Теплопровідність бетонної стіни. Порівняння теплопровідності будівельних матеріалів - вивчаємо важливі показники
Таблиця теплопровідності будівельних матеріалів необхідна при проектуванні захисту будівлі від тепловтрат згідно з нормативами СНіП від 2003 року під номером 23-02. Цими заходами забезпечується зниження експлуатаційного бюджету, підтримання постійного комфортного мікроклімату всередині приміщень. Для зручності користувачів всі дані зведені в таблиці, дані параметри для нормальної експлуатації, умов підвищеної вологості, так як, деякі матеріали при збільшенні цього параметра різко знижують властивості.
Теплопровідність є одним із способів втрат тепла житловими приміщеннями. Ця характеристика виражається кількістю тепла, здатним проникнути крізь одиницю площі матеріалу (1 м 2) за секунду при стандартній товщині шару (1 м). Фізики пояснюють вирівнювання температур різних тіл, об'єктів шляхом теплопровідності природним прагненням до термодинамічної рівноваги всіх матеріальних речовин. Таким чином, кожен індивідуальний забудовник, опалюючи приміщення в зимовий період, отримує втрати теплової енергії, що йде з житла крізь зовнішні стіни, підлоги, вікна, покрівлю. Щоб скоротити витрату енергоносія для обігріву приміщень, зберігши всередині них комфортний для експлуатації мікроклімат, необхідно розрахувати товщину всіх огороджувальних конструкцій на етапі проектування. Це дозволить скоротити бюджет будівництва. Таблиця теплопровідності будівельних матеріалів дозволяє використовувати точні коефіцієнти для стінових конструкційних матеріалів. Нормативи СНиП регламентують опір фасадів котеджу передачі тепла холодному повітрю вулиці в межах 3,2 одиниць. Перемноживши ці значення, можна отримати необхідну товщину стіни, щоб визначитися з кількістю матеріалу. Наприклад, при виборі пористого бетону з коефіцієнтом 0,12 одиниць досить кладки в один блок довжиною 0,4 м. Використовуючи дешевші блоки з цього ж матеріалу з коефіцієнтом 0,16 одиниць, буде потрібно зробити стіну товщі - 0,52 м. Коефіцієнт теплопровідності сосни, ялини становить 0,18 одиниць. Тому, для дотримання умови опору теплопередачі 3,2, буде потрібно 57 см брус, якого не існує в природі. При виборі цегляної кладки з коефіцієнтом 0,81 одиниця товщина зовнішніх стін загрожує збільшенням до 2,6 м, залізобетонних конструкцій - до 6,5 м. На практиці стіни виготовляють багатошаровими, закладаючи всередину шар утеплювача або обшиваючи утеплювачем зовнішню поверхню. У цих матеріалів коефіцієнт теплопровідності набагато нижче, що дозволяє зменшити товщину багаторазово. Конструкційний матеріал забезпечує міцність будівлі, утеплювач знижує тепловтрати до прийнятного рівня. Сучасні облицювальні матеріали, що використовуються на фасадах, внутрішніх стінах, так само мають опором тепловтрат. Тому, в розрахунках враховуються всі шари майбутніх стін. Вищевказані розрахунки будуть неточними а то й враховувати наявність в кожній стіні котеджу світлопрозорих конструкцій. Таблиця теплопровідності будівельних матеріалів в нормативах СНиП забезпечує легкий доступ до коефіцієнтів теплопровідності даних матеріалів. При виборі типового або індивідуального проекту забудовник отримує комплект документації, необхідний для зведення стін. Силові конструкції в обов'язковому порядку прораховані на міцність з урахуванням вітрових, снігових, експлуатаційних, конструкційних навантажень. Товщина стін враховує характеристики матеріалу кожного шару, тому, тепловтрати гарантовано будуть нижче допустимих норм СНіП. У цьому випадку замовник може пред'явити претензії організації, що займалася проектуванням, при відсутності необхідного ефекту в процесі експлуатації житла.
Приклад розрахунку товщини стіни по теплопровідності
Різні матеріали мають різну теплопровідність, І чим вона нижча, тим менше теплообмін внутрішнього середовища проживання з зовнішньої. Це означає, що взимку в такому будинку зберігається тепло, а влітку - прохолода
Теплопровідність - кількісна характеристика здатності тел до проведення тепла. Для того щоб мати можливість порівняння, а також точних розрахунків при будівництві, представляємо цифри в таблиці теплопровідності, а також міцності, паропроникності більшості будівельних матеріалів.
Виділяють наступні види теплообмінних процесів:
- теплопровідність;
- конвекція;
- теплове випромінювання.
теплопровідність - це перенесення на молекулярному рівні тепла між тілами або частинками одного і того ж тіла, що мають різні температури, коли відбувається досить активний обмін рухової енергією молекул, атомів і вільних електронів, т. Е. Найдрібніших частинок тіла.
Даний процес здійснюється пересуваються в хаотичному порядку структурними частинками тел (маються на увазі молекули, атоми і т.п.). Подібний обмін тепла відбувається в будь-якому фізичному тілі, що має неоднорідний розподіл температур. Сам же механізм теплопередачі так чи інакше залежить від того, в якому агрегатному стані речовина знаходиться в поточний момент.
теплове випромінювання - перенесення енергії від одного тіла до іншого тілу, що відбувається при посередництві електромагнітних хвиль.
Всі способи передачі тепла часто реалізуються спільно. Так, конвекцію супроводжує теплопровідність, адже при цьому неминуче відбувається зіткнення частинок з різною температурою.
Процес конвекції здійснюється при переміщенні в просторі нерівномірно нагрітих ділянок середовища. При цьому перенесення тепла нерозривним чином пов'язаний з переносом цієї самої середовища.
Щоб досягти такого ж тепла в будинку з цегли, яке дає дерев'яний зруб, товщина цегляних стін повинна перевищувати в три рази товщину стін будівлі з дерева
Процес спільного перенесення тепла способом конвекції і теплопровідності називають конвективним теплообміном. Тепловіддача - за своєю суттю конвективний теплообмін між переміщається середовищем і нерухомою (твердої) стіною. Тепловіддача нерідко супроводжується тепловим випромінюванням. Перенесення тепла в такому випадку здійснюється спільно за допомогою таких процесів, як теплопровідність, конвекція і теплове випромінювання.
Відбувається перенесення речовини, так званий массообмен, що виявляється в рівноважної концентрації речовини.
Спільне одночасне перебіг процесів теплообміну і масообміну називають ТЕПЛОМАСООБМІННИХ.
Теплопровідність виражається в тепловому переміщенні найдрібніших частинок тел. Явище теплопровідності можна спостерігати як в твердих тілах, так і в нерухомих газах, і в рідинах за умови, що в них не виникають конвективні струми. При зведенні різного роду конструкцій, включаючи житлові будинки, необхідні знання про теплопровідності будівельних матеріалів, в тому числі таких, як, пінополістирол, пінополіуретан та ін.
Коефіцієнт теплопровідності
Показником теплопровідності матеріалів служить коефіцієнт теплопровідності
Говорячи про теплопровідності, також мають на увазі кількісні характеристики здатності тел до проведення тепла. Здатність того чи іншого речовини проводити тепло різна. Її вимірюють такою одиницею, як коефіцієнт теплопровідності, що означає питому теплопровідність. У чисельному вираженні дана характеристика дорівнює кількості тепла, що проходить крізь той або матеріал товщиною в 1 м і площею 1 кв.м / сек при одиничному температурному діапазоні.
Перш передбачалося, що теплова енергія передається в залежності від перетікання теплорода тел від одного до іншого. Втім, згодом досліди спростували саме поняття теплорода в якості самостійного виду матерії. У наш час вважається, що явище теплопровідності обумовлено природним прагненням об'єктів до стану, максимально близькому до термодинамічної рівноваги, що і проявляється вирівнюванням їх температур.
Коефіцієнт теплопровідності вакууму
Цікаво розглянути з цієї точки зору коефіцієнт теплопровідності вакууму. Він близький нулю - причому, чим вакуум глибше вакуум, тим його теплопровідність ближче до нульової. Чому? Справа в тому, що в вакуумі вкрай низька концентрація матеріальних частинок, які здатні переносити тепло. Але тепло в вакуумі все ж передається - за допомогою випромінювання. Так, наприклад, щоб довести до мінімуму тепловтрати, термос роблять з подвійними стінками, відкачуючи між ними повітря. А також роблять «сріблення». На тій же якості, що дзеркальна поверхня відбиває випромінювання краще, засновані властивості таких матеріалів, як фольгований пенофол і інші подібні ізоляційні матеріали.
Нижче дивимося пізнавальні відеоматеріали для більш повного уявлення такого фізичного поняття, як теплопровідність, на конкретних прикладах.
Таблиця теплопровідності
| матеріал | Щільність, кг / м3 | Теплопровідність, Вт / (м * С) | паропроникність, Мг / (м * год * Па) |
Еквівалентная1 (при опорі теплопередачі = 4,2м2 * С / Вт) товщина, м | Еквівалентная2 (при опір паропроніцанію = 1,6м2 * ч * Па / мг) товщина, м |
| залізобетон | 2500 | 1.69 | 0.03 | 7.10 | 0.048 |
| бетон | 2400 | 1.51 | 0.03 | 6.34 | 0.048 |
| Керамзитобетон | 1800 | 0.66 | 0.09 | 2.77 | 0.144 |
| Керамзитобетон | 500 | 0.14 | 0.30 | 0.59 | 0.48 |
| Цегла червоний глиняний | 1800 | 0.56 | 0.11 | 2.35 | 0.176 |
| Цегла, силікатний | 1800 | 0.70 | 0.11 | 2.94 | 0.176 |
| Цегла керамічна пустотіла (брутто1400) | 1600 | 0.41 | 0.14 | 1.72 | 0.224 |
| Цегла керамічна пустотіла (брутто 1000) | 1200 | 0.35 | 0.17 | 1.47 | 0.272 |
| пінобетон | 1000 | 0.29 | 0.11 | 1.22 | 0.176 |
| пінобетон | 300 | 0.08 | 0.26 | 0.34 | 0.416 |
| граніт | 2800 | 3.49 | 0.008 | 14.6 | 0.013 |
| мармур | 2800 | 2.91 | 0.008 | 12.2 | 0.013 |
| Сосна, ялина поперек волокна | 500 | 0.09 | 0.06 | 0.38 | 0.096 |
| Дуб поперек волокна | 700 | 0.10 | 0.05 | 0.42 | 0.08 |
| Сосна, ялина уздовж волокна | 500 | 0.18 | 0.32 | 0.75 | 0.512 |
| Дуб уздовж волокна | 700 | 0.23 | 0.30 | 0.96 | 0.48 |
| Фанера | 600 | 0.12 | 0.02 | 0.50 | 0.032 |
| ДСП | 1000 | 0.15 | 0.12 | 0.63 | 0.192 |
| пакля | 150 | 0.05 | 0.49 | 0.21 | 0.784 |
| гіпсокартон | 800 | 0.15 | 0.075 | 0.63 | 0.12 |
| картон облицювальний | 1000 | 0.18 | 0.06 | 0.75 | 0.096 |
| мінвата | 200 | 0.070 | 0.49 | 0.30 | 0.784 |
| мінвата | 100 | 0.056 | 0.56 | 0.23 | 0.896 |
| мінвата | 50 | 0.048 | 0.60 | 0.20 | 0.96 |
| 33 | 0.031 | 0.013 | 0.13 | 0.021 | |
| пінополістирол екструдований | 45 | 0.036 | 0.013 | 0.13 | 0.021 |
| пінополістирол | 150 | 0.05 | 0.05 | 0.21 | 0.08 |
| пінополістирол | 100 | 0.041 | 0.05 | 0.17 | 0.08 |
| пінополістирол | 40 | 0.038 | 0.05 | 0.16 | 0.08 |
теплопровідність - здатність матеріалу передавати тепло від однієї своєї частини до іншої в силу теплового руху молекул. Передача тепла в матеріалі здійснюється кондукцией (шляхом контакту частинок матеріалу), конвекцією (рухом повітря або іншого газу в порах матеріалу) і випромінюванням.
теплопровідність залежить від середньої щільності матеріалу, його структури, пористості, вологості і середньої температури шару матеріалу. Зі збільшенням середньої щільності матеріалу, теплопровідність зростає. Чим вище пористість, тобто менше середня щільність матеріалу, тим нижче теплопровідність. Зі збільшенням вологості матеріалу теплопровідність різко зростає, при цьому знижуються його теплоізоляційні властивості. Тому все теплоізоляційні матеріали в теплоізоляційної конструкції захищають від попадання вологи покривним шаром - пароізоляція.
Порівняльні дані будівельних матеріалів з однаковою теплопровідністю
Коефіцієнт теплопровідності матеріалів
|
матеріал |
Коефіцієнт теплопровідності, Вт / м * К |
| алебастрові плити | 0,47 |
| Азбест (шифер) | 0,35 |
| азбест волокнистий | 0,15 |
| азбестоцемент | 1,76 |
| асбоцементні плити | 0,35 |
| бетон термоізоляційний | 0,18 |
| бітум | 0,47 |
| папір | 0,14 |
| Вата мінеральна легка | 0,045 |
| Вата мінеральна важка | 0,055 |
| вата бавовняна | 0,055 |
| вермикулітові листи | 0,1 |
| повсть вовняний | 0,045 |
| гіпс будівельний | 0,35 |
| глинозем | 2,33 |
| Гравій (наповнювач) | 0,93 |
| Граніт, базальт | 3,5 |
| Грунт 10% води | 1,75 |
| Грунт 20% води | 2,1 |
| грунт піщаний | 1,16 |
| грунт сухий | 0,4 |
| грунт утрамбований | 1,05 |
| гудрон | 0,3 |
| Деревина - дошки | 0,15 |
| Деревина - фанера | 0,15 |
| Деревина твердих порід | 0,2 |
| Деревно-стружкові плити ДСП | 0,2 |
| зола деревна | 0,15 |
| Іпорка (спінена смола) | 0,038 |
| камінь | 1,4 |
| Картон будівельний багатошаровий | 0,13 |
| каучук спінений | 0,03 |
| каучук натуральний | 0,042 |
| каучук фторований | 0,055 |
| Керамзитобетон | 0,2 |
| цегла кремнеземний | 0,15 |
| цегла пустотіла | 0,44 |
| цегла силікатна | 0,81 |
| цегла суцільний | 0,67 |
| цегла шлаковий | 0,58 |
| Кремнезістие плити | 0,07 |
| Тирса - засипка | 0,095 |
| Тирса деревинна сухі | 0,065 |
| ПВХ | 0,19 |
| пінобетон | 0,3 |
| Пінопласт | 0,037 |
| Пінополістирол ПС-Б | 0,04 |
| Пінополіуретанових листи | 0,035 |
| Пінополіуретанових панелі | 0,025 |
| піноскло легке | 0,06 |
| піноскло важке | 0,08 |
| пергамін | 0,17 |
| перліт | 0,05 |
| Перліто-цементні плити | 0,08 |
| пісок | |
| 0% вологості | 0,33 |
| 10% вологості | 0,97 |
| 20% вологості | 1,33 |
| пісковик обпалений | 1,5 |
| плитка облицювальна | 105 |
| плитка термоизоляционная | 0,036 |
| полістирол | 0,082 |
| поролон | 0,04 |
| пробковая плита | 0,043 |
| Пробкові листи легкі | 0,035 |
| Пробкові листи важкі | 0,05 |
| Гума | 0,15 |
| руберойд | 0,17 |
| Сосна звичайна, ялина, ялиця (450 ... 550 кг / куб.м, 15% вологості) | 0,15 |
| Сосна смолистая (600 ... 750 кг / куб.м, 15% вологості) | 0,23 |
| Скло | 1,15 |
| скловата | 0,05 |
| скловолокно | 0,036 |
| склотекстоліт | 0,3 |
| толь паперовий | 0,23 |
| цементні плити | 1,92 |
| Цемент-пісок розчин | 1,2 |
| чавун | 56 |
| Шлаки гранульовані | 0,15 |
| шлак котельний | 0,29 |
| шлакобетон | 0,6 |
| штукатурка суха | 0,21 |
| штукатурка цементна | 0,9 |
| ебоніт | 0,16 |
| ебоніт спучений | 0,03 |
| Липа, береза, клен, дуб (15% вологості) | 0,15 |
Процес передачі енергії від більш нагрітої частини тіла до менш нагрітої називається теплопровідністю. Числове значення такого процесу відображає коефіцієнт теплопровідності матеріалу. Це поняття є дуже важливим при будівництві та ремонті будівель. Правильно підібрані матеріали дозволяють створити в приміщенні сприятливий мікроклімат і заощадити на опаленні істотну суму.
поняття теплопровідності
Теплопровідність - процес обміну тепловою енергією, який відбувається за рахунок зіткнення найдрібніших частинок тіла. Причому цей процес не припиниться, поки не настане момент рівноваги температур. На це йде певний проміжок часу. Чим більше часу витрачається на тепловий обмін, тим нижче показник теплопровідності.
Даний показник виражають як коефіцієнт теплопровідності матеріалів. Таблиця містить вже виміряні значення для більшості матеріалів. Розрахунок проводиться за кількістю теплової енергії, що пройшла крізь задану площу поверхні матеріалу. Чим більше розрахований значення, тим швидше об'єкт віддасть все своє тепло.
Фактори, що впливають на теплопровідність
Коефіцієнт теплопровідності матеріалу залежить від декількох факторів:
- У разі підвищення цього показника взаємодія частинок матеріалу стає міцнішим. Відповідно, вони будуть передавати температуру швидше. А це означає, що з підвищенням щільності матеріалу поліпшується передача тепла.
- Пористість речовини. Пористі матеріали є неоднорідними за своєю структурою. Усередині них перебуває велика кількість повітря. А це означає, що молекулам і іншим частками буде складно переміщати теплову енергію. Відповідно, коефіцієнт теплопровідності підвищується.
- Вологість також впливає на теплопровідність. Мокрі поверхні матеріалу пропускають більшу кількість тепла. У деяких таблицях навіть вказується розрахунковий коефіцієнт теплопровідності матеріалу в трьох станах: сухому, середньому (звичайному) і вологому.
Вибираючи матеріал для утеплення приміщень, важливо враховувати також умови, в яких він буде експлуатуватися.
Поняття теплопровідності на практиці
Теплопровідність враховується на етапі проектування будівлі. При цьому береться до уваги здатність матеріалів утримувати тепло. завдяки їх правильному підбору мешканцям всередині приміщення завжди буде комфортно. Під час експлуатації будуть істотно заощаджується грошові кошти на опалення.
Утеплення на стадії проектування є оптимальним, але не єдиним рішенням. Не став труднощі утеплити вже готову будівлю шляхом проведення внутрішніх або зовнішніх робіт. Товщина шару ізоляції буде залежати від обраних матеріалів. Окремі з них (наприклад, дерево, пінобетон) можуть в деяких випадках використовуватися без додаткового шару термоізоляції. Головне, щоб їх товщина перевищувала 50 сантиметрів.
Особливу увагу слід приділити утепленню покрівлі, віконних і дверних прорізів, статі. Крізь ці елементи йде найбільше тепла. Візуально це можна побачити на фотографії на початку статті.
Конструкційні матеріали та їх показники
Для будівництва будівель використовують матеріали з низьким коефіцієнтом теплопровідності. Найбільш популярними є:
- Залізобетон, значення теплопровідності якого становить 1,68Вт / м * К. Щільність матеріалу досягає 2400-2500 кг / м 3.
- Деревина, з давніх-давен використовується як будівельний матеріал. Її щільність і теплопровідність в залежності від породи складають 150-2100 кг / м 3 і 0,2-0,23Вт / м * К відповідно.
Ще один популярний будівельний матеріал - цегла. Залежно від складу він володіє наступними показниками:
- самановий (виготовлений з глини): 0,1-0,4 Вт / м * К;
- керамічний (виготовлений методом випалювання): 0,35-0,81 Вт / м * К;
- силікатна (з піску з додаванням вапна): 0,82-0,88 Вт / м * К.
Матеріали з бетону з додаванням пористих заповнювачів
Коефіцієнт теплопровідності матеріалу дозволяє використовувати останній для побудови гаражів, сараїв, літніх будиночків, Лазень та інших споруд. До цієї групи можна віднести:
- Керамзитобетон, показники якого залежать від його виду. Повнотілі блоки не мають пустот і отворів. З порожнечами всередині виготовляють пустотілі блоки, які менш міцні, ніж перший варіант. У другому випадку теплопровідність буде нижче. Якщо розглядати загальні цифри, то складає 500-1800кг / м3. Його показник знаходиться в інтервалі 0,14-0,65Вт / м * К.
- Газобетон, всередині якого утворюються пори розміром 1-3 міліметри. Така структура визначає щільність матеріалу (300-800кг / м 3). За рахунок цього коефіцієнт досягає 0,1-0,3 Вт / м * К.
Показники теплоізоляційних матеріалів
Коефіцієнт теплопровідності найбільш популярних в наш час:
- пінополістирол, щільність якого така ж, як і у попереднього матеріалу. Але при цьому коефіцієнт передачі тепла знаходиться на рівні 0,029-0,036Вт / м * К;
- скловата. Характеризується коефіцієнтом, рівним 0,038-0,045Вт / м * К;
- з показником 0,035-0,042Вт / м * К.
Таблиця показників
Для зручності роботи коефіцієнт теплопровідності матеріалу прийнято заносити в таблицю. У ній крім самого коефіцієнта можуть бути відображені такі показники як ступінь вологості, щільність та інші. Матеріали з високим коефіцієнт теплопровідності поєднуються в таблиці з показниками низької теплопровідності. Зразок даної таблиці наведено нижче: 
Використання коефіцієнта теплопровідності матеріалу дозволить звести бажану споруду. Головне: вибрати продукт, який відповідає всім необхідним вимогами. Тоді будівлю вийде комфортним для проживання; в ньому буде зберігатися сприятливий мікроклімат.
Правильно підібраний знизить втрати тепла, у зв'язку з чим більше не потрібно буде «опалювати вулицю». Завдяки цьому фінансові витрати на опалення істотно знизяться. Така економія дозволить незабаром повернути всі гроші, які будуть витрачені на придбання утеплювача.
