Коэффициент теплопроводности материалов

Эффективность многослойных конструкций

Плотность и теплопроводность

В настоящее время нет такого строительного материала, высокая несущая способность которого сочеталась бы с низкой теплопроводностью. Строительство зданий по принципу многослойных конструкций позволяет:

  • соответствовать расчётным нормам строительства и энергосбережения;
  • оставлять размеры ограждающих конструкций в пределах разумного;
  • уменьшить материальные затраты на строительство объекта и его обслуживание;
  • добиться долговечности и ремонтопригодности (например, при замене одного листа минеральной ваты).

Комбинация конструкционного материала и теплоизоляционного позволяет обеспечить прочность и снизить потерю тепловой энергии до оптимального уровня. Поэтому при проектировании стен при расчётах учитывается каждый слой будущей ограждающей конструкции.

Важно также учитывать плотность при строительстве дома и при его утеплении. Плотность вещества – фактор, влияющий на его теплопроводность, способность задерживать в себе основной теплоизолятор – воздух

Плотность вещества – фактор, влияющий на его теплопроводность, способность задерживать в себе основной теплоизолятор – воздух

Плотность вещества – фактор, влияющий на его теплопроводность, способность задерживать в себе основной теплоизолятор – воздух.

Расчёт толщины стен и утеплителя

Расчёт толщины стены зависит от следующих показателей:

  • плотности;
  • расчётной теплопроводности;
  • коэффициента сопротивления теплопередачи.

Согласно установленных норм, значение показателя сопротивления теплопередачи наружных стен должно быть не менее 3,2λ Вт/м •°С.

Расчёт толщины стен из железобетона и прочих конструкционных материалов представлен в таблице 2. Такие строительные материалы отличаются высокими несущими характеристиками, они долговечны, но в качестве тепловой защиты они неэффективны и требуют нерациональной толщины стены.

Таблица 2

ПоказательБетоны, растворно-бетонные смеси
ЖелезобетонЦементно-песчаный растворСложный раствор (цементно-известково-песчаный)Известково-песчаный раствор
плотность, кг/куб.м2500180017001600
коэффициент теплопроводности, Вт/(м•°С)2,040,930,870,81
толщина стен, м6,532,982,782,59

Конструкционно-теплоизоляционные материалы способны подвергаться достаточно высоким нагрузкам, при этом значительно повышают теплотехнические и акустические свойства зданий в стеновых ограждающих конструкциях (таблица 3.1, 3.2).

Таблица 3.1

ПоказательКонструкционно-теплоизоляционные м-лы
ПемзобетонКерамзитобетонПолистиролбетонПено- и газобетон (пено- и газосиликат)Кирпич глиняныйСиликатный кирпич
плотность, кг/куб.м80080060040018001800
коэффициент теплопроводности, Вт/(м•°С)0,680,3260,20,110,810,87
толщина стен, м2,1761,040,640,352,592,78

Таблица 3.2

ПоказательКонструкционно-теплоизоляционные м-лы
Кирпич шлаковыйСиликатный кирпич 11-типустотныйКирпич силикатный 14-типустотныйСосна (поперечное расположение волокон)Сосна (продольное расположение волокон)Фанера клеёная
плотность, кг/куб.м150015001400500500600
коэффициент теплопроводности, Вт/(м•°С)0,70,810,760,180,350,18
толщина стен, м2,242,592,430,581,120,58

Значительно повысить теплозащиту зданий и сооружений позволяют теплоизоляционные строительные материалы. Данные таблицы 4 показывают, что наименьшие значения коэффициента теплопроводности имеют полимеры, минераловатные, плиты из природных органических и неорганических материалов.

Таблица 4

ПоказательТеплоизоляционные м-лы
ППТПТ полистиролбетонныеМаты минераловатныеПлиты теплоизоляционные (ПТ) из минеральной ватыДВП (ДСП)ПакляЛисты гипсовые (сухая штукатурка)
плотность, кг/куб.м3530010001902001501050
коэффициент теплопро- водности, Вт/(м•°С)0,390,10,290,0450,070,1921,088
толщина стен, м0,120,320,9280,140,2240,2241,152

Значения таблиц теплопроводности строительных материалов применяются при расчётах:

  • теплоизоляции фасадов;
  • общестроительной изоляции;
  • изоляционных материалов при устройстве кровли;
  • технической изоляции.

Задача выбора оптимальных материалов для строительства, конечно же, подразумевает более комплексный подход. Однако даже такие простые расчёты уже на первых этапах проектирования позволяют определить наиболее подходящие материалы и их количество.

Как влияет теплопроводность бетона на микроклимат внутри помещения

Из множества строительных материалов, применяемых для возведения зданий, одним из наиболее распространенных является бетон. Среди главных рабочих характеристик материала выделяется коэффициент теплопроводности бетона. На этапе проектирования необходимо предусмотреть применение в процессе строительства теплоизоляционных материалов, позволяющих превратить возведенную железобетонную конструкцию в жилое строение

Ведь важно возвести не только устойчивое, экологически чистое и оригинальное здание, но и создать благоприятные условия для проживания

Зная теплопроводность бетонного массива, и правильно выбрав теплоизоляционные материалы, можно добиться значительных результатов:

  • существенно сократить тепловые потери;
  • снизить затраты на обогрев помещения;
  • обеспечить внутри здания комфортный микроклимат.

Влияние уровня теплопроводности на внутренний микроклимат выражается простой зависимостью:

  • при возрастании коэффициента, интенсивность тепловой передачи возрастает, и строение, возведенное из материала с такими характеристиками, быстрее остывает и, соответственно, ускоренными темпами нагревается;
  • снижение способности бетонного массива передавать тепло позволяет на протяжении увеличенного периода времени сохранять внутри помещения комфортную температуру, с соответственным уменьшением тепловых потерь.

Зная теплопроводность бетонного массива можно обеспечить внутри здания комфортный микроклимат

Если подытожить, то степень теплопроводимости бетона является определяющим фактором, влияющим на комфортность жилища. Различные виды бетона отличаются структурой массива, свойствами применяемого наполнителя и, соответственно, степенью теплопроводности

Важно использовать такие марки бетона совместно с утеплителями, чтобы обеспечить надежное удержание бетонным массивом тепла в помещении. Выбор применяемых для строительства материалов производится на проектной стадии

Как производится расчет с учетом коэффициента теплопроводности бетона

Решая задачу по расчету толщины теплоизолятора, необходимо использовать формулу расчета теплового сопротивления – R=p/k, которая расшифровывается следующим образом:

  • R – величина температурного сопротивления;
  • p – значение толщины слоя, указанное в метрах;
  • k – коэффициент теплопроводности железобетона, бетона или другого материала, из которого изготовлены стены.

Алгоритм вычислений:

  • Рассчитайте термосопротивление, разделив толщину стен на коэффициент теплопроводности – 0,3:0,31=0,96.
  • Отнимите полученный результат от предельно допустимого для определенной климатической зоны – 3,28-0,96=2,32.

Факторы, влияющие на теплопропускаемость бетона

Из-за неоднородности структуры бетонных конструкций и разных условий эксплуатации коэффициент теплопроводности в этом случае – величина условная. На этот параметр оказывают влияние:

  • Плотность. Чем плотнее материал, тем ближе друг к другу находятся его частицы, тем быстрее передается тепло. Это значит, что тяжелые бетоны имеют больший коэффициент теплопроводности, по сравнению с легкими (керамзитовыми, вермикулитовыми, перлитовыми).
  • Пористость и структура пор. Чем больше объем, занятый воздухом, тем лучше материал задерживает тепло. Но на теплоизоляционные характеристики влияет не только процентное содержание воздуха, но и размеры, а также замкнутость пор. Лучше всего прохождению тепла препятствуют мелкие замкнутые поры. Крупные поры, которые сообщаются между собой, увеличивают теплопередачу.
  • Влажность. Это еще один фактор, влияющий на коэффициент теплопередачи бетона. Вода способна проводить тепло в 20 раз лучше воздуха. Поэтому увлажненный материал резко теряет теплоизоляционные характеристики. При отрицательных температурах вода в увлажненном слое замерзает, вызывая не только повышенные теплопотери здания, но и быстрое разрушение строительного материала. В таблицах, применяемых при точных теплотехнических расчетах, часто указывают три значения коэффициента теплопроводности – в сухом виде, при нормальной влажности, в увлажненном состоянии.
  • Температура. С повышением температуры коэффициент теплопроводности увеличивается.

Сравнение коэффициента теплопроводности тяжелого бетона, пено- и газобетона, керамзитобетона, фибробетона.

Наиболее высоким коэффициентом теплопроводности обладает тяжелый бетон, армированный стальными стержнями или проволокой (железобетон) – до 2,04 Вт/(м*C). Немного ниже этот показатель у неармированных бетонных элементов.

Более низким коэффициентом теплопроводности и повышенными теплоизоляционными характеристиками обладают: керамзитобетон, изготовленный с использованием кварцевого или перлитового песка, сухой пено- и газобетон. Уровень теплопередачи фибробетона сравним с аналогичным показателем плотного керамзитобетона.

Таблица коэффициентов теплопроводности различных видов бетона

Вид бетона Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*C)
Тяжелый армированный бетон 1,68- 2,04
Тяжелый бетон 1,29-1,52
Керамзитобетон (в зависимости от плотности) 0,14-0,66
Пенобетон (в зависимости от плотности) 0,08-0,37
Газобетон разной плотности 0,1-0,3
Фибробетон 0,52-0,75

Правильное проведение теплотехнических расчетов позволяет определить оптимальную толщину стен, что обеспечивает уменьшение расходов на отопление и комфортный микроклимат внутри здания.

Поделиться ссылкой:

Коэффициент теплопроводности.

Количество тепла, которое проходит через стены (а по научному — интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности) зависит от разности температур (в доме и на улице), от площади стен и теплопроводности материала, из которого сделаны эти стены.

Для количественной оценки теплопроводности существует коэффициент теплопроводности материалов. Этот коэффициент отражает свойство вещества проводить тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше он проводит тепло. Если мы собираемся утеплять дом, то надо выбирать материалы с небольшим значением этого коэффициента. Чем он меньше, тем лучше. Сейчас  в качестве материалов для утепления зданий  наибольшее распространение получили утеплители из минеральной ваты, и различных пенопластов. Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами — Неопор.

Коэффициент теплопроводности материалов обозначается буквой ? (греческая строчная буква лямбда)  и выражается в Вт/(м2*К). Это означает, что если взять стену из кирпича, с коэффициентом теплопроводности 0,67 Вт/(м2*К), толщиной 1 метр и площадью 1 м2., то при разнице температур в 1 градус, через стену будет проходить 0,67 ватта тепловой энергии. Если разница температур будет 10 градусов, то будет проходить уже 6,7 ватта. А если при такой разнице температур  стену сделать 10 см, то потери тепла будут уже 67 ватт. Подробней о методике расчета теплопотерь зданий можно посмотреть здесь.

Следует отметить, что значения коэффициента теплопроводности материалов указываются для толщины материала в 1 метр. Чтобы определить теплопроводность материала для любой другой толщины, надо коэффициент теплопроводности разделить на нужную толщину, выраженную в метрах.

В строительных нормах и расчетах часто используется понятие «тепловое сопротивление материала». Это величина обратная теплопроводности.  Если, на пример, теплопроводность пенопласта толщиной 10 см — 0,37 Вт/(м2*К), то его тепловое сопротивление будет равно 1 / 0,37 Вт/(м2*К) = 2,7 (м2*К)/Вт.

Что такое коэффициент теплопроводности

Коэффициент теплоотдачи или теплопроводности материалов, который также обозначен в таблицах, это характеристика тепловой проводимости. Он обозначает количество тепловой энергии, проходящий через толщу стройматериала за определенный промежуток времени.

В принципе, коэффициент обозначает именно количественный показатель. И чем он меньше, тем теплопроводность материала лучше. Из сравнения выше видно, что стальные профили и конструкции обладают самым высоким коэффициентом. А значит, они практически не держат тепло. Из строительных материалов,сдерживающих тепло, которые используются для сооружения несущих конструкций, это древесина.

Но надо обозначить и другой момент. К примеру, все та же сталь. Этот прочный материал используют для отведения тепла, где есть необходимость сделать быстрый перенос. К примеру, радиаторы отопления. То есть, высокий показатель теплопроводности – это не всегда плохо.


Коэффициент теплопроводности стены из разных материалов при разной толщине

Как правильно выбрать утеплитель?

При выборе утеплителя нужно обращать внимание на: ценовую доступность, сферу применения, мнение экспертов и технические характеристики, являющиеся самым важным критерием

Основные требования, предъявляемые к теплоизоляционным материалам:

Теплопроводность.

Теплопроводность подразумевает под собой способность материала передавать теплоту. Это свойство характеризуется коэффициентом теплопроводности, на основе которого принимают необходимую толщину утеплителя. Теплоизоляционный материал с низким коэффициентом теплопроводности является лучшим выбором.

Также теплопроводность тесно связана с понятиями плотности и толщины утеплителя, поэтому при выборе необходимо обращать внимание и на эти факторы. Теплопроводность одного и того же материала может изменяться в зависимости от плотности

Под плотностью понимают массу одного кубического метра теплоизоляционного материала. По плотности материалы подразделяются на: особо лёгкие, лёгкие, средние, плотные (жёсткие). К легким относятся пористые материалы, подходящие для утепления стен, перегородок, перекрытий. Плотные утеплители лучше подходят для утепления снаружи.

Чем меньше плотность утеплителя, тем меньше вес, а теплопроводность выше. Это является показателем качества утепления. А небольшой вес способствует удобству монтажа и укладки. В ходе опытных исследований установлено, что утеплитель, имеющий плотность от 8 до 35 кг/м³ лучше всего удерживает тепло и  подходят для утепления вертикальных конструкций внутри помещений.

А как зависит теплопроводность от толщины? Существует ошибочное мнение, что утеплитель большой толщины будет лучше удерживать тепло внутри помещения. Это приводит к неоправданным расходам. Слишком большая толщина утеплителя может привести к нарушению естественной вентиляции и в помещении будет слишком душно.

А недостаточная толщина утеплителя приводит к тому, что холод будет проникать через толщу стены и на плоскости стены образуется конденсат, стена будет неотвратимо отсыревать, появится плесень и грибок.

Толщину утеплителя необходимо определять на основании теплотехнического расчета с учетом климатических особенностей территории, материала стены и её минимально допустимого значения сопротивления теплопередачи.

В случае игнорирования расчета может появиться ряд проблем, решение которых потребует больших дополнительных затрат!

Коэффициент теплопроводности строительных материалов – таблицы

Теплоизоляционные свойства материалов прекрасно демонстрируют сводные таблицы, в которых представлены нормативные показатели.

Таблица коэффициентов теплоотдачи материалов. Часть 1

Проводимость тепла материалов. Часть 2Таблица теплопроводности изоляционных материалов для бетонных полов

Но эти таблицы теплопроводности материалов и утеплителей учли далеко не все значения. Рассмотрим подробнее теплоотдачу основных строительных материалов.

Таблица теплопроводности кирпича

Как уже успели убедиться, кирпич – не самый «тёплый» стеновой материал. По теплоэффективности он отстаёт от дерева, пенобетона и керамзита. Но при грамотном утеплении из него получаются уютные и тёплые дома.

Сравнение теплопроводности строительных материалов по толщине (кирпич и пенобетон)

Но не все виды кирпича имеют одинаковый коэффициент теплопроводности (λ). Например, у клинкерного он самый большой – 0,4−0,9 Вт/(м·К). Поэтому строить из него что-то нецелесообразно. Чаще всего его применяют при дорожных работах и укладке пола в технических зданиях. Самый малый коэффициент подобной характеристики у так называемой теплокерамики – всего 0,11 Вт/(м·К). Но подобное изделие также отличается и большой хрупкостью, что максимально минимизирует область его применения.

Неплохое соответствие прочности и теплоэффективности у силикатных кирпичей. Но кладка из них также нуждается в дополнительном утеплении, и в зависимости от региона строительства, возможно, ещё и в утолщении стены. Ниже приведена сравнительная таблица значений проводимости тепла различными видами кирпичей.

Теплопроводность разных видов кирпичей

Таблица теплопроводности металлов

Теплопроводность металлов не менее важна в строительстве, например, при выборе радиаторов отопления. Также без подобных значений не обойтись при сварке ответственных конструкций, производстве полупроводников и различных изоляторов. Ниже приведены сравнительные таблицы проводимости тепла различных металлов.

Теплоэффективность разных видов металлов. Часть 1Теплоэффективность разных видов металлов. Часть 2Теплоэффективность разных видов металлов. Часть 3

Таблица теплопроводности дерева

Древесина в строительстве негласно относится к элитным материалам для возведения домов. И это не только из-за экологичности и высокой стоимости. Самые низкие коэффициенты теплопроводности у дерева. При этом подобные значения напрямую зависят от породы. Самый низкий коэффициент среди строительных пород имеет кедр (всего 0,095 Вт/(м∙С)) и пробка. Из последней строить дома очень дорого и проблемно. Но зато пробка для покрытия пола ценится из-за своей невысокой проводимости тепла и хороших звукоизоляционных качеств. Ниже представлены таблицы теплопроводности и прочности различных пород.

Проводимость тепла дереваПрочность разных пород древесины

Таблица проводимости тепла бетонов

Бетон в различных его вариациях является самым распространённым строительным материалом на сегодня, хотя и не является самым «тёплым». В строительстве различают конструкционные и теплоизоляционные бетоны. Из первых возводят фундаменты и ответственные узлы зданий с последующим утеплением, из вторых строят стены. В зависимости от региона к таковым либо применяется дополнительное утепление, либо нет.

Сравнительная таблица теплоизоляционных бетонов и теплопроводности различных стеновых материалов

Наиболее «тёплым» и прочным считает газобетон. Хотя это не совсем так. Если сравнивать структуру пеноблоков и газобетона, можно увидеть существенные различия. У первых поры замкнутые, когда же у газосиликатов большинство их открытые, как бы «рваные». Именно поэтому в ветреную погоду неутеплённый дом из газоблоков очень холодный. Эта же причина делает подобный лёгкий бетон более подверженным к воздействиям влаги.

Какой коэффициент теплопроводности у воздушной прослойки

В строительстве зачастую используют воздушные ветронепродуваемые прослойки, которые только увеличивают проводимость тепла всего здания. Также подобные продухи необходимы для вывода влаги наружу

Особое внимание проектированию подобных прослоек уделяется в пенобетонных зданиях различного назначения. У подобных прослоек также есть свой коэффициент теплопроводности в зависимости от их толщины

Таблица проводимости тепла воздушных прослоек

Практическое применение значения теплопроводности строительных материалов

Из понятия теплопроводности напрямую вытекает понятие толщины слоя материала для получения необходимого значения сопротивления теплового потока. Тепловое сопротивление нормируемая величина.

Упрощенная формула, определяющая толщину слоя, будет иметь вид:

Таблица теплопроводности утеплителей.

H=R/λ, (2)

где, H толщина слоя, м,

R сопротивление теплопередаче, (м2*°С)/Вт,

λ коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°С).

Данная формула применительно к стене или перекрытию имеет следующие допущения:

  • ограждающая конструкция имеет однородное монолитное строение,
  • используемые стройматериалы имеют естественную влажность.

При проектировании необходимые нормируемые и справочные данные берутся из нормативной документации:

  • СНиП23-01-99 Строительная климатология,
  • СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий,
  • СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий.

Эффективность многослойных конструкций

Плотность и теплопроводность

В настоящее время нет такого строительного материала, высокая несущая способность которого сочеталась бы с низкой теплопроводностью. Строительство зданий по принципу многослойных конструкций позволяет:

  • соответствовать расчётным нормам строительства и энергосбережения;
  • оставлять размеры ограждающих конструкций в пределах разумного;
  • уменьшить материальные затраты на строительство объекта и его обслуживание;
  • добиться долговечности и ремонтопригодности (например, при замене одного листа минеральной ваты).

Комбинация конструкционного материала и теплоизоляционного позволяет обеспечить прочность и снизить потерю тепловой энергии до оптимального уровня. Поэтому при проектировании стен при расчётах учитывается каждый слой будущей ограждающей конструкции.

Важно также учитывать плотность при строительстве дома и при его утеплении. Плотность вещества – фактор, влияющий на его теплопроводность, способность задерживать в себе основной теплоизолятор – воздух. Плотность вещества – фактор, влияющий на его теплопроводность, способность задерживать в себе основной теплоизолятор – воздух

Плотность вещества – фактор, влияющий на его теплопроводность, способность задерживать в себе основной теплоизолятор – воздух.

Расчёт толщины стен и утеплителя

Расчёт толщины стены зависит от следующих показателей:

  • плотности;
  • расчётной теплопроводности;
  • коэффициента сопротивления теплопередачи.

Согласно установленных норм, значение показателя сопротивления теплопередачи наружных стен должно быть не менее 3,2λ Вт/м •°С.

Расчёт толщины стен из железобетона и прочих конструкционных материалов представлен в таблице 2. Такие строительные материалы отличаются высокими несущими характеристиками, они долговечны, но в качестве тепловой защиты они неэффективны и требуют нерациональной толщины стены.

Таблица 2

ПоказательБетоны, растворно-бетонные смеси
ЖелезобетонЦементно-песчаный растворСложный раствор (цементно-известково-песчаный)Известково-песчаный раствор
плотность, кг/куб.м2500180017001600
коэффициент теплопроводности, Вт/(м•°С)2,040,930,870,81
толщина стен, м6,532,982,782,59

Конструкционно-теплоизоляционные материалы способны подвергаться достаточно высоким нагрузкам, при этом значительно повышают теплотехнические и акустические свойства зданий в стеновых ограждающих конструкциях (таблица 3.1, 3.2).

Таблица 3.1

ПоказательКонструкционно-теплоизоляционные м-лы
ПемзобетонКерамзитобетонПолистиролбетонПено- и газобетон (пено- и газосиликат)Кирпич глиняныйСиликатный кирпич
плотность, кг/куб.м80080060040018001800
коэффициент теплопроводности, Вт/(м•°С)0,680,3260,20,110,810,87
толщина стен, м2,1761,040,640,352,592,78

Таблица 3.2

ПоказательКонструкционно-теплоизоляционные м-лы
Кирпич шлаковыйСиликатный кирпич 11-типустотныйКирпич силикатный 14-типустотныйСосна (поперечное расположение волокон)Сосна (продольное расположение волокон)Фанера клеёная
плотность, кг/куб.м150015001400500500600
коэффициент теплопроводности, Вт/(м•°С)0,70,810,760,180,350,18
толщина стен, м2,242,592,430,581,120,58

Значительно повысить теплозащиту зданий и сооружений позволяют теплоизоляционные строительные материалы. Данные таблицы 4 показывают, что наименьшие значения коэффициента теплопроводности имеют полимеры, минераловатные, плиты из природных органических и неорганических материалов.

Таблица 4

ПоказательТеплоизоляционные м-лы
ППТПТ полистиролбетонныеМаты минераловатныеПлиты теплоизоляционные (ПТ) из минеральной ватыДВП (ДСП)ПакляЛисты гипсовые (сухая штукатурка)
плотность, кг/куб.м3530010001902001501050
коэффициент теплопро- водности, Вт/(м•°С)0,390,10,290,0450,070,1921,088
толщина стен, м0,120,320,9280,140,2240,2241,152

Значения таблиц теплопроводности строительных материалов применяются при расчётах:

  • теплоизоляции фасадов;
  • общестроительной изоляции;
  • изоляционных материалов при устройстве кровли;
  • технической изоляции.

Задача выбора оптимальных материалов для строительства, конечно же, подразумевает более комплексный подход. Однако даже такие простые расчёты уже на первых этапах проектирования позволяют определить наиболее подходящие материалы и их количество.

Заключение

Таинство теплотехнического расчета открывает не только возможность в подборе стеновых ограждений: пирог утепленной кровли, полы первого этажа и чердачные перекрытия, всё считается с применением этих формул. Для пола нужно учитывать, что температура в пространстве между землей и полом не опускается ниже +5 градусов, поэтому требуемое сопротивление тепловой защите R тр придется подобрать по-новой.

Станет ли дом тёплым и экономичным зависит только от вас, а в следующей статье мы разберём вопросы: конденсата, точки росы, правильного утепления газобетона и почему в качестве утеплителя стен не стоит использовать пенопласт и пенополистирол.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий