах, о способности проводить тепло. Чтобы проводить сравнение показателей расчетов во время строительства, была разработана специальная таблица теплопроводности. Согласно ее данным можно подобрать нужную прочность материала, определить паропроницаемость основной массы строительных материалов.

Схема теплопроводности и толщины материалов.

Важные сведения о теплопроводности

Процесс перехода тепла, происходящий между молекулами однородного тела, обладающими различной температурой, называется теплопроводностью строительных материалов. В рамках данного процесса мельчайшие частицы, из которых состоит тело, активно обмениваются энергией атомов. При этом атомы тела начинают быстро и хаотично двигаться. Такому тепловому обмену подвержено любое физическое тело, в котором имеет место неодинаковое распределение температуры. Механизм теплопроводности во многом зависит от состояния вещества в конкретный момент.

Каждое вещество по-разному проводит тепло. Для измерения был введен коэффициент, который показывает величину удельной теплопроводности. Цифровое выражение этой характеристики соответствует количеству тепла, проходящему через материал толщиной в 1 м.

Таблица теплопроводности утеплителей.

Несколько десятилетий назад ученые считали, что передача тепловой энергии зависит от перехода тепла из одного тела в другое. Проведенные исследования опровергли это мнение. Сегодня теплопроводность представляет собой естественное желание объектов получить термодинамическое равновесие. Это происходит после выравнивания температуры тела.

Строительные материалы с высокой пористостью отличаются низкой теплопроводностью. Ее нельзя сравнивать с теплопроводностью, которой обладают строительные материалы высокой плотности. Тепловой поток данных материалов движется сквозь поры, которые заполнены воздухом. Благодаря низкой воздушной теплопроводности возникает мощное сопротивление направленному движению тепла. Когда пористость материалов одинакова, теплопроводность будет ниже у материала, имеющего самый маленький диаметр пор. Если поры имеют большие размеры, передача тепла происходит за счет конвекции. Передвижение теплоты ускоряется, если имеются сообщающиеся большие поры.

Когда проводится проектирование теплоизоляции, необходимо помнить, что, если будет иметь место повышенная влажность, теплопроводность самих строительных материалов увеличивается в разы. Это связано с тем, что поры, в которые попала вода, намного лучше пропускают тепло.

Влияет на теплопроводность структура материала. Направление волокон материала делает теплопроводность различной. Например, у дерева, имеющего волокна, расположенные вдоль, термическое сопротивление намного меньше, чем у древесины, у которой волокна расположены поперек. Следовательно, теплопроводность паркетного пола сильно уступает такому же показателю пола, сделанному из другого дерева.

Схема сравнения теплопроводности стен из газобетона и кирпича.

Такую зависимость нужно учесть, когда применяются слоистые материалы.

Сегодня можно смело утверждать, что теплопроводность — одно из важнейших качеств строительных материалов, которые применяются для строительства:

  • стен;
  • перекрытий;
  • изоляции;
  • холодильников;
  • котлов.

От правильного использования теплоизоляционных материалов, из которых делаются ограждающие конструкции, во многом зависят денежные расходы при оплате отопления зимой.

Вернуться к оглавлению

Значение коэффициента теплопроводности строительных материалов

Он равен количеству теплоты, которое проходит сквозь материал, имеющий толщину 1 м, в течение одного часа. Причем температура может отличаться на противоположных сторонах только на один градус. Сам параметр измеряется в ваттах.

Применение такого параметра было вызвано требованиями правильного выбора фасада, чтобы получить максимальную теплоизоляцию. Только соблюдение этого условия позволит чувствовать себя комфортно жильцам здания. Кроме того, данный аспект помогает выбрать вещество для дополнительного утепления здания. Ошибки расчета в данном случае недопустимы, так как может произойти сдвиг точки росы, стены начнут мокнуть. В таком доме всегда холодно, он полон сырости.

В основном теплопроводность — это показатель степени теплоизоляции. Конечно, ее можно считать важнейшим параметром во время строительства. Именно данный параметр помогает построить дом теплым и уютным.

Использование коэффициента теплопроводности имеет под собой веские основания. Сегодня наиболее актуальной является проблема сохранения тепла помещений, строящихся зданий. Разговор касается самой обычной экономии.

Ведь для сохранения нормальной температуры жилого здания требуется много топлива.

При плохой теплоизоляции топлива потребуется намного больше.

Вернуться к оглавлению

Теплопроводность современных строительных материалов

Свойства и классификация современных строительных материалов.

Совсем недавно лучшие теплоизоляционные параметры имели деревянные дома. К примеру, сосна имеет коэффициент теплопроводности 0,18 Вт/м* К. Однако на данный показатель могут оказать влияние самые разные нюансы. Очень важна при этом величина плотности древесины, показатель влажности. Поэтому, когда строится дом из бревен, их предварительно подвергают специальной подготовке.

Всякая древесина обладает индивидуальными характеристиками теплопроводности. Например, сосновый брус сделает дом весьма теплым, зато осина не подходит для возведения дома.

Новейшие технологии помогли получить новейший материал, получивший название газосиликат. Он состоит из бетонной основы, куда была добавлена алюминиевая пудра. В результате получилась пористая структура. Воздушные камеры намного увеличивают значение коэффициента теплопроводности. У газосиликата он превзошел показатель древесины и достиг 0,12 Вт/м* К, при плотности материала около 500 кг/м³. Более низкая теплопроводность у пенобетона — 0,38 Вт/м* К.

Однако даже при такой разнице стоимость газосиликата намного выше стоимости пенобетона. В связи с этим пенобетон получил большую популярность.

Классическим материалом при строительстве зданий является кирпич. За счет огромного многообразия этого материала, разных форм и габаритов, теплопроводность также имеет различные показатели.

Таблица теплопроводности утеплителей.

При выборе конкретного вида материалов нужно обязательно учитывать, как будет эксплуатироваться здание, какой климат в месте расположения дома. Эти параметры будут являться главными характеристиками, когда проводится анализ данных строительных материалов. Важнейшим считается коэффициент теплопроводности.

Когда строятся архитектурные здания, запрещается иметь большую теплопроводность строительного материала. Чем выше показатель теплопроводности, тем хуже теплоизоляционные свойства материала. Именно они поддерживают определенную температуру в помещении.

Когда строительные материалы имеют низкую теплопроводность, в помещении сохраняется комнатная температура, независимо от погоды за окном. Это происходит из-за появления диффузии между частицами, имеющими разную температуру.

Вернуться к оглавлению

Как на практике применяется низкая теплопроводность?

Новейшие технологии изготовления теплоизолирующих материалов открывают много возможностей для работы строительной индустрии. Совсем необязательно в наше время иметь дома, у которых стены отличаются большим значением толщины. Чтобы здание стало энергоэффективным, можно при строительстве совмещать различные виды материалов.

Кирпич отличается низкой теплопроводностью. Для компенсации применяют дополнительный утеплитель. С этой целью часто используют пенополистирол. Данный материал обладает коэффициентом теплопроводности, равным 0,03 Вт/м град.

Сегодня вместо очень дорогостоящих кирпичных домов, имеющих низкую эффективность энергосбережения, различных видов каркасного строительства, монолитных зданий, стены которых делаются из тяжелого бетона, воздвигаются здания с применением ячеистого бетона. Технологические характеристики этого материала аналогичны параметрам древесины.

Дом из такого материала никогда не имеет промерзших стен, даже когда на улице лютые морозы.

Источник

Таблица теплопроводности строительных материалов

Таблица теплопроводности конструкционных материалов

Таблица теплопроводности строительных материалов необходима при проектировании защиты здания от теплопотерь согласно нормативам СНиП от 2003 года под номером 23-02. Этими мероприятиями обеспечивается снижение эксплуатационного бюджета, поддержание круглогодичного комфортного микроклимата внутри помещений. Для удобства пользователей все данные сведены в таблицы, даны параметры для нормальной эксплуатации, условий повышенной влажности, так как, некоторые материалы при увеличении этого параметра резко снижают свойства.

Таблица теплопроводности строительных материалов

Теплопотери сквозь конструкционные материалы

Теплопроводность является одним из способов потерь тепла жилыми помещениями. Эта характеристика выражается количеством тепла, способным проникнуть сквозь единицу площади материала (1 м2) за секунду при стандартной толщине слоя (1 м). Физики объясняют выравнивание температур различных тел, объектов путем теплопроводности природным стремлением к термодинамическому равновесию всех материальных веществ.

Таким образом, каждый индивидуальный застройщик, отапливая помещение в зимний период, получает потери тепловой энергии, уходящей из жилища сквозь наружные стены, полы, окна, кровлю. Чтобы сократить расход энергоносителя для обогрева помещений, сохранив внутри них комфортный для эксплуатации микроклимат, необходимо рассчитать толщину всех ограждающих конструкций на этапе проектирования. Это позволит сократить бюджет строительства.

Таблица теплопроводности строительных материалов позволяет использовать точные коэффициенты для стеновых конструкционных материалов. Нормативы СНиП регламентируют сопротивление фасадов коттеджа передаче тепла холодному воздуху улицы в пределах 3,2 единиц. Перемножив эти значения, можно получить необходимую толщину стены, чтобы определиться с количеством материала.

Сравнительная таблица теплопроводности строительных материалов

Например, при выборе ячеистого бетона с коэффициентом 0,12 единиц достаточно кладки в один блок длиной 0,4 м. используя более дешевые блоки из этого же материала с коэффициентом 0,16 единиц, потребуется сделать стену толще – 0,52 м. Коэффициент теплопроводности сосны, ели составляет 0,18 единиц. Поэтому, для соблюдения условия сопротивления теплопередаче 3,2, потребуется 57 см брус, которого не существует в природе. При выборе кирпичной кладки с коэффициентом 0,81 единица толщина наружных стен грозит увеличением до 2,6 м, железобетонных конструкций – до 6,5 м.

Сравнительная толщина слоя разных стройматериалов для достижения необходимого теплосопротивления стен

На практике стены изготавливают многослойными, закладывая внутрь слой утеплителя или обшивая теплоизолятором наружную поверхность. У этих материалов коэффициент теплопроводности гораздо ниже, что позволяет уменьшить толщину многократно. Конструкционный материал обеспечивает прочность здания, теплоизолятор снижает теплопотери до приемлемого уровня. Современные облицовочные материалы, используемые на фасадах, внутренних стенах, так же обладают сопротивлением теплопотерям. Поэтому, в расчетах учитываются все слои будущих стен.

Многослойная кирпичная стена здания

Вышеуказанные расчеты будут неточными если не учесть наличие в каждой стене коттеджа светопрозрачных конструкций. Таблица теплопроводности строительных материалов в нормативах СНиП обеспечивает легкий доступ к коэффициентам теплопроводности данных материалов.

Фрагмент таблицы теплопроводности строительных материалов

Пример расчета толщины стены по теплопроводности

При выборе типового или индивидуального проекта застройщик получает комплект документации, необходимый для возведения стен. Силовые конструкции в обязательном порядке просчитаны на прочность с учетом ветровых, снеговых, эксплуатационных, конструкционных нагрузок. Толщина стен учитывает характеристики материала каждого слоя, поэтому, теплопотери гарантированно будут ниже допустимых норм СНиП. В этом случае заказчик может предъявить претензии организации, занимавшейся проектированием, при отсутствии необходимого эффекта в процессе эксплуатации жилища.

Тепловой расчет коттеджа в составе проектной документации

Однако, при строительстве дачи, садового домика многие владельцы предпочитают экономить на приобретении проектной документации. В этом случае расчеты толщины стен можно произвести самостоятельно. Специалисты не рекомендуют пользоваться сервисами на сайтах компаний, реализующих конструкционные материалы, утеплители. Многие из них завышают в калькуляторах значения коэффициентов теплопроводности стандартных материалов для представления собственной продукции в выгодном свете. Подобнее ошибки в расчетах чреваты для застройщика снижением комфортности внутренних помещений в холодный период.

Пример рекламы производителя теплых блоков

Самостоятельный расчет не представляет сложностей, используется ограниченное количество формул, нормативных значений:

  • теплосопротивление стены – 3,5 либо больше этого числа (согласно СНиП), является суммой теплосопротивлений всех слоев, из которых состоит несущая стена
  • коэффициент теплопроводности строительных материалов – каждый производитель конструкционного материала, светопрозрачных конструкций, утеплителя указывает его в обязательном порядке, однако, лучше дополнительно свериться с таблицей в нормативах СНиП
  • теплосопротивление отдельного слоя стены – вычисляется путем умножения толщины слоя (м) на коэффициент теплопроводности материала

Тепловые потери через отдельные конструкции здания

Например, чтобы привести толщину кирпичной стены в соответствие с нормативным теплосопротивлением, потребуется умножить коэффициент для этого материала, взятый из таблицы на нормативное теплосопротивление:

0,76 х 3,5 = 2,66 м

Подобная крепость излишне затратна для любого застройщика, поэтому, следует снизить толщину кладки до приемлемых 38 см, добавив утеплитель:

  • облицовка в полкирпича 12,5 см
  • внутренняя стена в кирпич 25 см

Теплосопротивление кирпичной кладки в этом случае составит 0,38/0,76 = 0,5 единиц. Вычитая из нормативного параметра полученный результат, получаем необходимое теплосопротивление слоя утеплителя:

3,5 – 0,5 = 3 единицы

При выборе базальтовой ваты с коэффициентом 0,039 единиц, получаем слой толщиной:

3 х 0,039 = 11,7 см

Наружное утепление базальтовой ватой

Отдав предпочтение экструдированному пенополистиролу с коэффициентом 0,037 единиц, снижаем слой утеплителя до:

3 х 0,037 = 11,1 см

Наружное утепление экструдированным пенополистиролом

На практике, можно выбрать 12 см для гарантированного запаса либо обойтись 10 см, учитывая наружные, внутренние облицовки стен, так же обладающие теплосопротивлением. Необходимый запас можно добрать без использования конструкционных материалов либо утеплителей, изменив конструкцию кладки. Замкнутые пространства воздушных прослоек внутри некоторых типов облегченных кладок так же обладают теплосопротивлением.

Их теплопроводность можно узнать из нижеприведенной таблицы, находящейся в СНиП.

Теплопроводность воздушной прослойки в стене

Например, 10 см прослойка замкнутого контура обеспечивает теплоспопротивление 0,18 либо 0,15 единиц при отрицательных, положительных температурах, соответственно. Сантиметровый воздушный зазор добавляет несущей стене 0,15 или 0,13 единиц теплосопротивления (зимой, летом, соответственно).

Что такое «точка росы»

На завершающем этапе вычислений потребуется правильно расположить утеплитель, коробки оконных блоков в толще стен. Это необходимо для смещения точки росы наружу, в противном случае избавиться от влаги на стеклах, внутренних стенах с началом отопительного сезона не получится.

Точкой росы называют температурный барьер, при достижении которого из теплого воздуха в эксплуатируемом помещении, имеющим высокую относительную влажность, начинает конденсироваться вода. Для увеличения ресурса силовых конструкций точку росы необходимо вывести за наружную поверхность стены, чтобы кирпич. Древесина, бетон не разрушался под действием влаги.

Точка росы теплового контура здания

Кроме того, смещение точки росы внутрь слоя утеплителя приведет к увеличению расхода энергоносителя для обогрева жилища уже на третий сезон эксплуатации. Тплоизолятор намокнет, снизится его теплосопротивление.

Неправильная установка оконных блоков приводит к аналогичной ситуации – откосы будут стабильно влажными всю зиму. Поэтому, нормативы СНиП рекомендуют смещение внутренней плоскости оконного блока:

  • заподлицо с внутренней стеной в срубах, кирпичных коттеджах с кладкой в 1,5 кирпича
  • отступ от наружной плоскости стены от 12,5 см при значительной толщине кладки

Правильное расположение оконного блока в толще проема стены

Выбор конструкционных, облицовочных, теплоизоляционных материалов должен осуществляться комплексно. Паропропускная способность отдельных слоев стены должна снижаться изнутри наружу. Принцип этого метода становится понятнее на простом примере:

  • если облицевать фасады коттеджа, выложенные из газобетонных блоков, керамическим кирпичом, клинкером без вентиляционного зазора
  • влажный воздух из помещений свободно преодолеет материал стены, будет остановлен облицовкой
  • блоки начнут разрушаться в агрессивной среде, снизится ресурс здания

Промерзание окна зимой

Кроме того, замерзающая нутрии блоков вода будет расширяться, дополнительно разрушая кладку, ослабляя силовой каркас коттеджа. Проблема решается заменой керамики на сайдинг, деревянные облицовки либо созданием вентиляционного зазора, через который влага сможет отводиться воздушными массами.

Присоединяйтесь к обсуждению!

Нам было бы интересно узнать вашу точку зрения, оставьте свое мнение в комментариях 😼

Толщина утеплителя, сравнение теплопроводности материалов ГК ВЕРИ

Перейти к содержимому Меню
  • БЛОГ +Переключатель меню
    • О компании ВЕРИ САМАРА
    • Социальная активность
    • Статьи и Публикации на различные темы
    • Полезная информация
    • Специальные предложения
    • OUTSOURCE
    • ВЫПОЛНЕНО НАМИПереключатель меню
      • Выполненные объекты по штукатурке стен в Самаре
      • Выполненные объекты по полусухой стяжке пола
      • Выполненные объекты по нанесению полимочевины
  • Штукатурка
    стенПереключатель меню
    • Калькулятор штукатурки стен
    • Расценки на штукатурку стен
    • Преимущество штукатурки
    • Технологическая карта по штукатурке стен
    • Нормы и правила штукатурка
    • Экономический эффект
    • Полезная информация штукатуркаПереключатель меню
      • Технологические правила нанесения гипсовой штукатурки в неотапливаемых помещениях
  • Полусухая
    стяжкаПереключатель меню
    • Калькулятор полусухой стяжки пола
    • Расценки на полусухую стяжку
    • Преимущества технологии
    • Технологическая карта
    • Нормы и правила стяжка пола
    • Тех условия на стяжку
    • Полезная информация стяжка пола
  • Утепление
    ППУПереключатель меню
    • Расценки на утепление пенополиуретаном
    • Преимущество утепления пенополиуретаном
    • Технологическая карта на утепление ППУ
    • Регламент на утепление пенополиуретаном (ППУ)
    • Сфера применения пенополиуретанаПереключатель меню
      • Утепление ангаров и складов пенополиуретаном (ППУ)
      • Утепление водопровода, трубопроводов, теплотрасс и тепловых камер

      • Утепление балкона пенополиуретаном
    • Полезная информация по утеплению пенополиуретаном
  • Гидроизоляция
    ПолимочевинойПереключатель меню
    • Расценки на гидроизоляцию полимочевиной
    • Преимущество применения полимочевины
    • Технологическая карта по нанесению покрытия из полимочевины
    • Сфера применения полимочевины
    • Полезная информация по нанесению полимочевины
  • Доп.
    услугиПереключатель меню

Таблица теплопроводности строительных материалов, сравнительный анализ

Что такое теплопроводность? Знать об этой величине необходимо не только профессионалам-строителям, но и простым обывателям, решившим самостоятельно построить дом.

Каждый материал, используемый в строительстве, имеет свой показатель этой величины. Самое низкое его значение – у утеплителей, самое высокое – у металлов. Поэтому необходимо знать формулу, которая поможет рассчитать толщину как возводимых стен, так и теплоизоляции, чтобы получить в итоге уютный дом.

Сравнение проводимости тепла у самых распространённых утеплителей

Чтобы иметь представление о проводимости тепла разных материалов, предназначенных для утепления, нужно сравнить их коэффициенты (Вт/м*К), приведённые в следующей таблице:

Номер п/п Название утеплителя Коэффициент теплопроводности по СНиП
 1. Керамзит 0,099 – 0,19
 2. Глина 0,5
 3. Саман 0,3
 4. Минеральная вата 0,036 – 0,048
 5. Пенопласт 0,036 – 0,05
 6. Пеноплекс 0,029 – 0,031
 7. Эковата 0,037 – 0,042
 8. Пеноизол 0,028 – 0,038
 9. Пенополиуретан 0,019 – 0,05

Как видно из вышеприведённых данных, показатель проводимости тепла таких строительных материалов, как теплоизоляционные, варьируется от минимального (0,019) до максимального (0,5). Все теплоизоляционные материалы имеют определённый разброс показаний. СНиПы описывают каждый из них в нескольких видах – в сухом, нормальном и влажном. Минимальный коэффициент проводимости тепла соответствует сухому состоянию, максимальный – влажному.

Если задумано индивидуальное строительство

При возведении дома важно учитывать технические характеристики всех составляющих (материала для стен, кладочного раствора, будущего утепления, гидроизоляционных и пароотводящих плёнок, финишной отделки).

Для понимания, какие стены наилучшим образом будут сохранять тепло, нужно проанализировать коэффициент теплопроводности не только материала для стен, но и строительного раствора, что видно из таблицы ниже:

Номер п/п Материал для стен, строительный раствор Коэффициент теплопроводности по СНиП
 1. Кирпич 0,35 – 0,87
 2. Саманные блоки 0,1 – 0,44
 3. Бетон 1,51 – 1,86
 4. Пенобетон и газобетон на основе цемента 0,11 – 0,43
 5. Пенобетон и газобетон на основе извести 0,13 – 0,55
 6. Ячеистый бетон 0,08 – 0,26
 7. Керамические блоки 0,14 – 0,18
 8. Строительный раствор цементно-песчаный 0,58 – 0,93
 9. Строительный раствор с добавлением извести 0,47 – 0,81

Важно. Из приведённых в таблице данных видно, что у каждого строительного материала довольно большой разброс в показателях коэффициента теплопроводности.

Это связано с несколькими причинами:

  • Плотность. Все утеплители выпускаются или укладываются (пеноизол, эковата) различной плотности. Чем ниже плотность (больше присутствует воздуха в теплоизоляционной структуре), тем ниже проводимость тепла. И, наоборот, у очень плотных утеплителей этот коэффициент выше.
  • Вещество, из которого производят (основа). Например, кирпич бывает силикатным, керамическим, глиняным. От этого зависит и коэффициент теплопроводности.
  • Количество пустот. Это касается кирпича (пустотелый и полнотелый) и теплоизоляции. Воздух – самый худший проводник тепла. Коэффициент его теплопроводимости – 0,026. Чем больше пустот, тем ниже этот показатель.

Строительный раствор хорошо проводит тепло, поэтому любые стены рекомендуется утеплять.

Если объяснять на пальцах

Для наглядности и понимания, что такое теплопроводность, можно сравнить кирпичную стену, толщиной 2 м 10 см с другими материалами. Таким образом, 2,1 метра кирпича, сложенного в стену на обычном цементно-песчаном растворе равны:

  • стене толщиной 0,9 м из керамзитобетона;
  • брусу, диаметром 0,53 м;
  • стене, толщиной 0,44 м из газобетона.

Если речь заходит от таких распространённых утеплителях, как минеральная вата и пенополистирол, то потребуется всего 0,18 м первой теплоизоляции или 0,12 м второй, чтобы значения теплопроводности огромной кирпичной стены оказались равными тонюсенькому слою теплоизоляции.

Сравнительная характеристика теплопроводности утеплительных, строительных и отделочных материалов, которую можно произвести, изучив СНиПы, позволяет проанализировать и правильно составить утеплительный пирог (основание, утеплитель, финишная отделка). Чем ниже теплопроводность, тем выше цена. Ярким примером могут послужить стены дома, сложенные из керамических блоков или обычного высококачественного кирпича. Первые имеют теплопроводность всего 0,14 – 0,18 и стоят намного дороже любого, самого лучшего кирпича.

Нравится?

Посмотрите похожие статьи:

Коэффициент теплопроводности материалов таблица, формулы

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.Эквивалентная теплопроводимость строительных материалов и утеплителей

 

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.
Перенос тепла в неравновесной термодинамической системе

 

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

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

 

Электропроводность и коэффициент теплопередачи

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

Κ / σ = π2 / 3 х (К / e)2 х T, где:

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

Коэффициент теплопроводности газовой среды

В газовой среде коэффициент теплопроводности воздуха может рассчитываться по приблизительной формуле:

ϰ ~ 1/3 х p х cv х Λλ х v, где:

  • pv – плотность газовой среды;
  • cv – удельная емкость тепловой энергии при одном и том же объеме тела;
  • Λλ – расстояние свободного перемещения молекул в газовой среде;
  • v – скорость передачи тепла.
Что такое теплопроводимость

 

Или:

ϰ = I x К / 3 x π3/3 x d2 √ RT / μ, где:

  • i – результат суммирования уровней свободы прямого движения и вращения молекул в газовой среде (для 2-атомных газов i=5, для 1-атомных i=3;
  • К – коэффициент Больцмана;
  • μ – отношение массы газа к количеству молей газа;
  • T – термодинамическая температура;
  • d – ⌀ молекул газа;
  • R – универсальный коэффициент для газовой среды.

Согласно формуле минимальная теплопроводность материалов существует у тяжелых инертных газов, максимально эффективная теплопроводность строительных материалов – у легких.

Теплопроводимость в газовой разреженной среде

Газовая среда и теплопроводность

 

Результат по выкладкам выше, по которым делают расчет теплопроводности для газовой среды, от давления не зависит. Но в очень разреженной газовой среде расстояние свободного перемещения молекул зависит не от столкновений частиц, а от препятствий в виде стен резервуара. При этом ограничение перемещения молекул в соответствующих единицах измерения называют высоковакуумной средой, при которой степень теплообмена уменьшается в зависимости от плотности материала и прямо пропорциональна значению давления в резервуаре:

ϰ ~ 1/3 х p х cv х l х v, где:

i – объем резервуара;

Р – уровень давления в резервуаре.

Согласно этой формуле теплопроводность в вакуумной среде стремится к нулевой отметке при глубоком вакууме. Это объясняется тем, что в вакууме частицы, которые передают тепловую энергию, имеют низкую плотность на единицу площади. Но тепловая энергия в вакуумной среде перетекает посредством излучения. В качестве примера можно привести обычный термос, в котором для уменьшения потерь тепловой энергии стенки должны быть двойными и посеребренными, без воздуха между ними.Что такое тепловое излучение

 

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:

ОсноваЗначение теплопроводности, Вт/(м•К)
Жесткий графен4840 +/ 440 – 5300 +/ 480
Алмаз1001-2600
Графит278,4-2435
Бора арсенид200-2000
SiC490
Ag430
Cu401
BeO370
Au320
Al202-236
AlN200
BN180
Si150
Cu3Zn297-111
Cr107
Fe92
Pt70
Sn67
ZnO54
 Черная сталь47-58
Pb35,3
НержавейкаТеплопроводность стали – 15
SiO28
Высококачественные термостойкие пасты5-12
Гранит

(состоит из SiO2 68-73 %; Al2O3 12,0-15,5 %; Na2O 3,0-6,0 %; CaO 1,5-4,0 %; FeO 0,5-3,0 %; Fe2O3 0,5-2,5 %; К2О 0,5-3,0 %; MgO 0,1-1,5 %; TiO2 0,1-0,6 %)

2,4
Бетонный раствор без заполнителей1,75
Бетонный раствор со щебнем или с гравием1,51
Базальт

(состоит из SiO2 – 47-52%, TiO2 – 1-2,5%, Al2O3 – 14-18%, Fe2O3 – 2-5%, FeO – 6-10%, MnO – 0,1-0,2%, MgO – 5-7%, CaO – 6-12%, Na2O – 1,5-3%, K2O – 0,1-1,5%, P2O5 – 0,2-0,5 %)

1,3
Стекло

(состоит из SiO2, B2O3, P2O5, TeO2, GeO2, AlF3 и т.д.)

1-1,15
Термостойкая паста КПТ-80,7
Бетонный раствор с наполнителем из песка, без щебня или гравия0,7
Вода чистая0,6
Силикатный

или красный кирпич

0,2-0,7
Масла

на основе силикона

0,16
Пенобетон0,05-0,3
Газобетон0,1-0,3
ДеревоТеплопроводность дерева – 0,15
Масла

на основе нефти

0,125
Снег0,10-0,15
ПП с группой горючести Г10,039-0,051
ЭППУ с группой горючести Г3, Г40,03-0,033
Стеклянная вата0,032-0,041
Вата каменная0,035-0,04
Воздушная атмосфера (300 К, 100 кПа)0,022
Гель

на основе воздуха

0,017
Аргон (Ar)0,017
Вакуумная среда0

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.

Таблица теплопроводимости стройматериалов

 

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 м2 при разнице наружной и внутридомовой температуры 10С кирпич будет пропускать 0,67 Вт энергии. При разнице температур 100С 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).Ориентировочные показатели коэффициентов теплопроводимости

 

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/(м2•К) тепловое сопротивление листа – 1 / 0,35 Вт/(м2•К) = 2,85 (м2•К)/Вт.

Ниже – таблица теплопроводности для востребованных строительных материалов и теплоизоляторов:

СтройматериалыКоэффициент теплопроводимости, Вт/(м2•К)
Плиты из алебастра0,47
Al230
Шифер асбоцементный0,35
Асбест (волокно, ткань)0,15
Асбоцемент1,76
Асбоцементные изделия0,35
Асфальт0,73
Асфальт для напольного покрытия0,84
Бакелит0,24
Бетон с заполнителем щебнем1,3
Бетон с заполнителем песком0,7
Пористый бетон – пено- и газобетон1,4
Сплошной бетон1,75
Термоизоляционный бетон0,18
Битумная масса0,47
Бумажные материалы0,14
Рыхлая минвата0,046
Тяжелая минвата0,05
Вата – теплоизолятор на основе хлопка0,05
Вермикулит в плитах или листах0,1
Войлок0,046
Гипс0,35
Глиноземы2,33
Гравийный заполнитель0,93
Гранитный или базальтовый заполнитель3,5
Влажный грунт, 10%1,75
Влажный грунт, 20%2,1
Песчаники1,16
Сухая почва0,4
Уплотненный грунт1,05
Гудроновая масса0,3
Доска строительная0,15
Фанерные листы0,15
Твердые породы дерева0,2
ДСП0,2
Дюралюминиевые изделия160
Железобетонные изделия1,72
Зола0,15
Известняковые блоки1,71
Раствор на песке и извести0,87
Смола вспененная0,037
Природный камень1,4
Картонные листы из нескольких слоев0,14
Каучук пористый0,035
Каучук0,042
Каучук с фтором0,053
Керамзитобетонные блоки0,22
Красный кирпич0,13
Пустотелый кирпич0,44
Полнотелый кирпич0,81
Сплошной кирпич0,67
Шлакокирпич0,58
Плиты на основе кремнезема0,07
Латунные изделия110
Лед при температуре 00С2,21
Лед при температуре -200С2,44
Лиственное дерево при влажности 15%0,15
Медные изделия380
Мипора0,086
Опилки для засыпки0,096
Сухие опилки0,064
ПВХ0,19
Пенобетон0,3
Пенопласт марки ПС-10,036
Пенопласт марки ПС-40,04
Пенопласт марки ПХВ-10,05
Пенопласт марки ФРП0,044
ППУ марки ПС-Б0,04
ППУ марки ПС-БС0,04
Лист из пенополиуретана0,034
Панель из пенополиуретана0,024
Облегченное пеностекло0,06
Тяжелое вспененное стекло0,08
Пергаминовые изделия0,16
Перлитовые изделия0,051
Плиты на цементе и перлите0,085
Влажный песок 0%0,33
Влажный песок 0%0,97
Влажный песок 20%1,33
Обожженный камень1,52
Керамическая плитка1,03
Плитка марки ПМТБ-20,035
Полистирол0,081
Поролон0,04
Раствор на основе цемента без песка0,47
Плита из натуральной пробки0,042
Легкие листы из натуральной пробки0,034
Тяжелые листы из натуральной пробки0,05
Резиновые изделия0,15
Рубероид0,17
Сланец2,100
Снег1,5
Хвойная древесина влажностью 15%0,15
Хвойная смолистая древесина влажностью 15%0,23
Стальные изделия52
Стеклянные изделия1,15
Утеплитель стекловата0,05
Стекловолоконные утеплители0,034
Стеклотекстолитовые изделия0,31
Стружка0,13
Тефлоновое покрытие0,26
Толь0,24
Плита на основе цементного раствора1,93
Цементно-песчаный раствор1,24
Чугунные изделия57
Шлак в гранулах0,14
Шлак зольный0,3
Шлакобетонные блоки0,65
Сухие штукатурные смеси0,22
Штукатурный раствор на основе цемента0,95
Эбонитовые изделия0,15
Влажность и теплопроводимость – зависимость

 

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.

Толщина наружных стен дома с примером расчета на газобетоне

Методический материал для самостоятельного расчета толщины стен дома с примерами и теоретической частью.

Часть 1. Сопротивление теплопередаче – первичный критерий определения толщины стены

Чтобы определится с толщиной стены, которая необходима для соответствия нормам энергоэффективности, рассчитывают сопротивление теплопередаче проектируемой конструкции, согласно раздела 9 «Методика проектирования тепловой защиты зданий» СП 23-101-2004.

Сопротивление теплопередаче – это свойство материала, которое показывает, насколько способен удерживать тепло данный материал. Это удельная величина, которая показывает насколько медленно теряется тепло в ваттах при прохождении теплового потока через единичный объем при перепаде температур на стенках в 1°С. Чем выше значение данного коэффициента – тем «теплее» материал.

Все стены (несветопрозрачные ограждающие конструкции) считаются на термоспротивление по формуле:

R=δ/λ (м2·°С/Вт), где:

δ – толщина материала, м;

λ — удельная теплопроводность, Вт/(м ·°С) (можно взять из паспортных данных материала либо из таблиц).

Полученную величину Rобщ сравнивают с табличным значением в СП 23-101-2004.

Чтобы ориентироваться на нормативный документ необходимо выполнить расчет количества тепла, необходимого для обогрева здания. Он выполняется по СП 23-101-2004, получаемая величина «градусо·сутки». Правила рекомендуют следующие соотношения.

Таблица 1. Уровни теплозащиты рекомендуемых ограждающих конструкций наружных стен

Материал стены

Сопротивление теплопередаче (м2·°С/Вт) / область применения (°С·сут)

конструкционный

теплоизоляционный

Двухслойные с наружной теплоизоляцией

Трехслойные с изоляцией в середине

С невентили- руемой атмосферной прослойкой

С вентилируемой атмосферной прослойкой

Кирпичная кладка

Пенополистирол

5,2/10850

4,3/8300

4,5/8850

4,15/7850

Минеральная вата

4,7/9430

3,9/7150

4,1/7700

3,75/6700

Керамзитобетон (гибкие связи, шпонки)

Пенополистирол

5,2/10850

4,0/7300

4,2/8000

3,85/7000

Минеральная вата

4,7/9430

3,6/6300

3,8/6850

3,45/5850

Блоки из ячеистого бетона с кирпичной облицовкой

Ячеистый бетон

2,4/2850

2,6/3430

2,25/2430

Примечание. В числителе (перед чертой) – ориентировочные значения приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены, в знаменателе (за чертой) — предельные значения градусо-суток отопительного периода, при которых может быть применена данная конструкция стены.

Полученные результаты необходимо сверить с нормами п. 5. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

Также следует учитывать климатические условия зоны, где возводится здание: для разных регионов разные требования из-за разных температурных и влажностных режимов. Т.е. толщина стены из газоблока не должна быть одинаковой для приморского района, средней полосы России и крайнего севера. В первом случае необходимо будет скорректировать теплопроводность с учетом влажности (в большую сторону: повышенная влажность снижает термосопротивление), во втором – можно оставить «как есть», в третьем – обязательно учитывать, что теплопроводность материала вырастет из-за большего перепада температур.

Часть 2. Коэффициент теплопроводности материалов стен

Коэффициент теплопроводности материалов стен – эта величина, которая показывает удельную теплопроводность материала стены, т.е. сколько теряется тепла при прохождении теплового потока через условный единичный объем с разницей температур на его противоположных поверхностях в 1°С. Чем ниже значение коэффициента теплопроводности стен – тем здание получится теплее, чем выше значение – тем больше придется заложить мощности в систему отопления.

По сути, это величина обратная термическому сопротивлению, рассмотренному в части 1 настоящей статьи. Но это касается только удельных величин для идеальных условий. На реальный коэффициент теплопроводности для конкретного материала влияет ряд условий: перепад температур на стенках материала, внутренняя неоднородная структура, уровень влажности (который увеличивает уровень плотности материала, и, соответственно, повышает его теплопроводность) и многие другие факторы. Как правило, табличную теплопроводность необходимо уменьшать минимум на 24% для получения оптимальной конструкции для умеренных климатических зон.

Часть 3. Минимально допустимое значение сопротивления стен для различных климатических зон.

Минимально допустимое термосопротивление рассчитывается для анализа теплотехнических свойств проектируемой стены для различных климатических зон. Это нормируемая (базовая) величина, которая показывает, каким должно быть термосопротивление стены в зависимости от региона. Сначала вы выбираете материал для конструкции, просчитываете термосопротивление своей стены (часть 1), а потом сравниваете с табличными данными, содержащимися в СНиП 23-02-2003. В случае, если полученное значение окажется меньше установленного правилами, то необходимо либо увеличить толщину стены, либо утеплить стену теплоизоляционным слоем (например, минеральной ватой).

Согласно п. 9.1.2 СП 23-101-2004, минимально допустимое сопротивление теплопередаче Rо2·°С/Вт) ограждающей конструкции рассчитывается как

Rо = R1+ R2+R3, где:

R1=1/αвн, где αвн – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2 × °С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003;

R2 = 1/αвнеш, где αвнеш — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, Вт/(м2 × °С), принимаемый по таблице 8 СП 23-101-2004;

R3 – общее термосопротивление, расчет которого описан в части 1 настоящей статьи.

При наличии в ограждающей конструкции прослойки, вентилируемой наружным воздухом, слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью, в этом расчете не учитываются. А на поверхности конструкции, обращенной в сторону вентилируемой воздухом снаружи прослойки, следует принимать коэффициент теплоотдачи αвнеш равным 10,8 Вт/(м2·°С).

Таблица 2. Нормируемые значения термосопротивления для стен по СНиП 23-02-2003.

Жилые здания для различных регионов РФ

Градусо-сутки отопительного периода, D, °С·сут

Нормируемые значения сопротивления теплопередаче , R, м2·°С/Вт, ограждающих конструкций для стен

Астраханская обл., Ставропольский край, Краснодарский край

2000

2,1

Белгородская обл., Волгоградская обл.

4000

2,8

Алтай, Красноярский край, Москва, Санкт Петербург, Владимирская обл.

6000

3,5

Магаданская обл.

8000

4,2

Чукотка, Камчатская обл.,

г. Воркута

10000

4,9

 

12000

5,6

Уточненные значения градусо-суток отопительного периода,  указаны в таблице 4.1 справочного пособия к СНиП 23-01-99* Москва, 2006.

Часть 4. Расчет минимально допустимой толщины стены на примере газобетона для Московской области.

Рассчитывая толщину стеновой конструкции, берем те же данные, что указаны в Части 1 настоящей статьи, но перестраиваем основную формулу: δ = λ·R, где δ – толщина стены, λ – теплопроводность материала, а R – норма теплосопротивления по СНиП.

Пример расчета минимальной толщины стены из газобетона с теплопроводностью 0,12 Вт/м°С в Московской области со средней температурой внутри дома в отопительный период +22°С.

  1. Берем нормируемое теплосопротивление для стен в Московском регионе для температуры +22°C: Rreq= 0,00035·5400 + 1,4 = 3,29 м2°C/Вт
  2. Коэффициент теплопроводности λ для газобетона марки D400 (габариты 625х400х250 мм) при влажности 5% = 0,147 Вт/м∙°С.
  3. Минимальная толщина стены из газобетонного камня D400: R·λ = 3,29·0,147 Вт/м∙°С=0,48 м.

Вывод: для Москвы и области для возведения стен с заданным параметром теплосопротивления нужен газобетонный блок с габаритом по ширине не менее 500 мм , либо блок с шириной 400 мм и последующим утеплением (минвата+оштукатуривание, например), для обеспечения характеристик и требований СНиП в части энергоэффективности стеновых конструкций.

Таблица 3. Минимальная толщина стен, возводимых из различных материалов, соответствующих нормам теплового сопротивления согласно СНиП.

Материал

Толщина стены, м

Тепло-

проводность,

 Вт/м∙°С

Прим.

Керамзитоблоки

0,46

0,14

Для строительства несущих стен используют марку не менее D400.

Шлакоблоки

0,95

0,3-0,5

 

Силикатный кирпич

1,25

0,38-0,87

 

Газосиликатные блоки d500

0,40

0,12-0,24

Использую марку от D400 и выше для домостроения

Пеноблок

0,20-0.40

0,06-0,12

строительство только каркасным способом

Ячеистый бетон

От 0,40

0,11-0,16

Теплопроводность ячеистого бетона прямо пропорциональна его плотности: чем «теплее» камень, тем он менее прочен.

Арболит

0,23

0,07 – 0,17

Минимальный размер стен для каркасных сооружений

Кирпич керамический полнотелый

1,97

0,6 – 0,7

 

Песко-бетонные блоки

4,97

1,51

При 2400 кг/м³ в условиях нормальной температуры и влажности воздуха.

Часть 5. Принцип определения значения сопротивления теплопередачи в многослойной стене.

Если вы планируете построить стену из нескольких видов материала (например, строительный камень+минеральный утеплитель+штукатурка), то R рассчитывается для каждого вида материала отдельно (по этой же формуле), а потом суммируется:

Rобщ= R1+ R2+…+ Rn+ Ra.l где:

R1-Rn — термосопротивления различных слоев

Ra.l – сопротивление замкнутой воздушной прослойки, если она присутствует в конструкции (табличные значения берутся в СП 23-101-2004, п. 9, табл. 7)

Пример расчета толщины минераловатного утеплителя для многослойной стены (шлакоблок — 400 мм, минеральная вата — ? мм, облицовочный кирпич — 120 мм) при значении сопротивления теплопередаче 3,4 м2*Град С/Вт (г. Оренбург).

R=Rшлакоблок+Rкирпич+Rвата=3,4

Rшлакоблок = δ/λ = 0,4/0,45 = 0,89 м2×°С/Вт

Rкирпич = δ/λ = 0,12/0,6 = 0,2 м2×°С/Вт

Rшлакоблок+Rкирпич=0,89+0,2 = 1,09 м2×°С/Вт (<3,4).

Rвата=R-(Rшлакоблок+Rкирпич) =3.4-1,09=2,31 м2×°С/Вт

δвата=Rвата·λ=2,31*0,045=0,1 м=100 мм (принимаем λ=0,045 Вт/(м×°С) – среднее значение теплопроводности для минеральной ваты различных видов).

Вывод: для соблюдения требований по сопротивлению теплопередачи можно использовать керамзитобетонные блоки в качестве основной конструкции с облицовкой ее керамическим кирпичом и прослойкой из минеральной ваты теплопроводностью не менее 0,45 и толщиной от 100 мм.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.