Коэффициент теплопроводности строительных материалов: Коэффициент теплопроводности материалов. Теплопроводность материалов таблица, СНиП — Концессии и государственно-частное партнерство в ЖКХ

Содержание

Таблица теплопроводности строительных материалов и утеплителей

Главная » Отопление » Проектирование » Таблица теплопроводности строительных материалов – изучаем важные показатели

Строительство каждого объекта лучше начинать с планировки проекта и тщательного расчета теплотехнических параметров. Точные данные позволит получить таблица теплопроводности строительных материалов. Правильное возведение зданий способствует оптимальным климатическим параметрам в помещении. А таблица поможет правильно подобрать сырье, которое будут использоваться для строительства.

Теплопроводность материалов влияет на толщину стен

Содержание

Назначение теплопроводности
Что оказывает влияние на показатель теплопроводности?
Использование значений коэффициента теплопроводности на практике
Показатели теплопроводности для готовых построек. Виды утеплений
Таблица теплопроводности строительных материалов: особенности показателей
Как использовать таблицу теплопроводности материалов и утеплителей?
Значения коэффициентов теплопередачи материалов в таблице
Теплопроводность строительных материалов (видео)

Назначение теплопроводности

Теплопроводность является показателем передачи тепловой энергии от нагреваемых предметов в помещении к предметам с более низкой температурой. Процесс теплообмена производится, пока температурные показатели не уравняются. Для обозначения тепловой энергии используется специальный коэффициент теплопроводности строительных материалов. Таблица поможет увидеть все требуемые значения. Параметр обозначает, сколько тепловой энергии пропускается через единицу площади в единицу времени. Чем больше данное обозначение, тем качественнее будет теплообмен. При возведении зданий необходимо применять материал с минимальным значением тепловой проводимости.

На схеме представлены показатели различных вариантов

Коэффициент теплопроводности это такая величина, которая равна количеству теплоты, проходящей через метр толщины материала за час. Использование подобной характеристики обязательно для создания лучшей теплоизоляции. Теплопроводность следует учесть при подборе дополнительных утепляющих конструкций.

Сравнение характеристик разных типов сырья

Что оказывает влияние на показатель теплопроводности?

Теплопроводность определяется такими факторами:

пористость определяет неоднородность структуры. При пропуске тепла через такие материалы процесс охлаждения незначительный;
повышенное значение плотности влияет на тесные соприкосновения частиц, что способствует более быстрому теплообмену;
повышенная влажность увеличивает данный показатель.

Характеристики различных материалов

Использование значений коэффициента теплопроводности на практике

Материалы представлены конструкционными и теплоизоляционными разновидностями. Первый вид обладает большими показателями теплопроводности. Они применяются для строительства перекрытий, ограждений и стен.

При помощи таблицы определяются возможности их теплообмена. Чтобы данный показатель был достаточно низким для нормального микроклимата в помещении стены из некоторых материалов должны быть особенно толстыми. Чтобы этого избежать, рекомендуется использовать дополнительные теплоизолирующие компоненты.

При выборе утеплителя нужно изучить характеристики каждого варианта

Показатели теплопроводности для готовых построек. Виды утеплений

При создании проекта нужно учитывать все способы утечки тепла. Оно может выходить через стены и крышу, а также через полы и двери. Если вы неправильно проведете расчеты проектирования, то придется довольствоваться только тепловой энергией, полученной от отопительных приборов. Здания, построенные из стандартного сырья: камня, кирпича либо бетона нужно дополнительно утеплять.

Монтаж минеральной ваты

Дополнительная теплоизоляция проводится в каркасных зданиях. При этом деревянный каркас придает жесткости конструкции, а утепляющий материал прокладывается в пространство между стойками. В зданиях из кирпича и шлакоблоков утепление производится снаружи конструкции.

Выбирая утеплители необходимо обращать внимание на такие факторы, как уровень влажности, влияние повышенных температур и типа сооружения. Учитывайте определенные параметры утепляющих конструкций:

показатель теплопроводности оказывает влияние на качество теплоизолирующего процесса;
влагопоглощение имеет большое значение при утеплении наружных элементов;
толщина влияет на надежность утепления. Тонкий утеплитель помогает сохранить полезную площадь помещения;
важна горючесть. Качественное сырье имеет способность к самозатуханию;
термоустойчивость отображает способность выдерживать температурные перепады;
экологичность и безопасность;
звукоизоляция защищает от шума.

Характеристики разных видов утеплителей

В качестве утеплителей применяются следующие виды:

минеральная вата устойчива к огню и экологична. К важным характеристикам относится низкая теплопроводность;

Данный материал относится к самым доступным и простым вариантам

пенопласт – это легкий материал с хорошими утеплительными свойствами. Он легко устанавливается и обладает влагоустойчивостью. Рекомендуется для применения в нежилых строениях;
базальтовая вата в отличие от минеральной отличается лучшими показателями стойкости к влаге;
пеноплэкс устойчив к влажности, повышенным температурам и огню. Имеет прекрасные показатели теплопроводности, прост в монтаже и долговечен;

Для пеноплекса характерна пористая структура

пенополиуретан известен такими качествами, как негорючесть, хорошие водоотталкивающие свойства и высокая пожаростойкость;
экструдированный пенополистирол при производстве проходит дополнительную обработку. Обладает равномерной структурой;

Данный вариант бывает разной толщины

пенофол представляет из себя многослойный утепляющий пласт. В составе присутствует вспененный полиэтилен. Поверхность пластины покрывается фольгой для обеспечения отражения.

Для теплоизоляции могут применяться сыпучие типы сырья. Это бумажные гранулы или перлит. Они имеют стойкость к влаге и к огню. А из органических разновидностей можно рассмотреть волокно из древесины, лен или пробковое покрытие. При выборе, особое внимание уделяйте таким показателям как экологичность и пожаробезопасность.

Обратите внимание! При конструировании теплоизоляции, важно продумать монтаж гидроизолирующей прослойки. Это позволит избежать высокой влажности и повысит сопротивляемость теплообмену.

Таблица теплопроводности строительных материалов: особенности показателей

Таблица теплопроводности строительных материалов содержит показатели различных видов сырья, которое применяется в строительстве. Используя данную информацию, вы можете легко посчитать толщину стен и количество утеплителя.

Утепление производится в определенных местах

Как использовать таблицу теплопроводности материалов и утеплителей?

В таблице сопротивления теплопередаче материалов представлены наиболее популярные материалы. Выбирая определенный вариант теплоизоляции важно учитывать не только физические свойства, но и такие характеристики как долговечность, цена и легкость установки.

Знаете ли вы, что проще всего выполнять монтаж пенооизола и пенополиуретана. Они распределяются по поверхности в виде пены. Подобные материалы легко заполняют полости конструкций. При сравнении твердых и пенных вариантов, нужно выделить , что пена не образует стыков.

Коэффициент разнообразных типов сырья

Значения коэффициентов теплопередачи материалов в таблице

При произведении вычислений следует знать коэффициент сопротивления теплопередаче. Данное значение является отношением температур с обеих сторон к количеству теплового потока. Для того чтобы найти теплосопротивление определенных стен и используется таблица теплопроводности.

Значения плотности и теплопроводности

Все расчеты вы можете провести сами. Для этого толщина прослойки теплоизолятора делится на коэффициент теплопроводности. Данное значение часто указывается на упаковке, если это изоляция. Материалы для дома измеряются самостоятельно. Это касается толщины, а коэффициенты можно отыскать в специальных таблицах.

Теплопроводность некоторых конструкций

Коэффициент сопротивления помогает выбрать определенный тип теплоизоляции и толщину слоя материала. Сведения о паропроницаемости и плотности можно посмотреть в таблице.

При правильном использовании табличных данных вы сможете выбрать качественный материал для создания благоприятного микроклимата в помещении.

Теплопроводность строительных материалов (видео)

что это такое + таблица значений

Строительное дело предусматривает использование любых подходящих материалов. Главные критерии – безопасность для жизни и здоровья, тепловая проводимость, надёжность. Далее следуют, цена, свойства эстетичности, универсальность применения и т.д.

Рассмотрим одну из важнейших характеристик стройматериалов — коэффициент теплопроводности, так как именно от этого свойства во многом зависит, к примеру, уровень комфорта в доме.

Содержание статьи:

Что такое КТП строительного материала?
- Влияние факторов на уровень теплопроводности
- Стройматериалы с минимальным КТП
- Влияние влаги на теплопроводность стройматериала
- Методы определения коэффициента
Таблица теплопроводности стройматериалов
Выводы и полезное видео по теме

Что такое КТП строительного материала?

Теоретически, да и практически тоже, строительными материалами, как правило, создаются две поверхности – наружная и внутренняя. С точки зрения физики, теплая область всегда стремится к холодной области.

Применительно к стройматериалу, тепло будет стремиться от одной поверхности (более теплой) к другой поверхности (менее теплой). Вот, собственно, способность материала относительно такого перехода и называется – коэффициентом теплопроводности или в аббревиатуре — КТП.

Схема, поясняющая эффект теплопроводности: 1 – тепловая энергия; 2 – коэффициент теплопроводности; 3 – температура первой поверхности; 4 – температура второй поверхности; 5 – толщина стройматериала

Характеристика КТП обычно строится на основе испытаний, когда берётся экспериментальный экземпляр размерами 100х100 см и к нему применяется тепловое воздействие с учётом разницы температур двух поверхностей в 1 градус. Время воздействия 1 час.

Соответственно, измеряется теплопроводность в Ваттах на метр на градус (Вт/м°C). Коэффициент обозначается греческим символом λ.

По умолчанию, теплопроводность различных материалов для строительства со значением меньше 0,175 Вт/м°C, приравнивает эти материалы к разряду изоляционных.

Современным производством освоены технологии изготовления стройматериалов, уровень КТП которых составляет меньше 0,05 Вт/м°C. Благодаря таким изделиям, удается достичь выраженного экономического эффекта в плане потребления энергетических ресурсов.

Влияние факторов на уровень теплопроводности

Каждый отдельно взятый стройматериал имеет определенное строение и обладает своеобразным физическим состоянием.

Основой этого являются:

размерность кристаллов структуры;
фазовое состояние вещества;
степень кристаллизации;
анизотропия теплопроводности кристаллов;
объем пористости и структуры;
направление теплового потока.

Все это – факторы влияния. Определенное влияние на уровень КТП также оказывает химический состав и примеси. Количество примесей, как показала практика, оказывает особенно выразительное влияние на уровень теплопроводности кристаллических компонентов.

Изоляционные стройматериалы – класс продуктов под строительство, созданных с учётом свойств КТП, приближенных к оптимальным свойствам. Однако достичь идеальной теплопроводности при сохранении других качеств, крайне сложно

В свою очередь влияние на КТП оказывают условия эксплуатации стройматериала — температура, давление, уровень влажности и др.

Стройматериалы с минимальным КТП

Согласно исследованиям, минимальным значением теплопроводности (около 0,023 Вт/м°C) обладает сухой воздух.

С точки зрения применения сухого воздуха в структуре строительного материала, необходима конструкция, где сухой воздух пребывает внутри замкнутых многочисленных пространств небольшого объёма. Конструктивно такая конфигурация представлена в образе многочисленных пор внутри структуры.

Отсюда логичный вывод: малым уровнем КТП должен обладать стройматериал, внутренняя структура которого представляет собой пористое образование.

Причём, в зависимости от максимально допустимой пористости материала, значение теплопроводности приближается к значению КТП сухого воздуха.

Созданию строительного материала с минимальной теплопроводностью способствует пористая структура. Чем больше содержится пор разного объема в структуре материала, тем лучший КТП допустимо получить

В современном производстве применяются несколько технологий для получения пористости строительного материала.

В частности, используются технологии:

пенообразования;
газообразования;
водозатворения;
вспучивания;
внедрения добавок;
создания волоконных каркасов.

Следует отметить: коэффициент теплопроводности напрямую связан с такими свойствами, как плотность, теплоемкость, температурная проводимость.

Значение теплопроводности может быть рассчитано по формуле:

λ = Q / S *(T₁-T₂)*t,

Где:

Q – количество тепла;
S – толщина материала;
T₁, T₂ – температура с двух сторон материала;
t — время.

Средняя величина плотности и теплопроводности обратно пропорциональна величине пористости. Поэтому, исходя из плотности структуры стройматериала, зависимость от нее теплопроводности можно рассчитать так:

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d² – 0,16,

Где: d – значение плотности. Это формула В.П. Некрасова, демонстрирующая влияние плотности конкретного материала на значение его КТП.

Влияние влаги на теплопроводность стройматериала

Опять же судя по примерам использования стройматериалов на практике, выясняется негативное влияние влаги на КТП стройматериала. Замечено – чем большему увлажнению подвергается стройматериал, тем более высоким становится значение КТП.

Различными способами стремятся защитить от воздействия влаги материал, используемый в строительстве. Эта мера вполне оправдана, учитывая повышение коэффициента для мокрого стройматериала

Обосновать такой момент несложно. Воздействие влаги на структуру строительного материала сопровождается увлажнением воздуха в порах и частичным замещением воздушной среды.

Учитывая, что параметр коэффициента теплопроводности для воды составляет 0,58 Вт/м°C, становится понятным существенное повышение КТП материала.

Следует также отметить более негативный эффект, когда вода, попадающая в пористую структуру, дополнительно замораживается – превращается в лёд.

Соответственно, несложно просчитать ещё большее увеличение теплопроводности, принимая во внимание параметры КТП льда, равного значению 2,3 Вт/м°C. Прирост примерно в четыре раза к параметру теплопроводности воды.

Одной из причин отказа от зимнего строительства в пользу стройки летом следует считать именно фактор возможного подмораживания некоторых видов стройматериалов и как следствие – повышения теплопроводности

Отсюда становятся очевидными строительные требования относительно защиты изоляционных стройматериалов от попадания влаги. Ведь уровень теплопроводности растёт в прямой пропорциональности от количественной влажности.

Не менее значимым видится и другой момент – обратный, когда структура строительного материала подвергается существенному нагреву. Чрезмерно высокая температура также провоцирует рост теплопроводности.

Происходит такое по причине повышения кинематической энергии молекул, составляющих структурную основу стройматериала.

Правда, существует класс материалов, структура которых, напротив, приобретает лучшие свойства теплопроводности в режиме сильного нагрева. Одним из таких материалов является металл.

Если под сильным нагревом большая часть широко распространенных стройматериалов изменяет теплопроводность в сторону увеличения, сильный нагрев металла приводит к обратному эффекту — КТП металла понижается

Методы определения коэффициента

Используются разные методики в этом направлении, но по факту все технологии измерения объединены двумя группами методов:

Режим стационарных измерений.
Режим нестационарных измерений.

Стационарная методика подразумевает работу с параметрами, неизменными с течением времени или изменяющимися в незначительной степени. Эта технология, судя по практическим применениям, позволяет рассчитывать на более точные результаты КТП.

Действия, направленные на измерения теплопроводности, стационарный способ допускает проводить в широком температурном диапазоне — 20 – 700 °C. Но вместе с тем, стационарная технология считается трудоёмкой и сложной методикой, требующей большого количества времени на исполнение.

Пример аппарата, предназначенного под выполнение измерений коэффициента теплопроводности. Это одна из современных цифровых конструкций, обеспечивающая получение быстрого и точного результата

Другая технология измерений – нестационарная, видится более упрощенной, требующей для исполнения работ от 10 до 30 минут. Однако в этом случае существенно ограничен диапазон температур. Тем не менее, методика нашла широкое применение в условиях производственного сектора.

Таблица теплопроводности стройматериалов

Подвергать измерениям многие существующие и широко используемые стройматериалы не имеет смысла.

Все эти продукты, как правило, испытаны неоднократно, на основании чего составлена таблица теплопроводности строительных материалов, куда входят практически все нужные на стройке материалы.

Один из вариантов такой таблицы представлен ниже, где КТП — коэффициент теплопроводности:

Материал (стройматериал)	Плотность, м³	КТП сухая, Вт/мºC	% влажн._1	% влажн._2	КТП при влажн._1, Вт/мºC	КТП при влажн._2, Вт/мºC
Битум кровельный	1400	0,27	0	0	0,27	0,27
Битум кровельный	1000	0,17	0	0	0,17	0,17
Шифер кровельный	1800	0,35	2	3	0,47	0,52
Шифер кровельный	1600	0,23	2	3	0,35	0,41
Битум кровельный	1200	0,22	0	0	0,22	0,22
Лист асбоцементный	1800	0,35	2	3	0,47	0,52
Лист асбестоцементный	1600	0,23	2	3	0,35	0,41
Асфальтобетон	2100	1,05	0	0	1,05	1,05
Толь строительная	600	0,17	0	0	0,17	0,17
Бетон (на гравийной подушке)	1600	0,46	4	6	0,46	0,55
Бетон (на шлаковой подушке)	1800	0,46	4	6	0,56	0,67
Бетон (на щебенке)	2400	1,51	2	3	1,74	1,86
Бетон (на песчаной подушке)	1000	0,28	9	13	0,35	0,41
Бетон (пористая структура)	1000	0,29	10	15	0,41	0,47
Бетон (сплошная структура)	2500	1,89	2	3	1,92	2,04
Пемзобетон	1600	0,52	4	6	0,62	0,68
Битум строительный	1400	0,27	0	0	0,27	0,27
Битум строительный	1200	0,22	0	0	0,22	0,22
Минеральная вата облегченная	50	0,048	2	5	0,052	0,06
Минеральная вата тяжелая	125	0,056	2	5	0,064	0,07
Минеральная вата	75	0,052	2	5	0,06	0,064
Лист вермикулитовый	200	0,065	1	3	0,08	0,095
Лист вермикулитовый	150	0,060	1	3	0,074	0,098
Газо-пено-золо бетон	800	0,17	15	22	0,35	0,41
Газо-пено-золо бетон	1000	0,23	15	22	0,44	0,50
Газо-пено-золо бетон	1200	0,29	15	22	0,52	0,58
Газо-пено-бетон (пенно-силикат)	300	0,08	8	12	0,11	0,13
Газо-пено-бетон (пенно-силикат)	400	0,11	8	12	0,14	0,15
Газо-пено-бетон (пенно-силикат)	600	0,14	8	12	0,22	0,26
Газо-пено-бетон (пенно-силикат)	800	0,21	10	15	0,33	0,37
Газо-пено-бетон (пенно-силикат)	1000	0,29	10	15	0,41	0,47
Строительный гипс плита	1200	0,35	4	6	0,41	0,46
Гравий керамзитовый	600	2,14	2	3	0,21	0,23
Гравий керамзитовый	800	0,18	2	3	0,21	0,23
Гранит (базальт)	2800	3,49	0	0	3,49	3,49
Гравий керамзитовый	400	0,12	2	3	0,13	0,14
Гравий керамзитовый	300	0,108	2	3	0,12	0,13
Гравий керамзитовый	200	0,099	2	3	0,11	0,12
Гравий шунгизитовый	800	0,16	2	4	0,20	0,23
Гравий шунгизитовый	600	0,13	2	4	0,16	0,20
Гравий шунгизитовый	400	0,11	2	4	0,13	0,14
Дерево сосна поперечные волокна	500	0,09	15	20	0,14	0,18
Фанера клееная	600	0,12	10	13	0,15	0,18
Дерево сосна вдоль волокон	500	0,18	15	20	0,29	0,35
Дерево дуба поперек волокон	700	0,23	10	15	0,18	0,23
Металл дюралюминий	2600	221	0	0	221	221
Железобетон	2500	1,69	2	3	1,92	2,04
Туфобетон	1600	0,52	7	10	0,7	0,81
Известняк	2000	0,93	2	3	1,16	1,28
Раствор извести с песком	1700	0,52	2	4	0,70	0,87
Песок под строительные работы	1600	0,035	1	2	0,47	0,58
Туфобетон	1800	0,64	7	10	0,87	0,99
Облицовочный картон	1000	0,18	5	10	0,21	0,23
Многослойный строительный картон	650	0,13	6	12	0,15	0,18
Вспененный каучук	60-95	0,034	5	15	0,04	0,054
Керамзитобетон	1400	0,47	5	10	0,56	0,65
Керамзитобетон	1600	0,58	5	10	0,67	0,78
Керамзитобетон	1800	0,86	5	10	0,80	0,92
Кирпич (пустотный)	1400	0,41	1	2	0,52	0,58
Кирпич (керамический)	1600	0,47	1	2	0,58	0,64
Пакля строительная	150	0,05	7	12	0,06	0,07
Кирпич (силикатный)	1500	0,64	2	4	0,7	0,81
Кирпич (сплошной)	1800	0,88	1	2	0,7	0,81
Кирпич (шлаковый)	1700	0,52	1,5	3	0,64	0,76
Кирпич (глиняный)	1600	0,47	2	4	0,58	0,7
Кирпич (трепельный)	1200	0,35	2	4	0,47	0,52
Металл медь	8500	407	0	0	407	407
Сухая штукатурка (лист)	1050	0,15	4	6	0,34	0,36
Плиты минеральной ваты	350	0,091	2	5	0,09	0,11
Плиты минеральной ваты	300	0,070	2	5	0,087	0,09
Плиты минеральной ваты	200	0,070	2	5	0,076	0,08
Плиты минеральной ваты	100	0,056	2	5	0,06	0,07
Линолеум ПВХ	1800	0,38	0	0	0,38	0,38
Пенобетон	1000	0,29	8	12	0,38	0,43
Пенобетон	800	0,21	8	12	0,33	0,37
Пенобетон	600	0,14	8	12	0,22	0,26
Пенобетон	400	0,11	6	12	0,14	0,15
Пенобетон на известняке	1000	0,31	12	18	0,48	0,55
Пенобетон на цементе	1200	0,37	15	22	0,60	0,66
Пенополистирол (ПСБ-С25)	15 — 25	0,029 – 0,033	2	10	0,035 – 0,052	0,040 – 0,059
Пенополистирол (ПСБ-С35)	25 — 35	0,036 – 0,041	2	20	0,034	0,039
Лист пенополиуретановый	80	0,041	2	5	0,05	0,05
Панель пенополиуретановая	60	0,035	2	5	0,41	0,41
Облегченное пеностекло	200	0,07	1	2	0,08	0,09
Утяжеленное пеностекло	400	0,11	1	2	0,12	0,14
Пергамин	600	0,17	0	0	0,17	0,17
Перлит	400	0,111	1	2	0,12	0,13
Плита перлитоцементная	200	0,041	2	3	0,052	0,06
Мрамор	2800	2,91	0	0	2,91	2,91
Туф	2000	0,76	3	5	0,93	1,05
Бетон на зольном гравии	1400	0,47	5	8	0,52	0,58
Плита ДВП (ДСП)	200	0,06	10	12	0,07	0,08
Плита ДВП (ДСП)	400	0,08	10	12	0,11	0,13
Плита ДВП (ДСП)	600	0,11	10	12	0,13	0,16
Плита ДВП (ДСП)	800	0,13	10	12	0,19	0,23
Плита ДВП (ДСП)	1000	0,15	10	12	0,23	0,29
Полистиролбетон на портландцементе	600	0,14	4	8	0,17	0,20
Вермикулитобетон	800	0,21	8	13	0,23	0,26
Вермикулитобетон	600	0,14	8	13	0,16	0,17
Вермикулитобетон	400	0,09	8	13	0,11	0,13
Вермикулитобетон	300	0,08	8	13	0,09	0,11
Рубероид	600	0,17	0	0	0,17	0,17
Плита фибролит	800	0,16	10	15	0,24	0,30
Металл сталь	7850	58	0	0	58	58
Стекло	2500	0,76	0	0	0,76	0,76
Стекловата	50	0,048	2	5	0,052	0,06
Стекловолокно	50	0,056	2	5	0,06	0,064
Плита фибролит	600	0,12	10	15	0,18	0,23
Плита фибролит	400	0,08	10	15	0,13	0,16
Плита фибролит	300	0,07	10	15	0,09	0,14
Клееная фанера	600	0,12	10	13	0,15	0,18
Плита камышитовая	300	0,07	10	15	0,09	0,14
Раствор цементо-песчаный	1800	0,58	2	4	0,76	0,93
Металл чугун	7200	50	0	0	50	50
Раствор цементно-шлаковый	1400	0,41	2	4	0,52	0,64
Раствор сложного песка	1700	0,52	2	4	0,70	0,87
Сухая штукатурка	800	0,15	4	6	0,19	0,21
Плита камышитовая	200	0,06	10	15	0,07	0,09
Цементная штукатурка	1050	0,15	4	6	0,34	0,36
Плита торфяная	300	0,064	15	20	0,07	0,08
Плита торфяная	200	0,052	15	20	0,06	0,064

Рекомендуем также прочесть и другие наши статьи, где мы рассказываем о том как правильно выбирать утеплитель:

Выводы и полезное видео по теме

Видеоролик тематически направленный, где достаточно подробно разъясняется – что такое КТП и «с чем его едят». Ознакомившись с материалом, представленным в ролике, появляются высокие шансы стать профессиональным строителем.

Очевидный момент – потенциальному строителю обязательно необходимо знать о теплопроводности и ее зависимости от различных факторов. Эти знания помогут строить не просто качественно, но с высокой степенью надежности и долговечности объекта. Использование коэффициента по существу – это реальная экономия денег, допустим, на оплате за те же коммунальные услуги.

Если у вас появились вопросы или есть ценная информация по теме статьи, пожалуйста, оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.

Оценка теплопроводности строительных материалов

Иржи Зак, Станислав Штастник
Технологический институт строительных материалов и компонентов Брненского технологического университета, факультет гражданского строительства, Брно, Чехия

Аннотация

Нестационарное измерительное оборудование означает прогресс в методах простого, надежного и быстрого определения теплопроводности строительных материалов. В данной статье описывается новый метод определения коэффициента теплопроводности строительных материалов, включая все необходимые процедуры, и оцениваются преимущества, связанные с использованием этого метода.

Введение.

Коэффициент теплопроводности является важнейшим теплотехническим свойством строительных материалов — он характеризует способность материалов проводить тепловую энергию.

На практике используются две группы методов испытаний для измерения теплопроводности как свойства материалов:

Стационарные методы

Нестационарные методы

Принцип плоского источника тепла

Для расчетов теплопередачи от плоского источника тепла будем считаться с применением основного уравнения Фурье для теплопроводности в виде:

Предположим, что с момента t = 0 в плоскости тела x’ начинается выделение тепла ( j (t) = const = q). Количество выделившейся теплоты равно r.c.q в плоскости единица измерения в единицу времени. Тогда температура за время t будет:

где: q — тепловой поток [Вт.м ^-2 ], a — температуропроводность [м

2 .с ^-1 ],т — время [с].

Принцип нестационарной плоской (листовой) измерительной техники

Зонд нестационарного измерительного прибора образует полуограниченную область с известными параметрами и термочувствительной границей с плоским источником тепла на его поверхности. В принципе, этот метод основан на ударном «методе горячей проволоки», но в отличие от этого метода линейный источник тепла заменяется плоским источником тепла, который гарантирует аппроксимацию измеряемой величины по всей поверхности испытательного зонда и устраняет возможное влияние локальных неоднородностей материала.

Рис. 1. Схема предполагаемой зондовой модели нестационарного плоского измерительного оборудования для определения теплопроводности строительных материалов.

Температура на измеряемой границе контролируется с помощью эталонной батареи термопар. Наведенное напряжение усиливается с помощью АЦП и считывается в цифровом виде блоком ПК. Здесь сохраняются и анализируются измеренные значения. Мощность источника тепла регулируется с помощью программного обеспечения для обеспечения оптимального тепловыделения на границе между зондом и испытуемым материалом в соответствии с теплотехническими параметрами испытуемого образца.

Для выходного напряжения U [В] и значение коэффициента теплопроводности испытуемого образца l [W.m ^-1 .K ^-1 ] применяется при идеальном развитии температуры:

Рис. 2: Схема предполагаемого подключения измерительной системы для нестационарного определения значения коэффициента теплопроводности.

При оценке результатов измерения коэффициента теплопроводности нестационарной плоской измерительной аппаратурой сравнительным методом, как правило, предполагается подобие хода температуры при регулярном нагреве материалов. На следующем графике представлена типичная динамика температуры при обычном нагреве (три этапа: выдержка изотермы, обычный нагрев и обычное охлаждение):

График 1: Ход температуры при регулярном нагреве (логарифмическая зависимость).

В начале измерения предполагается начальное стационарное температурное состояние (распределение температуры). Измерительный датчик и образец образуют две полубесконечные области. Они ограничены граничным условием D

t 0,

Рис. 3: Иллюстрация нестационарного плоского измерительного оборудования.

При регулярном нагреве произвольного образца зависимость температура/время (в логарифмическом масштабе) всегда будет иметь одинаковый характер. Линейная часть кривой параметризована используемой мощностью плоского источника и теплоизоляционными свойствами обоих смежных полупространств.

В общем случае расчет значения теплопроводности можно выразить уравнением:

где: л — коэффициент теплопроводности [В. м ^-1 .К ^-1 ], а,б — константы измерительной аппаратуры [В.м ^-1 .К ^-1 ], U — относительное напряжение на нагревательный змеевик измерительного оборудования [-] (представляет выходной сигнал, т.к. сопротивление датчиков все время одинаково),

tga — градиент линии, интерполированной через температурную кривую [-]

Индивидуальные константы a,b получены путем калибровки средств измерений с помощью двух материалов с известными теплотехническими свойствами.

По процессу измерения относительно сомнительной является оптимизация мощности источника тепла P [Вт] (джоулева теплота), которая определяется омическим сопротивлением испытательного зонда R [Вт] и напряжение на клеммах зонда U [В]:

П = У ² / Р

и время штатного нагрева t [с].

При проведении практических измерений результаты измерений на эталонных материалах применялись для выбора оптимального интервала измерения и оптимальной мощности источника тепла с учетом максимизации точности и воспроизводимости результатов измерений.

График 2: Пример изменения погрешности измерения стеклянного образца в зависимости от общего времени эксперимента в случае предварительных измерений.

Определение коэффициента теплопроводности строительных материалов с использованием нестационарного плоского измерительного оборудования

Нестационарное плоское измерительное оборудование благодаря своей конструкции имеет много преимущественных свойств. С помощью этого прибора можно легко и быстро измерить значение коэффициента теплопроводности в случае любого строительного материала:

Измерение скорости.

Гибкость измерений.

Точность измерения.

Малые габариты и масса измерительной системы.

Упрощение метода измерения.

Низкая цена аппарата.

Измерительный прибор благодаря своим благоприятным свойствам может применяться для определения измерения коэффициента теплопроводности в самых разнообразных материалах и продуктах, например:

Ячеистый бетон,
Пластиковые изоляционные материалы,
Материалы из минеральных волокон,
Изоляционные материалы на натуральной основе,
Огнеупорная теплоизоляционная керамика,
Материалы теплоизоляционные на ячеистой гипсовой ангидридной основе,
Керамика строительная,
Растворы теплоизоляционные и штукатурные смеси и т. п.

Наиболее важным является использование плоскомерного оборудования в специальных приложениях, где можно в полной мере использовать его специфические полезные свойства.

График 3: Зависимость коэффициента теплопроводности древесной теплоизоляционной засыпки от влажности.

Определение теплопроводности в зависимости от влажности

Основное влияние на величину коэффициента теплопроводности оказывает влага в пористой структуре строительных материалов. Проблемой большинства лабораторных методов определения коэффициента теплопроводности является очень длительный период измерения, в течение которого испытуемый образец подвергается воздействию теплового потока. Даже в том случае, если испытуемый образец упакован в паронепроницаемую пленку, в течение периода измерения происходит новое выделение влаги в структуре материала, и итоговое измеренное значение не вполне объективно отражает реальные свойства материала при заданной влажности. содержание.

При использовании нестационарного плоского измерительного оборудования можно провести серию измерений при различном содержании влаги и, учитывая, что период измерения составляет 30 — 90 секунд, влажность в испытуемом образце можно считать постоянной.

Определение коэффициента теплопроводности гидратирующих вяжущих смесей

Рис. 4: Фотография измерительной системы во время измерения.

Другим типичным применением плоского измерительного оборудования является определение коэффициента теплопроводности гидратирующих вяжущих смесей. В процессе гидратации происходят значительные изменения величины теплопроводности гидратирующего материала. Эти изменения частично обусловлены превращением несвязанной шихтовой воды в структуру новообразованных продуктов гидратации и далее развитием и изменением внутренней микроструктуры материалов (процессы кристаллизации и рекристаллизации).

Гидратация испытуемого образца происходит в изоляционном термобоксе с целью хоть частично изолировать данную систему от внешней среды, в первую очередь от резких перепадов внешней температуры (см. рис. 4). Испытываемый образец был упакован в тонкую полиэтиленовую фольгу, чтобы предотвратить испарение воды из шихты во время измерения и отделить испытуемый щуп от агрессивного материала связующего. При измерении необходимо было выполнить два следующих условия:

Изменения температуры измерительного зонда не должны влиять на ход гидратации цементной смеси. Максимальная тепловая мощность источника была ограничена P _max = 1,67 Вт. Ввиду того, что время измерения, в течение которого зонд находится под напряжением, было сокращено до 30 секунд, выделившееся тепло Q _max достигла значения около 50 Дж. В результате имитационного расчета установлено, что эта теплота выделения на границе зонда и образца может дать максимальное изменение температуры на Д t _max = 0,05 К и это с учетом развития тепловыделения гидратации и весьма незначительных потерь тепла.
Цементная смесь должна находиться в стационарном температурном состоянии в течение всего времени измерения. При лабораторных испытаниях развития теплоты гидратации в цементной смеси был установлен максимальный температурный градиент 0,0004°С s ^-1 , что означает изменение температуры бетонной смеси за счет теплоты гидратации не более чем на 0,012°С. Учитывая, что изменение температуры на границе зонда и образца составляет порядка нескольких десятков °С, это изменение температуры за время измерения незначительно.

Видно, что при гидратации вяжущего происходит существенное изменение значения коэффициента теплопроводности. Более внимательное рассмотрение хода кривой коэффициента теплопроводности, очевидно, показывает, что на начальном этапе гидратация имитирует с некоторым фазовым запаздыванием ход интенсивности тепловыделения гидратации (см. график 5).

График 4: Зависимость значения коэффициента теплопроводности от протекания гидратации цементного теста (ЦЕМ I 42,5R, w / c = 0,55).

График 5. Ход изменения температуры в цементном тесте при гидратации в изопериболическом калориметре /t _e =20°C/ (CEM I 42,5R, w / c = 0,55).

Заключение

Нестационарные методы определения коэффициента теплопроводности используются, в частности, в тех случаях, когда применение метода плит не может быть применено. Меньшая достоверность измерений компенсируется прежде всего быстрой реализацией эксперимента. Оценка эксперимента выполняется быстро и может быть алгоритмизирована для оперативной обработки компьютером.

Статья подготовлена при поддержке Исследовательского проекта VVZ CEZ MSM 261100008 и Гранта GACR 103/03/0839.

доц. Проф., д.т.н., дипл. инж. Станислав Стастник, дипл. Инж. Иржи Зак — Технологический университет, Факультет гражданского строительства, Технологический институт строительных материалов и компонентов, Вевери 95, Брно 662 37, Чешская Республика, Email: stastnik. [email protected]; [email protected]

Термические свойства материалов | Семинар по устойчивому развитию

Каждый материал, используемый в сборке оболочки, обладает фундаментальными физическими свойствами, которые определяют их энергетические характеристики, такими как проводимость, сопротивление и тепловая масса. Понимание этих неотъемлемых свойств поможет вам выбрать правильные материалы для управления тепловыми потоками.

Теплопроводность (k)

Способность материала проводить тепло.

Каждый материал имеет характерную скорость, с которой через него проходит тепло. Чем быстрее тепло проходит через материал, тем лучше он проводит тепло. Проводимость (k) — это свойство материала, данное для однородных твердых тел в стационарных условиях.

Используется в следующем уравнении:

где

q = результирующий тепловой поток (Вт)

k = теплопроводность материала (Вт/мК).

A = площадь поверхности, через которую проходит тепло (м²)

∆T = разница температур между теплой и холодной сторонами материала (K), и

L = толщина/длина материала (м )

Единицы проводимости

Британские единицы – БТЕ*дюйм/ч фут ºF : В британской системе проводимость – это количество британских тепловых единиц в час (БТЕ/ч), которые проходят через 1 квадратный фут ( ft ² ) материала толщиной 1 дюйм, когда разница температур материала составляет 1 ºF (в условиях устойчивого теплового потока).

SI — Вт/м ºC или Вт/м K: Эквивалент Международной системы (SI) представляет собой количество ватт, которые проходят через 1 квадратный метр (м ² ) из материала толщиной 1 м, когда перепад температур на этом материале составляет 1 К (равный 1°С) в условиях устойчивого теплового потока.

Теплопроводность (C)

Электропроводность на единицу площади для указанной толщины. Используется для стандартных строительных материалов.

В основных строительных материалах тепловой поток обычно измеряется проводимостью (C) , а не проводимостью. Электропроводность – это удельная проводимость материала на единицу площади при толщине объекта (в единицах Вт/м²К для метрических единиц и БТЕ/ч·фут·9).0070 2 •°F для имперских единиц).

Проводимость является свойством объекта и зависит как от материала, так и от его толщины. Многие твердые строительные материалы, такие как обычный кирпич, деревянный сайдинг, изоляция из войлока или плит, а также гипсокартон, широко доступны в стандартной толщине и составе. Для таких распространенных материалов полезно знать скорость теплового потока для этой стандартной толщины, а не скорость на дюйм.

Коэффициент U (U)

Общая проводимость строительного элемента. Используется для многоуровневых строительных конструкций.

В многослойных сборках проводимости объединены в одно число, называемое «U-фактор» (или иногда «U-значение»).

Коэффициент U и проводимость переводят проводимость из свойства материала в свойство объекта.

U общий коэффициент теплопередачи, выраженный в БТЕ/ч фут ² ºF (в единицах СИ, Вт/м ² К). Это та же единица измерения, что и проводимость, потому что это мера одного и того же: проводимость используется для определенного материала, U-фактор используется для конкретной сборки. Меньшие U-факторы означают меньшую проводимость, что означает лучшую изоляцию.

Например, общий U-фактор окна включает в себя теплопроводность оконных стекол, воздуха внутри, материала обрамления и любых других материалов различной толщины и расположения. За исключением особых случаев, проводимость материалов не может быть добавлена для определения U-фактора сборки.

Коэффициент U представляет собой общий коэффициент теплопередачи и включает влияние всех элементов в сборке и всех явных видов теплопередачи (теплопроводность, конвекция и излучение), но не скрытую теплопередачу (связанную с влажностью).

Термин U-коэффициент следует использовать только в том случае, если тепловой поток исходит от воздуха снаружи оболочки через сборку оболочки к воздуху внутри. Например, его нельзя использовать на стенах подвала.

Термическое сопротивление (значение R = 1/U)

Способность материала сопротивляться тепловому потоку.

Обозначается как R (значение R), тепловое сопротивление указывает, насколько эффективен любой материал в качестве изолятора.

Обратная величина теплопроводности R измеряется в часах, необходимых для того, чтобы 1 БТЕ прошла через 1 фут ² заданной толщины материала при разнице температур в 1ºF. В имперской системе единицами измерения являются футов ² •°F•ч/BTU . Единицы СИ составляют м²K/Вт .

Значения термического сопротивления иногда приводятся в виде таблицы как для единицы толщины, так и для образца материала с известной толщиной. Например, сопротивление сосны может быть указано как 1,0 фут ² •°F•ч/BTU на дюйм, или значения могут быть приведены в таблице для сосновой стойки 2×6 как 5,5 фута ² •°F•ч/БТЕ. Для однородного материала, такого как дерево, удвоение толщины удвоит значение R. Значения R обычно не указываются для сборок материалов. U-факторы используются для сборок.

Изоляция, препятствующая прохождению тепла через ограждающие конструкции здания, часто измеряется коэффициентом сопротивления теплопередаче. Более высокое значение R указывает на лучшие изоляционные характеристики. Просматривая листы спецификаций, убедитесь, что вы читаете значение R в правильных единицах, поскольку единицы не всегда указаны явно.

Для получения дополнительной информации о проектировании с изоляцией, включая таблицу общих значений R, тепловых мостов и расчет общих значений R для сборок, см. страницу «Изоляция».

Использование U-факторов и R-значений на практике

Разнообразие терминов, используемых до сих пор для выражения тепловых свойств, может сбить с толку. При работе со сложными многоуровневыми строительными конструкциями полезно объединять тепловые свойства в одно общее число для определения критериев проектирования ограждающих конструкций.

Для общей оболочки здания это часто выражается как U-фактор. Тем не менее, окна часто выражаются с помощью U-фактора, а стены часто выражаются с помощью R-значений. Строгого правила нет.

Расчет общего U-фактора начинается с добавления сопротивлений . U-факторы рассчитываются для конкретного элемента (крыши, стены и т. д.) путем нахождения сопротивления каждой составной части, включая воздушные пленки и воздушные пространства, а затем суммирования этих сопротивлений для получения общего сопротивления. Коэффициент U является обратной величиной этой суммы (Σ) сопротивлений: U= 1/ Σ R.

Для получения дополнительной информации о том, как использовать R-значения и U-факторы для проектирования оболочки, см. страницу, посвященную общему R-значению и тепловым мостам.

Тепловая масса

Термическая масса — это сопротивление материала изменению температуры при добавлении или удалении тепла, а также ключевой фактор в динамическом взаимодействии теплопередачи внутри здания. Необходимо понимать четыре фактора: плотность, удельная теплоемкость, теплоемкость и тепловое отставание.

Плотность
Плотные материалы обычно сохраняют больше тепла.

Плотность – это масса материала на единицу объема. В имперской системе плотность определяется как фунт/фут ³ ; в системе СИ это дается как кг/м ³ . Для фиксированного объема материала большая плотность позволит хранить больше тепла.

Удельная теплоемкость
Высокая удельная теплоемкость требует много энергии для изменения температуры.

Удельная теплоемкость – это мера количества тепла, необходимого для повышения температуры данной массы материала на 1º. В имперской системе это выражается как БТЕ/фунт ºF; в системе СИ она выражается в кДж/кг К. Для повышения температуры материала с низкой удельной теплоемкостью требуется меньше энергии, чем у материала с высокой удельной теплоемкостью.

Например, одному грамму воды требуется одна калория тепловой энергии, чтобы поднять температуру на один градус Цельсия. Вода обладает высокой теплоемкостью и поэтому иногда используется в качестве тепловой массы в зданиях.

Материал	Теплоемкость Дж/(г·К)
Кирпич	0,84
Бетон	0,88
Гранит	0,79
Гипс	1,09
Почва	0,80
Дерево	1,2-2,3
Вода	4,2

Теплоемкость (тепловая масса)
Плотность x удельная теплоемкость = количество тепла, которое может быть сохранено на единицу объема

Теплоемкость – это показатель способности материала сохранять тепло на единицу объема . Чем больше теплоемкость материала, тем больше тепла он может сохранить в данном объеме на градус повышения температуры. Теплоемкость материала получается произведением плотности на удельную теплоемкость. Единицы: Дж/К.

Более высокая теплоемкость может (но не всегда) уменьшить поток тепла извне во внутреннюю среду за счет накопления тепла внутри материала. Тепло, попадающее в конструкцию стены в дневное время, например, может сохраняться внутри стены в течение нескольких часов, пока оно не выйдет обратно в прохладный ночной воздух — при соответствующих погодных условиях и достаточной теплоемкости.

Тепловое запаздывание (время запаздывания)
При большой тепловой массе для перехода тепла от одной стороны оболочки к другой могут потребоваться часы.

Это замедление потока тепла называется «термической задержкой» (или временной задержкой) и измеряется как разница во времени между пиковой температурой на внешней поверхности строительного элемента и пиковой температурой на внутренней поверхности. Некоторые материалы, такие как стекло, не имеют значительного теплового отставания. Но тепловая задержка может достигать восьми или девяти часов для конструкций с высокой тепловой массой, таких как стены из двойного кирпича или утрамбованные земляные стены.

Время отставания и замедление температуры из-за тепловой массы

Например, если солнце выглянет из-за облаков и ударит по оболочке здания с высокой теплоемкостью в 10:00, температура наружной поверхности быстро повысится. Однако может пройти несколько часов, прежде чем этот температурный «всплеск» будет виден на внутренней поверхности стены. Причина в том, что часть тепла накапливается в материале стены. Это тепло сохраняется в материале стены до тех пор, пока оно не поглотит столько, сколько может (насыщение). Затем тепло будет течь внутрь в зависимости от проводимости материала.

Одним из примеров крупномасштабного теплового отставания является тот факт, что самые жаркие месяцы в большинстве частей северного полушария — июль или август, хотя самое яркое солнце в году приходится на июнь.

Свойства остекления

Теплопередача и излучение от окна

В отношении прозрачных поверхностей необходимо учитывать еще больше.

Теплопередача через окно включает все три способа теплопередачи; теплопроводность, конвекция и излучение. Преобладающий способ теплопередачи всегда меняется и зависит от времени, температуры окружающей среды и помещения, скорости наружного ветра, а также количества и угла солнечного излучения, падающего на окно. Изоляционные способности окон обычно измеряются их U-фактором; см. таблицу на странице «Свойства остекления». U-фактор для окна — это прежде всего метрика, используемая для расчета кондуктивной части теплопередачи через окно.

Поскольку окна («остекление») пропускают свет и излучение, существует множество свойств, которые необходимо учитывать для оптимизации их тепловых и визуальных характеристик. Например, упрощенная метрика, используемая для определения лучистой теплопередачи через окно, когда солнечная энергия попадает на окно, называется коэффициентом притока солнечного тепла (SHGC).