5 факторов влияющих на теплопроводность

Во время выбора стройматериалов нужно проанализировать массу факторов, которые могут влиять на их долговечность, качество, стойкость к негативным воздействиям. Одна из важных характеристик, на которую важно обращать внимание – это теплопроводность. Особенно это касается выбора утеплителей, стройматериалов, некоторых видов отделки и так далее. Рассмотрим подробнее, что такое теплопроводность, как она вычисляется, основные параметры самых востребованных материалов.

Что такое теплопроводность и термическое сопротивление

Сравнение материалов

Теплопроводность и термическое сопротивление — два ключевых понятия в области передачи тепла, играющие важное значение в разных инженерных и физических приложениях. Они помогают нам понять, как тепло проникает через изделия и системы, и как правильно управлять тепловыми процессами.

Теплопроводность — это возможность изделия передавать тепло через себя при разнице температур. Она определяется скоростью, с которой тепловая энергия переносится от покрытия с более высокой температурой к области с низкими показателями внутри изделия. Вещества с высокой проводимостью тепла быстрее передают его, в то время как у материалов с низким показателем теплопроводности процесс передачи тепла осуществляется медленнее.

Этот показатель зависит от различных факторов, включая структуру материала, температуру, давление и наличие примесей. Например, металлы обычно обладают высокой проводимостью тепла из-за своей кристаллической структуры и свободных электронов. Они имеют свойство легко передавать тепловую энергию. Такие изделия как стекло или пластик, имеют низкую теплопроводность из-за своей более сложной системы и ограниченной способности к теплопередаче.

Термическое сопротивление — это мера, обратная проводимости тепла, которая показывает, насколько трудно теплу пройти через изделие. Оно зависит от проводимости тепла изделия и его геометрии. Чем выше термическое сопротивление, тем меньше тепла может пройти через материал за определенное время и при определенных условиях.

Термическое сопротивление играет важную роль при проектировании теплоизоляционных систем, таких как стены зданий, трубопроводы, изоляционные материалы и теплоотводящие устройства в электронике. Понимание термического сопротивления помогает инженерам оптимизировать эффективность теплопередачи и улучшить энергетическую эффективность систем.

Влияющие на теплопроводность факторы

Уровень проводимости тепла зависит от разных факторов. И это важно учитывать при выборе строительных и отделочных материалов. Рассмотрим основные из них.

Температура. Это первый и основной параметр, который влияет на уровень теплопроводности элемента. Чем больше температура, тем выше и степенно теплопроводности. Это обусловлено тем, что атомы и молекулы при воздействии повышенной температуры начинают активно двигаться. Это положительно влияет на способность проводить тепла.

Из чего состоит элемент. Важно учитывать и компоненты, из которых материал состоит. Именно поэтому перед выбором (особенно утеплителя), его нужно подробно изучить. К примеру, металл имеет в составе электроны, которые в свою очередь достаточно хорошо передают тепло. Это и повышает уровень теплопроводности изделий из этого материала. А вот пластиковые и деревянные изделия практически не имеют таких электронов, а также обладают сложной структурой. Из-за чего уровень теплопроводности становится меньше.

Плотность. Также на уровень тепловой изоляции влияет и плотность изделий. Чем выше плотность, то выше и уровень теплопроводности материала. Это связано с тем, что частицы и элементы при плотном расположении относительно друг друга способны намного лучше и быстрее передавать тепло.

Уровень влажности. Он также оказывает влияние на уровень проводимости тепла. Как известно, вода – не самый лучший проводник тепла. Именно поэтому данный параметр снижается из-за наличия влаги в составе. Например, глина обладает низкой проводимостью тепла из-за наличия влаги в изделиях.

Особенности поверхности. Если поверхность изделия повреждена, то это также может негативно сказаться на уровне теплопроводности. Из-за шероховатостей и неровностей создается повышенное сопротивление, из-за чего снижается и передача тепла.

Взаимодействие всех указанных факторов имеет потенциал оказывать влияние на данную характеристику изделия. Знание этого позволяет инженерам и дизайнерам подбирать оптимальную продукцию для конкретных задач, где необходима эффективная передача тепла.

Методы измерения теплопроводности

Нужно знать, как рассчитывается коэффициент теплопроводности. Есть несколько способов, которые используются на сегодняшний день.

Метод стационарного состояния.  Этот подход основан на создании стационарного теплового потока через исследуемое изделие. В данном способе одна сторона элемента подвергается воздействию постоянной температуры, в то время как другую сторону делают холодной. Затем устанавливается разница в температуре между двумя сторонами и определяется тепловой поток. Далее расчеты ведутся по закону Фурье.

Способ нестационарного состояния.  В этом случае изделие проходит через резкий процесс охлаждения или нагрева. Затем осуществляется измерение изменений температуры внутри объекта в течение определённого периода времени. Путём анализа этой информации есть возможность вычисления коэффициента проводимости тепла.

Применение тепловых потоков. Один из эффективных способов определения коэффициента теплопроводности — это способ горячей пластины. В данном случае одна сторона элемента подвергается нагреванию, в то время как другая сторона охлаждается. Затем определяется разность температур между двумя сторонами элемента и тепловой поток, проходящий через него. Путем применения специальных формул можно вычислить коэффициент теплопроводности на основе этих данных.

Применение теплового сопротивления. Самый востребованный метод определения коэффициента теплопроводности данным методом – это применение двух температурных датчиков. Их устанавливают в двух разных концах испытуемого изделия. Затем определяются изменения температур и тепловые сопротивления. По полученным данным и специальной формуле высчитывается коэффициент.

Обратите внимание! Это лишь небольшая часть методов, которые позволяют определить уровень теплопроводности материалов. Но они считаются самым быстрыми, простыми и при этом эффективными.

Закон Фурье вкратце

Закон Фурье — это фундаментальный закон, описывающий проводимость тепла материалов. Он был сформулирован французским математиком и физиком Жаном Батистом Жозефом Фурье. Закон утверждает, что количество тепла, протекающего через материал, пропорционально разности температур между двумя его концами и обратно пропорционально его толщине.

Формула выглядит таким образом: Тепловой поток = — коэффициент теплопроводности* градиент температурного поля* площадь поверхности теплообмена.

Выбор материала для строительстваТолщина стройматериалов

Для возведения объектов сегодня используются самые различные материалы. И выбрать тот вариант, который подойдет сложно. Важно проанализировать основную продукцию и ее характеристики, чтобы сделать правильно выбор. Мы подготовили для вас параметры и особенности самых популярных стройматериалов.

Древесина Плотность 500 кг на м3
Уровень проводимости тепла 0,15 Вт/(м·°C)
Кирпич щелевого типа Плотность 1600–1700 кг на м3
Уровень проводимости тепла 0,5 Вт/(м·°C)
Блоки поризованные Плотность 500–1000 кг на м3
Уровень проводимости тепла 0,17-0,22 Вт/(м·°C)
Керамзитобетон Плотность 900–1800 кг на м3
Уровень проводимости тепла 0,5-0,8 Вт/(м·°C)
Пенобетон Плотность 700–1000 кг на м3
Уровень проводимости тепла 0,15-0,22 Вт/(м·°C)
Газобетон Плотность 400–600 кг на м3
Уровень проводимости тепла 0,09-0,15 Вт/(м·°C)

Таблица теплопроводности строительных материалов

Таблица материалов

Чтобы сделать дом качественным и надежным, нужно изучить таблицу проводимости тепла строительных материалов. Чем ниже данный показатель, тем лучше дом будет теплее в процессе эксплуатации и практичнее.

Тип стройматериала Коэффициент теплопроводности
Сухой вид при нормальном уровне влажности При высоком показателе влажности
Раствор на основе цемента и песка 0,58 0,76 0,93
Раствор из извести и песка 0,47 0,7 0,81
Штукатурка гипсового типа 0,26
Пористый ячеистый бетон, плотностью 600 кг на метр кубический (цементный) 0,14 0,24 0,26
Пористый ячеистый бетон, плотностью 800 кг на метр кубический (цементный) 0,21 0,35 0,37
Пористый ячеистый бетон, плотностью 1 тонна на метр кубический (цементный) 0,29 0,39 0,43
Пористый ячеистый бетон, плотностью 600 кг на метр кубический (известковый) 0,15 0,29 0,34
Пористый ячеистый бетон, плотностью 800 кг на метр кубический (известковый) 0,23 0,38 0,45
Пористый ячеистый бетон, плотностью 1 тонна на метр кубический (известковый) 0,31 0,49 0,55
Стекло для окон 0,76
Арболитовые блоки 0,07-0,17
Бетон на обычном щебне, 2400 кг на метр кубический 1,52
Бетон с натуральной пемзой, 600–1200 кг на метр кубический 0,16-0,44
Бетон на шлаке в виде гранул, 1300–1800 кг на метр кубический 0,36-0,58
Бетон на котельном виде шлаке, 1300 кг на метр кубический 0,56
Бетон на щебне каменного типа, 2200–2400 кг на метр кубический 0,9-1,6
Бетон на топливном шлаке, 1100–1700 кг на метр кубический 0,3-0,7
Вермикулитобетон, 400–800 кг на метр кубический 0,08-0,22
Керамзитобетон, 500 кг на метр кубический 0,14
Керамзитобетон, 600 кг на метр кубический 0,16
Керамзитобетон, 700 кг на метр кубический 0,21
Керамзитобетон, 1 тонна на метр кубический 0,27
Керамзитобетон, 1,3 тонны на метр кубический 0,37
Керамзитобетон, 1,4 тонны на метр кубический 0,47
Керамзитобетон, 1,6 тонн на метр кубический 0,58
Керамзитобетон, 1,8 тонн на метр кубический 0,67
Керамический кирпич полнотелый, 1 тонна на метр кубический 0,35 0,47 0,52
Керамический кирпич полнотелый, 1,3 тонны на метр кубический 0,41 0,53 0,58
Керамический кирпич полнотелый, 1,4 тонны на метр кубический 0,47 0,59 0,64
Керамический кирпич полнотелый, 1 тонна на метр кубический 0,7 0,76 0,88
Известняк (плотность 1,4 тонны) 0,49 0,56 0,58
Известняк (плотность 1,6 тонн) 0,58 0,73 0,82
Известняк (плотность 1,8 тонн) 0,7 0,93 1,06
Известняк (плотность 2 тонны) 0,93 1,16 1,28
Песок для строительства (плотность 1,6 тонн). 0,35
Гранит 3,49
Мрамор 2,91
Обожженная глина, гравий, (плотность 250) 0,1 0,12 0,13
Обожженная глина, гравий, (плотность 360) 0,115-0,13 0,125 0,14
Обожженная глина, гравий, (плотность 460 кг) 0,13 0,14 0,155
Обожженная глина, гравий, (плотность 600 кг) 0,14 0,19 0,20
Обожженная глина, гравий, (плотность 900 кг) 0,19
Плиты на основе гипса (плотность 1,1 тонна) 0,35 0,50 0,56
Плиты на основе гипса (плотность 1,3 тонна) 0,23 0,35 0,41
Глина, (плотность 1,7-3 тонны) 0,7-0,9
Глина, стойкая к огню, (1800) 1,4
Керамзит, (300–800) 0,1-0,18
Керамзитобетон поризованный на песке кварцевого типа, (800–1200) 0,23-0,41
Керамзитобетон, (600–1800) 0,16-0,66
Клинкерный тип кирпича, (1,8-2 тонны) 0,8-0,16
Кирпич облицовочного типа из керамики (1700 кг) 0,93
Бутовая кладка (плотность 2 тонны) 1,35
Гипсокартон (800) 0,15 0,19 0,21
Гипсокартон (1 тонна) 0,15 0,34 0,36
Фанерные листы 0,12 0,15 0,18
Древесно-стружечные плиты, 200 0,06 0,07 0,08
Древесно-стружечные плиты, 300 0,08 0,11 0,13
Древесно-стружечные плиты, 600 0,11 0,13 0,16
Древесно-стружечные плиты, 800 0,13 0,19 0,23
Древесно-стружечные плиты, 1 тонна 0,15 0,23 0,29
Линолеум поливинилхлорид с утеплителем (1700) 0,33
Линолеум поливинилхлорид с утеплителем (1800) 0,38
Линолеум поливинилхлорид с тканевой подложкой (1400) 0,2 0,29 0,29
Линолеум поливинилхлорид с тканевой подложкой (1600) 0,29 0,35 0,35
Листы асбоцемента (1700) 0,23-0,35
Ковры (650) 0,2
Листы поликарбоната (1,2 тонны) 0,16
Черепица на основе керамики (1,9 тонн) 0,85
Черепица поливинилхлорид (2 тонны) 0,85
Штукатурка на основе известняка (1,6 тонн) 0,7
Штукатурка из цемента и песка, (1,9 тонн) 1,2

Важно! Теплопроводность стройматериалов может немного отличаться. Все зависит от состава, правил хранения и так далее.

Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

Таблица теплопроводности изоляционных материалов поможет выбрать эффективный и качественный утеплитель для дома и не только. Рассмотрим самые популярные материалы.Сравнение материалов

Тип стройматериала Уровень теплопроводности
В сухом виде При нормальном показателе При высоком показателе влажности
Войлок на основе шерсти 0,036-0,042 0,038-0,045 0,044-0,050
Минвата (каменная) 25–50 кг/м3 0,036 0,042 0,045
Минвата (каменная) 40–60 кг/м3 0,035 0,041 0,046
Минвата (каменная) 80–125 кг/м3 0,036 0,042 0,046
Минвата (каменная) 140–175 кг/м3 0,037 0,043 0,0457
Минвата (каменная) 180 кг/м3 0,038 0,046 0,049
Стекловолокно 16 кг на метр кубический 0,047 0,049 0,055
Стекловолокно 18 кг на метр кубический 0,044 0,047 0,054
Стекловолокно 21 кг на метр кубический 0,04 0,043 0,049
Стекловолокно 31 кг на метр кубический 0,04 0,043 0,046
Стекловолокно 35 кг на метр кубический 0,039 0,042 0,046
Стекловолокно 45 кг на метр кубический 0,039 0,041 0,044
Стекловолокно 60 кг на метр кубический 0,038 0,043 0,046
Стекловолокно 75 кг на метр кубический 0,04 0,042 0,048
Стекловолокно 85 кг на метр кубический 0,044 0,047 0,050
Пенополистирольные утеплители 0,035-0,042 0,038-0,045 0,044-0,051
Утеплитель XPS (ЭППС) 0,029 0,028 0,033
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 600 кг/м3 0,14 0,22 0,26
Пенобетон, газобетон на цементе, 400 кг/м3 0,12 0,15 0,16
Вспененное стекло в виде крошки 100–150 кг/м3 0,043-0,06
Вспененное стекло, в виде крошки, 150–200 кг/м3 0,06-0,063
Вспененное стекло, в виде крошки, 200–250 кг/м3 0,067-0,073
Вспененное стекло, в виде крошки, 250–400 кг/м3 0,086-0,1

Также для утепления дома могут использовать такие материалы:

Эковата 0,038-0,043
Пенополиуретан (ППУ) 42 кг/м3 0,029 0,032 0,05
Пенополиуретан (ППУ) 70 кг/м3 0,036 0,037 0,041
Пенополиуретан (ППУ) 85 кг/м3 0,042 0,042 0,05
Пенополиэтилен сшитого типа 0,032-0,039

Эффективная теплоизоляция способствует созданию более комфортных условий внутри зданий, обеспечивая стабильную температуру и уровень влажности. Это важно для здоровья и благополучия людей, которые проводят большую часть времени внутри помещений.

Также хорошая теплоизоляция помогает предотвратить образование конденсата внутри стен и потолков, что может привести к появлению плесени и грибка. Она защищает строительные конструкции от перепадов температуры, что снижает риск повреждений и увеличивает срок службы зданий.

Улучшенная теплоизоляция позволяет экономить ресурсы, так как требует меньше энергии для поддержания комфортных условий внутри помещений. Это способствует сокращению расходов на отопление и кондиционирование воздуха.

Расчет толщины стен с учетом теплопроводности

Расчёт тепла для стен

Характерной особенностью современного строительства является использование многослойных стен, где каждый слой выполняет определенную функцию. Помимо несущей конструкции, в таких стенах присутствуют слои утеплителя и отделки, каждый из которых имеет свою толщину. Для определения толщины утеплителя применяется расчет, который основывается на формуле для определения теплового сопротивления.

R= p* k.

В расчете учитываются следующие параметры:

R: тепловое сопротивление;

p: толщина слоя в метрах;

k: коэффициент теплопроводности.

Перед началом расчета необходимо определиться с материалами, которые будут использованы при строительстве. Это касается как материалов стен, так и утеплителя, отделочных материалов и т. д. Поскольку каждый из этих материалов вносит свой вклад в теплоизоляцию, их теплопроводность учитывается при расчете.

Процесс расчета начинается с определения теплового сопротивления конструкционного материала (из которого будет строиться стена или перекрытие), а затем, методом подбора, определяется толщина выбранного утеплителя. При этом можно учесть и теплоизоляционные характеристики отделки, но обычно это делается дополнительно. Этот подход позволяет создать некоторый «запас», что впоследствии позволяет сэкономить на отоплении и положительно сказывается на бюджете.

Итак, уровень проводимости тепла позволяет выбрать качественные товары для строительства, а также утепления дома. Важно найти тот вариант, который подойдет вам лучше всего. Обязательно учитывайте температурный режим региона, количество осадков, уровень влажности и так далее. Если вы затрудняетесь с выбором, обратитесь к профессионалам. Они проведут все необходимые расчеты и подберут нужный вид стройматериалов и утеплителей.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: