Коэффициент теплопроводности чем больше тем лучше: Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности. |

Содержание

Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности. |

Теплопроводность.

Так что же такое теплопроводность? С точки зрения физики теплопроводность – это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Можно сказать проще, теплопроводность – это способность материала проводить тепло. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества. Происходит это до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой. Такой процесс может происходить в твердых, жидких и газообразных веществах.

На практике, например в строительстве при теплоизоляции зданий, рассматривается другой аспект теплопроводности, связанный с передачей тепловой энергии. В качестве примера возьмем «абстрактный дом». В «абстрактном доме» стоит нагреватель, который поддерживает внутри дома постоянную температуру, скажем, 25 °С. На улице температура тоже постоянная, например, 0 °С. Вполне понятно, что если выключить обогреватель, то через некоторое время в доме тоже будет 0 °С. Все тепло (тепловая энергия) через стены уйдет на улицу.

Чтобы поддерживать температуру в доме 25 °С, нагреватель должен постоянно работать. Нагреватель постоянно создает тепло, которое постоянно уходит через стены на улицу.

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.

Коэффициент теплопроводности материалов.

Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.

Материал	Коэфф. тепл. Вт/(м2*К)
Алебастровые плиты	0,470
Алюминий	230,0
Асбест (шифер)	0,350
Асбест волокнистый	0,150
Асбестоцемент	1,760
Асбоцементные плиты	0,350
Асфальт	0,720
Асфальт в полах	0,800
Бакелит	0,230
Бетон на каменном щебне	1,300
Бетон на песке	0,700
Бетон пористый	1,400
Бетон сплошной	1,750
Бетон термоизоляционный	0,180
Битум	0,470
Бумага	0,140
Вата минеральная легкая	0,045
Вата минеральная тяжелая	0,055
Вата хлопковая	0,055
Вермикулитовые листы	0,100
Войлок шерстяной	0,045
Гипс строительный	0,350
Глинозем	2,330
Гравий (наполнитель)	0,930
Гранит, базальт	3,500
Грунт 10% воды	1,750
Грунт 20% воды	2,100
Грунт песчаный	1,160
Грунт сухой	0,400
Грунт утрамбованный	1,050
Гудрон	0,300
Древесина — доски	0,150
Древесина — фанера	0,150
Древесина твердых пород	0,200
Древесно-стружечная плита ДСП	0,200
Дюралюминий	160,0
Железобетон	1,700
Зола древесная	0,150
Известняк	1,700
Известь-песок раствор	0,870
Ипорка (вспененная смола)	0,038
Камень	1,400
Картон строительный многослойный	0,130
Каучук вспененный	0,030
Каучук натуральный	0,042
Каучук фторированный	0,055
Керамзитобетон	0,200
Кирпич кремнеземный	0,150
Кирпич пустотелый	0,440
Кирпич силикатный	0,810
Кирпич сплошной	0,670
Кирпич шлаковый	0,580
Кремнезистые плиты	0,070
Латунь	110,0
Лед 0°С	2,210
Лед -20°С	2,440
Липа, береза, клен, дуб (15% влажности)	0,150
Медь	380,0
Мипора	0,085
Опилки — засыпка	0,095
Опилки древесные сухие	0,065
ПВХ	0,190
Пенобетон	0,300
Пенопласт ПС-1	0,037
Пенопласт ПС-4	0,040
Пенопласт ПХВ-1	0,050
Пенопласт резопен ФРП	0,045
Пенополистирол ПС-Б	0,040
Пенополистирол ПС-БС	0,040
Пенополиуретановые листы	0,035
Пенополиуретановые панели	0,025
Пеностекло легкое	0,060
Пеностекло тяжелое	0,080
Пергамин	0,170
Перлит	0,050
Перлито-цементные плиты	0,080
Песок 0% влажности	0,330
Песок 10% влажности	0,970
Песок 20% влажности	1,330
Песчаник обожженный	1,500
Плитка облицовочная	1,050
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2	0,036
Полистирол	0,082
Поролон	0,040
Портландцемент раствор	0,470
Пробковая плита	0,043
Пробковые листы легкие	0,035
Пробковые листы тяжелые	0,050
Резина	0,150
Рубероид	0,170
Сланец	2,100
Снег	1,500
Сосна обыкновенная, ель, пихта (450…550 кг/куб.м, 15% влажности)	0,150
Сосна смолистая (600…750 кг/куб.м, 15% влажности)	0,230
Сталь	52,0
Стекло	1,150
Стекловата	0,050
Стекловолокно	0,036
Стеклотекстолит	0,300
Стружки — набивка	0,120
Тефлон	0,250
Толь бумажный	0,230
Цементные плиты	1,920
Цемент-песок раствор	1,200
Чугун	56,0
Шлак гранулированный	0,150
Шлак котельный	0,290
Шлакобетон	0,600
Штукатурка сухая	0,210
Штукатурка цементная	0,900
Эбонит	0,160

Теплопроводность чем меньше тем лучше

Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. В сравнении тепловых цепей с электрическими это аналог проводимости.

Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К). В системе СИ единицей измерения коэффициента теплопроводности является Вт/(м·K).

Сравнить теплоизоляцию стеновых материалов можно исходя из нескольких основополагающих характеристик.

Основные характеристики теплоизоляционных материалов

Теплопроводность. Чем ниже теплопроводность, тем меньше требуется утеплительный слой, а значит, и ваши расходы на утепление сократятся.

Влагопроницаемость. Меньшая влагопроницаемость снижает негативное воздействие влаги на утеплитель при последующей эксплуатации.

Пожаробезопасность. Материал не должен поддерживать горение и выделять ядовитые пары, а иметь свойство к самозатуханию.

Экономичность. Утеплитель должен быть доступным по стоимости для широкого слоя потребителей.

Долговечность. Чем больше срок использования утеплителя, тем он дешевле обходится потребителю при эксплуатации и не требует частой замены или ремонта.

Экологичность

. Материал для теплоизоляции должен быть экологически чистым, безопасным для здоровья человека и окружающей природы. Эта характеристика важна для жилых помещений.

Толщина материала. Чем тоньше утеплитель, тем меньше будет «съедаться» жилое пространство помещения.

Вес материала. Меньший вес утеплителя даст меньшее утяжеление утепляемой конструкции после монтажа.

Звукоизоляция. Чем выше звукоизоляция, тем лучше защита жилых помещений от шума со стороны улицы.

Простота монтажа. Момент достаточно важен для любителей делать ремонт в доме своими руками.

Сравнение характеристик популярных утеплителей

Пенопласт (пенополистирол)

Этот утеплитель самый популярный, благодаря легкости монтажу и небольшой стоимости.

Пенопласт изготавливается при помощи вспенивания полистирола, имеет очень низкую теплопроводность, устойчив к влажности, легко режется ножом и удобен во время монтажа. Благодаря низкой стоимости имеет большую востребованность для утепления различных помещений. Однако материал достаточно хрупкий, а также поддерживает горение, выделяя токсичные вещества в атмосферу. Пенопласт предпочтительнее использовать в нежилых помещениях.

Пеноплэкс (экструдированный пенополистирол)

Утеплитель не подвергается гниению и воздействию влаги, очень прочный и удобный в использовании – легко режется ножом. Низкое водопоглощение обеспечивает незначительные изменения теплопроводности материала в условиях высокой влажности, плиты имеют высокую сопротивляемость сжатию, не подвергаются разложению. Благодаря этому экструдированный пенополистирол можно использовать для утепления ленточного фундамента и отмостки. Пеноплекс пожаробезопасен, долговечен и прост в применении.

Базальтовая вата

Материал производится из базальтовых горных пород при расплавлении и раздуве с добавлением компонентов для получения волокнистой структуры материала с водоотталкивающими свойствами. При эксплуатации базальтовая вата не уплотняется, а значит, ее свойства не изменяются со временем. Материал пожаробезопасен и экологичен, имеет хорошие показатели звукоизоляции и теплоизоляции. Используется для внутреннего и наружного утепления. Во влажных помещениях требует дополнительной пароизоляции.

Минеральная вата

Минвата производится из природных материалов – горных пород, шлака, доломита с помощью специальной технологии. Минеральная имеет низкую теплопроводность, пожаробезопасна и абсолютно безопасна. Одним из недостатков утеплителя является низкая влагостойкость, что требует обустройства дополнительной влаго- пароизоляции при его использовании. Материал не рекомендуется использовать для утепления подвалов домов и фундаментов, а также во влажных помещениях — парилках, банях, предбанниках.

Пенофол, изолон (фольгированный теплоизолятор из полиэтилена)

Утеплитель состоит из нескольких слоев вспененного полиэтилена, имеющих различную толщину и пористую структуру. Материал часто имеет слой фольги для отражающего эффекта, выпускается в рулонах и в листах. Утеплитель имеет толщину в несколько миллиметров (в 10 раз тоньше обычных утеплителей), но отражает до 97% тепловой энергии, очень легкий, тонкий и удобный в работе материал. Используются для теплоизоляции и гидроизоляции помещений. Имеет длительный срок эксплуатации, не выделяет вредных веществ.

Первая из них – коэффициент теплопроводности, который обозначается символом «лямбда» (ι). Этот коэффициент показывает, какой объем теплоты за 1 час проходит через отрезок материала толщиной 1 метр и площадью 1 м² при условии, что разница между температурами среды на обеих поверхностях составляет 10°С.

Чувствительность к влаге

Влажность – это объем влаги, которая содержится в теплоизоляции. Вода отлично проводит тепло, и насыщенная ею поверхность будет способствовать выхолаживанию помещения. Следовательно, переувлажненный теплоизоляционный материал потеряет свои качества и не даст желаемого эффекта. И наоборот: чем большими водоотталкивающими свойствами он обладает, тем лучше.

Паропроницаемость – параметр, близкий к влажности. В числовом выражении он представляет собой объем водяного пара, проходящий через 1 м2 утеплителя за 1 час при соблюдении условия, что разность потенциального давления пара составляет 1Па, а температура среды одинакова.

При высокой паропроницаемости материал может увлажняться. В связи с этим при утеплении стен и перекрытий дома рекомендуется выполнить монтаж пароизоляционного покрытия.

Водопоглощение – способность изделия при соприкосновении с жидкостью впитывать ее. Коэффициент водопоглощения очень важен для материалов, которые используются для обустройства наружной теплоизоляции. Повышенная влажность воздуха, атмосферные осадки и роса могут привести к ухудшению характеристик материала.

Также не рекомендуется применять водопоглощающую изоляцию при отделке ванных комнат, санузлов, кухонь и других помещений с высоким уровнем влажности.

Плотность и теплоемкость

Пористость – выраженное в процентах количество воздушных пор от общего объема изделия. Различают поры закрытые и открытые, крупные и мелкие. Важно, чтобы в структуре материала они были распределены равномерно: это свидетельствует о качестве продукции. Пористость иногда может достигать 50%, в случае с некоторыми видами ячеистых пластмасс этот показатель составляет 90-98%.

Плотность – это одна из характеристик, влияющих на массу материала. Специальная таблица поможет определить оба этих параметра. Зная плотность, можно рассчитать, насколько увеличится нагрузка на стены дома или его перекрытия.

Теплоемкость – показатель, демонстрирующий, какое количество тепла готова аккумулировать теплоизоляция. Биостойкость – способность материала сопротивляться воздействию биологических факторов, например, патогенной флоры. Огнестойкость – противодействие изоляции огню, при этом данный параметр не стоит путать с пожаробезопасностью. Различают и другие характеристики, к которым относятся прочность, выносливость на изгиб, морозостойкость, износоустойчивость.

Коэффициент сопротивления

Также при выполнении расчетов нужно знать коэффициент U – сопротивление конструкций теплопередаче. Этот показатель не имеет никакого отношения к качествам самих материалов, но его нужно знать, чтобы сделать правильный выбор среди разнообразных утеплителей. Коэффициент U представляет собой отношение разности температур с двух сторон изоляции к объему проходящего через нее теплового потока. Чтобы найти теплосопротивление стен и перекрытий, нужна таблица, где рассчитана теплопроводность строительных материалов.

Произвести необходимые вычисления можно и самостоятельно. Для этого толщину слоя материала делят на коэффициент его теплопроводности. Последний параметр — если речь идет об изоляции — должен быть указан на упаковке материала. В случае с элементами конструкции дома все немного сложнее: хотя их толщину можно измерить самостоятельно, коэффициент теплопроводности бетона, дерева или кирпича придется искать в специализированных пособиях.

При этом часто для изоляции стен, потолка и пола в одном помещении используются материалы разного типа, поскольку для каждой плоскости коэффициент теплопроводности нужно рассчитывать отдельно.

Теплопроводность основных видов утеплителей

Исходя из коэффициента U, можно выбрать, какой из видов теплоизоляции лучше использовать, и какую толщину должен иметь слой материала. Расположенная ниже таблица содержит сведения о плотности, паропроницаемости и теплопроводности популярных утеплителей:

Преимущества и недостатки различной теплоизоляции

При выборе теплоизоляции нужно учитывать не только ее физические свойства, но и такие параметры, как легкость монтажа, потребность в дополнительном обслуживании, долговечность и стоимость.

Сравнение самых современных вариантов

Как показывает практика, проще всего осуществлять монтаж пенополиуретана и пеноизола, которые наносятся на обрабатываемую поверхность в форме пены. Эти материалы пластичны, они с легкостью заполняют полости внутри стен постройки. Недостатком вспениваемых веществ является потребность в использовании специального оборудования для их распыления.

Как показывает приведенная выше таблица, достойную конкуренцию пенополиуретану составляет экструдированный пенополистирол. Этот материал поставляются в виде твердых блоков, но с помощью обычного столярного ножа ему можно придать любую форму. Сравнивая характеристики пенных и твердых полимеров, стоит отметить, что пена не образует швов, и это является ее главным преимуществом по сравнению с блоками.

Сравнение ватных материалов

Минеральная вата по свойствам похожа на пенопласты и пенополистирол, однако при этом «дышит» и не горит. Также она обладает лучшей устойчивостью при воздействии влаги и практически не меняет свои качества в процессе эксплуатации. Если стоит выбор между твердыми полимерами и минеральной ватой, лучше отдать предпочтение последней.

У каменной ваты сравнительные характеристики те же, что и у минеральной, но стоимость выше. Эковата имеет приемлемую цену и легко монтируется, но отличается низкой прочностью на сжатие и со временем проседает. Стекловолокно также проседает и, кроме того, осыпается.

Сыпучие и органические материалы

Для теплоизоляции дома иногда применяются сыпучие материалы – перлит и гранулы из бумаги. Они отталкивают воду и устойчивы к воздействию патогенных факторов. Перлит экологичен, он не горит и не оседает. Тем не менее, сыпучие материалы редко применяются для утепления стен, лучше с их помощью обустраивать полы и перекрытия.

Из органических материалов необходимо выделить лен, древесное волокно и пробковое покрытие. Они безопасны для окружающей среды, но подвержены горению, если не пропитаны специальными веществами. Кроме того, древесное волокно подвержено воздействию биологических факторов.

В целом, если учитывать стоимость, практичность, теплопроводность и долговечность утеплителей, то наилучшие материалы для отделки стен и перекрытий – это пенополиуретан, пеноизол и минеральная вата. Остальные виды изоляции обладают специфическими свойствами, так как разработаны для нестандартных ситуаций, а применять такие утеплители рекомендуется только в том случае, если других вариантов нет.

Теплоизоляция необходима в любом помещении, где температура в какое-либо время года не должна быть равной температуре окружающей среды.

Оптимальная температура в помещении достигается с помощью работы обогревательных или охлаждающих устройств.

Чтобы искусственно настроенная температура внутри здания не изменялась из-за диффузии неодинаково нагретых частей внутри и снаружи здания, используют строительные материалы с наименьшим коэффициентом теплопроводности.

Что такое теплопроводность?

Теплопроводность — физическое свойство тела (тел) обменивать внутреннюю энергию с помощью диффузии атомов и молекул, которые хаотически перемещаются от более нагретых частей к более холодным.

Атомы и молекулы двигаются в хаотичном порядке до тех пор, пока температура по всему занимаемому объёму не выровняется.

Чем больше теплопроводность вещества, тем быстрее сквозь него передаётся более высокая или более низкая температура.

Теплопроводность определяется количеством теплоты в Дж, которая, при разнице температур в противоположно расположенных параллельных плоскостях в 1 К, проходит через 1 м² за 1 ч.

Коэффициент теплопроводности выражают в Вт/м*К.

Роль коэффициента теплопроводности при принятии архитектурно-строительного решения

Теплопроводность твёрдых тел, каковыми являются все строительные материалы, проявляется за счёт переноса тепла, происходящего в результате колебаний кристаллической решётки.

Большая теплопроводность строительного материала недопустима для возведения архитектурных сооружений. Чем больше теплопроводность, тем меньше теплоизоляционные качества материала, необходимые для поддержания в помещении температуры, отличной от температуры окружающей среды.

Строительные материалы с низкой теплопроводностью помогают сохранить достигнутый градус в помещении вне зависимости от погодных условий, благодаря минимальному поддержанию диффузии между разными по температуре частицами.

Чем меньше коэффициент теплопроводности материала, тем лучше его теплоизоляционные качества.

Хорошая теплоизоляция избавит от сквозняков, холодных стен, быстрого остывания, промерзания или нагрева помещения, позволит существенно сэкономить на устройствах обогрева или охлаждения.

Или почитайте ЗДЕСЬ об установке пластиковых окон своими руками.

Конструкционные материалы и их теплопроводность

Теплопроводность вещества зависит от его плотности. Чем больше плотность вещества, тем выше теплопроводность. С увеличением пористости понижается ее коэффициент.

Низкий коэффициент теплопроводности материала определяет его хорошие теплоизоляционные качества.

Бетон

Плотность: 500 кг/м³–2 500 кг/м³. Показатель зависит от состава смеси.
Теплопроводность: 1,28–1,51 Вт/м*К. Показатель меняется в зависимости от консистенции бетона.

Бетонная смесь используется для заливки монолитного фундамента, а бетонные блоки – для закладки фундамента и возведения стен.

Железобетон

Плотность: 2 500 кг/м3; бетонная смесь без вибрирования (применения глубинного вибратора) – 2 400 кг/м3.
Теплопроводность: 1,69 Вт/м*К.

Лёгкий бетон на пористых заполнителях называют ячеистым бетоном.

Используют в качестве конструкционного и теплоизоляционного материала. Самые распространённые строительные материалы из бетона на пористых заполнителях — газобетон, пенобетон, керамзитобетон.

Данные материалы применяются для возведения многоэтажных, частных домов и для дополнительных пристроек: бань, гаражей, сараев.

Керамзитобетон

Полнотелые керамзитобетонные блоки производятся с помощью вибропрессования. Не имеют пустот и отверстий. Часто используются для кладки несущих стен или закладки фундамента.

Пустотелые керамзитобетонные блоки делают с применением специальных форм, позволяющих при заливке смеси сформировать герметичные или сквозные пустоты.

Обладают меньшей прочностью по сравнению с полнотелыми керамзитобетонными блоками. Имеют меньшую теплопроводность, что делает их оптимальным материалом для возведения нетяжёлых конструкций с требуемой высокой теплоизоляцией.

Плотность: 500 кг/м³–1 800 кг/м³.
Теплопроводность: 0,14–0,66 Вт/м*К.

Газобетон

Изготавливается из газосиликата. С помощью специализированных газообразователей внутри блока формируют приблизительно сферические поры (пустоты), их диаметр 1–3 мм.

Плотность: 300–800 кг/м3. Зависит от количества и размера пустот.
Теплопроводность: 0,1–0,3 Вт/м*К.

Пенобетон

Изготавливается с применением пенообразующих добавок. Имеет пористую структуру.

Плотность: 600–1 000 кг/м3.
Теплопроводность: 0,1–0,38 Вт/м*К.

Саманный кирпич

Изготавливается из глины и наполнителя.

Плотность: 500 кг/м³–1 900 кг/м³;
Теплопроводность: 0,1–0,4 Вт/м*К.

Керамический кирпич

Изготавливается из обожжённой глины.

Плотность: полнотелый – 1 600 кг/м³–1 900 кг/м³; пустотелый – 1 100 кг/м³–1 400 кг/м³;
Теплопроводность: полнотелый – 0,56–0,86 Вт/м*К; пустотелый–0,35–0,41 Вт/м*К.

Силикатный кирпич

Изготавливается из песка и извести.

Плотность: 1 100 кг/м³–1 900 кг/м³;
Теплопроводность: 0,81–0,87 Вт/м*К.

Дерево

Плотность: 150 кг/м³–2 100 кг/м³;
Теплопроводность: 0,2–0,23 Вт/м*К.

Строительные конструкционные материалы, даже с низкой теплопроводностью, нуждаются в дополнительном утеплении.

Или почитайте ЗДЕСЬ о несъемной опалубке из пенополистирола.

Утеплители и их теплопроводность

Используются для утепления фундамента, пола, стен здания внутри и снаружи, потолка и крыши.

Пенопласт

Плотность: 15 кг/м³–50 кг/м³;
Теплопроводность: 0,31–0,33 Вт/м*К.

Пенополистирол

Плотность: 15 кг/м³–50 кг/м³;
Теплопроводность: 0,028–0,035 Вт/м*К.

Минеральная вата

Минеральная вата имеет способность впитывать влагу. Вода легко накапливается, но очень долго испаряется из данного звуко- и теплоизоляционного материала.

Если минвата перенасытится влагой, то потеряет свои основные изоляционные свойства. Чтобы не допустить впитывание влаги, минвату с двух сторон герметично закупоривают слоем гидроизоляции.

Стекловата

Плотность: 15 кг/м³–45 кг/м³;
Теплопроводность: 0,038–0,046 Вт/м*К.

Базальтовая (каменная) вата

Плотность: 30 кг/м³–200 кг/м³;
Теплопроводность: 0,035–0,042 Вт/м*К.

Эковата

Плотность: 30 кг/м³–110 кг/м³;
Теплопроводность: 0,032–0,041 Вт/м*К.

Сравнительные характеристики теплопроводности конструкционных строительных материалов и утеплителей необходимо проанализировать, выбрав для постройки или дополнительной теплоизоляции самый подходящий материал.

Видео о характеристиках теплоизоляционных материалов

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

Любое строительство независимо от его размера всегда начинается с разработки проекта. Его цель – спроектировать не только внешний вид будущего строения, еще и просчитать основные теплотехнические характеристики. Ведь основной задачей строительства считается сооружение прочных, долговечных зданий, способных поддерживать здоровый и комфортный микроклимат, без лишних затрат на отопление. Несомненную помощь при выборе сырья, используемого для возведения постройки, окажет таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты.

Тепло в доме напярямую зависит от коэффициента теплопроводности строительных материалов

Что такое теплопроводность?

Теплопроводность – это процесс передачи энергии тепла от нагретых частей помещения к менее теплым. Такой обмен энергией будет происходить, пока температура не уравновесится. Применяя это правило к ограждающим системам дома, можно понять, что процесс теплопередачи определяется промежутком времени, за который происходит выравнивание температуры в комнатах с окружающей средой. Чем это время больше, тем теплопроводность материала, применяемого при строительстве, ниже.

Отсутствие теплоизоляции дома скажется на температуре воздуха внутри помещения

Для характеристики проводимости тепла материалами используют такое понятие, как коэффициент теплопроводности. Он показывает, какое количество тепла за одну единицу временного промежутка пройдет через одну единицу площади поверхности. Чем выше подобный показатель, тем сильнее теплообмен, значит, постройка будет остывать значительно быстрее. То есть при сооружении зданий, домов и прочих помещений необходимо использовать материалы, проводимость тепла которых минимальна.

Сравнительные характеристики теплопроводности и термического сопротивления стен, возведенных из кирпича и газобетонных блоков

Что влияет на величину теплопроводности?

Тепловая проводимость любого материала зависит от множества параметров:

Пористая структура. Присутствие пор предполагает неоднородность сырья. При прохождении тепла через подобные структуры, где большая часть объема занята порами, охлаждение будет минимальным.
Плотность. Высокая плотность способствует более тесному взаимодействию частиц друг с другом. В результате теплообмен и последующее полное уравновешивание температур происходит быстрее.
Влажность. При высокой влажности окружающего воздуха или намокании стен постройки, сухой воздух вытесняется капельками жидкости из пор. Теплопроводность в подобном случае значительно увеличивается.

Теплопроводность, плотность и водопоглощение некоторых строительных материалов

Применение показателя теплопроводности на практике

В строительстве все материалы условно подразделяются на теплоизоляционные и конструкционные. Конструкционное сырье отличается наибольшими показателями теплопроводности, но именно его применяют для постройки стен, перекрытий, прочих ограждений. Согласно таблице теплопроводности строительных материалов, при возведении стен из железобетона, для низкого теплообмена с окружающей средой толщина конструкции должна быть около 6 метров. В таком случае строение получится огромным, громоздким и потребует немалых затрат.

Наглядный пример — при какой толщине различных материалов их коэффициент теплопроводности будет одинаковым

Поэтому при возведении постройки следует отдельное внимание уделять дополнительным теплоизолирующим материалам. Слой теплоизоляции может не понадобиться только для построек из дерева или пенобетона, но даже при использовании подобного низкопроводного сырья толщина конструкции должна быть не менее 50 см.

Нужно знать! У теплоизоляционных материалов значения показателя теплопроводности минимальны.

Теплопроводность готового здания. Варианты утепления конструкций

При разработке проекта постройки необходимо учесть все возможные варианты и пути потери тепла. Большое его количество может уходить через:

стены – 30%;
крышу – 30%;
двери и окна – 20%;
полы – 10%.

Теплопотери неутепленного частного дома

При неверном расчете теплопроводности на этапе проектирования, жильцам остается довольствоваться только 10% тепла, получаемого от энергоносителей. Именно поэтому дома, возведенные из стандартного сырья: кирпича, бетона, камня рекомендуют дополнительно утеплять. Идеальная постройка согласно таблице теплопроводности строительных материалов должна быть выполнена полностью из теплоизолирующих элементов. Однако малая прочность и минимальная устойчивость к нагрузкам ограничивает возможности их применения.

Нужно знать! При обустройстве правильной гидроизоляции любого утеплителя высокая влажность не повлияет на качество теплоизоляции и сопротивление постройки теплообмену будет значительно выше.

Сравнительный график коэффициентов теплопроводности некоторых строительных материалов и утеплителей

Самым распространенным вариантом сочетание несущей конструкции из высокопрочных материалов с дополнительным слоем теплоизоляции. Сюда можно отнести:

Каркасный дом. При его постройке каркасом из древесины обеспечивается жесткость всей конструкции, а укладка утеплителя производится в пространство между стойками. При незначительном уменьшении теплообмена в некоторых случая может потребоваться утепление еще и снаружи основного каркаса.
Дом из стандартных материалов. При выполнении стен из кирпича, шлакоблоков, утепление должно проводиться по наружной поверхности конструкции.

Необходимая тепло- и гидроизоляция для сохранения тепла в частном доме

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

В этой таблице собраны показатели теплопроводности самых распространенных строительных материалов. Пользуясь подобными справочниками, можно без проблем рассчитать необходимую толщину стен и применяемого утеплителя.

Таблица коэффициента теплопроводности строительных материалов:

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

Теплопроводность строительных материалов (видео)

ОЦЕНИТЕ
МАТЕРИАЛ Загрузка… ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ

REMOO В ВАШЕЙ ПОЧТЕ

Чем выше теплопроводность тем – Строительство домов и бань

Обзор строительных материалов с различной теплопроводностью

Что такое теплопроводность?

Коэффициент теплопроводности выражают в Вт/м*К.

Роль коэффициента теплопроводности при принятии архитектурно-строительного решения

Чем меньше коэффициент теплопроводности материала, тем лучше его теплоизоляционные качества.

Или почитайте ЗДЕСЬ об установке пластиковых окон своими руками.

Конструкционные материалы и их теплопроводность

Низкий коэффициент теплопроводности материала определяет его хорошие теплоизоляционные качества.

Бетон

Плотность: 500 кг/м³–2 500 кг/м³. Показатель зависит от состава смеси.
Теплопроводность: 1,28–1,51 Вт/м*К. Показатель меняется в зависимости от консистенции бетона.

Железобетон

Плотность: 2 500 кг/м3; бетонная смесь без вибрирования (применения глубинного вибратора) – 2 400 кг/м3.
Теплопроводность: 1,69 Вт/м*К.

Лёгкий бетон на пористых заполнителях называют ячеистым бетоном.

Керамзитобетон

Плотность: 500 кг/м³–1 800 кг/м³.
Теплопроводность: 0,14–0,66 Вт/м*К.

Газобетон

Плотность: 300–800 кг/м3. Зависит от количества и размера пустот.
Теплопроводность: 0,1–0,3 Вт/м*К.

Пенобетон

Изготавливается с применением пенообразующих добавок. Имеет пористую структуру.

Плотность: 600–1 000 кг/м3.
Теплопроводность: 0,1–0,38 Вт/м*К.

Саманный кирпич

Изготавливается из глины и наполнителя.

Плотность: 500 кг/м³–1 900 кг/м³;
Теплопроводность: 0,1–0,4 Вт/м*К.

Керамический кирпич

Изготавливается из обожжённой глины.

Плотность: полнотелый – 1 600 кг/м³–1 900 кг/м³; пустотелый – 1 100 кг/м³–1 400 кг/м³;
Теплопроводность: полнотелый – 0,56–0,86 Вт/м*К; пустотелый–0,35–0,41 Вт/м*К.

Силикатный кирпич

Изготавливается из песка и извести.

Плотность: 1 100 кг/м³–1 900 кг/м³;
Теплопроводность: 0,81–0,87 Вт/м*К.

Дерево

Плотность: 150 кг/м³–2 100 кг/м³;
Теплопроводность: 0,2–0,23 Вт/м*К.

Или почитайте ЗДЕСЬ о несъемной опалубке из пенополистирола.

Утеплители и их теплопроводность

Используются для утепления фундамента, пола, стен здания внутри и снаружи, потолка и крыши.

Пенопласт

Плотность: 15 кг/м³–50 кг/м³;
Теплопроводность: 0,31–0,33 Вт/м*К.

Пенополистирол

Плотность: 15 кг/м³–50 кг/м³;
Теплопроводность: 0,028–0,035 Вт/м*К.

Минеральная вата

Стекловата

Плотность: 15 кг/м³–45 кг/м³;
Теплопроводность: 0,038–0,046 Вт/м*К.

Базальтовая (каменная) вата

Плотность: 30 кг/м³–200 кг/м³;
Теплопроводность: 0,035–0,042 Вт/м*К.

Эковата

Плотность: 30 кг/м³–110 кг/м³;
Теплопроводность: 0,032–0,041 Вт/м*К.

Видео о характеристиках теплоизоляционных материалов

Теплопроводность и коэффициент теплопроводности. Что это такое.

Теплопроводность.

На практике, например в строительстве при теплоизоляции зданий, рассматривается другой аспект теплопроводности, связанный с передачей тепловой энергии. В качестве примера возьмем “абстрактный дом”. В “абстрактном доме” стоит нагреватель, который поддерживает внутри дома постоянную температуру, скажем, 25 °С. На улице температура тоже постоянная, например, 0 °С. Вполне понятно, что если выключить обогреватель, то через некоторое время в доме тоже будет 0 °С. Все тепло (тепловая энергия) через стены уйдет на улицу.

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.

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.

Коэффициент теплопроводности материалов.

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?

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.

коэффициент теплопередачи легких и тяжелых бетонов

Коэффициент теплопроводности бетона – одна из важных характеристик, учитываемых при проектировании здания. Эта величина применяется в теплотехнических расчетах, позволяющих точно определить минимально допустимую толщину стен.

Понятие коэффициента теплопроводности

Эта величина определяет количество тепла, проходимое через единицу объема образца при разнице температур в 1 градус Цельсия. Единица измерения – Вт/(м*C). Чем больше эта характеристика, тем выше способность материала передавать тепло и тем хуже он выполняет функции теплоизолятора.

Бетон имеет неоднородную структуру. Теплопередача определяется компонентами, входящими в состав строительного материала. Наименьшую теплопроводность имеет воздух, который находится в микропорах заполнителей и капиллярах цементного камня. Поэтому чем выше его содержание, тем лучше теплоизоляционные свойства бетонного элемента.

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/(мC)**
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:

Производим и предлагаем продукцию:

Коэффициент теплопроводности – Технарь

Множитель пропорциональности l в уравнениях (12.3) и (12.4) называется коэффициентом теплопроводности. Теплопроводность является физическим свойством вещества, характеризующим способность вещества проводить тепло. Из выражения (12.3) следует:

Коэффициент теплопроводности представляет собой количество тепла, проходящее в единицу времени через единицу поверхности при разности температур в один градус на пути в один метр.

Значения коэффициентов теплопроводности для различных веществ резко отличаются и зависят от структуры, плотности, влажности, давления и температуры материала. Поэтому в ответственных конструкциях, таких как изоляция подводных лодок или космических аппаратов, значения коэффициента теплопроводности конструкции определяется экспериментально для каждой конструкции. При обычных теплотехнических расчётах значения коэффициента теплопроводности принимаются из справочника. Необходимо только, чтобы физические характеристики материала (влажность, плотность…), определяемые условиями эксплуатации, соответствовали табличным данным, приведенным в справочнике.

Зависимость теплопроводности от температуры имеет характер:

l_i = l₀(1 + bt_i) (12.6)

где l₀ — известный коэффициент теплопроводности при известной температуре t₀;

b — константа, определяемая для данного материала экспериментально.

Наибольшие значение теплопроводности имеют металлы: у серебра l = 410 Вт/(м·град), у золота l = 300 Вт/(м·град), у чистой меди l = 395 Вт/(м·град), у алюминия l = 210 Вт/(м·град). Для большинства металлов повышение температуры приводит к уменьшению теплопроводности. К резкому снижению теплопроводности приводит наличие даже ничтожного количества примесей в металлах. Например, следы мышьяка в меди снижают коэффициент ее теплопроводности до l = 142 Вт/(м·град).

Железо с содержанием углерода 0,1% имеет l = 52 Вт/(м·град), при наличии углерода 1% — l = 40 Вт/(м·град). Для чистых металлов теплопроводность и электропроводность пропорциональны друг другу.

Значения коэффициентов теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов лежат в пределах l = 0,02 — 3 Вт/(м·град). Рост температуры приводит к росту коэффициента теплопроводности в соответствии с зависимостью (12.6). Как правило, чем выше плотность материала, тем больше величина его теплопроводности. При выборе строительных и изоляционных материалов следует учесть высокую зависимость коэффициента теплопроводности от влажности материала. Причем нужно помнить, что теплопроводность влажного материала выше, чем теплопроводность отдельно сухого материала и теплопроводность воды. Например, сухой кирпич имеет коэффициент теплопроводности l = 0,3 Вт/(м·град), теплопроводность воды l = 0,6 Вт/(м·град), а теплопроводность влажного кирпича l = 0,9 Вт/(м·град).

В качестве теплоизоляционных обычно используют материалы с теплопроводностью менее l = 0,2 Вт/(м·град).

Теплопроводность капельных жидкостей, как и теплопроводность металлов, понижается при увеличении температуры. Исключением является вода и глицерин. Значения коэффициентов теплопроводности капельных жидкостей находится в интервале l = 0,7 – 0,1 Вт/(м·град).

Величины коэффициентов теплопроводности газов на порядок меньше, чем капельных жидкостей l = 0,1 – 0,005 Вт/(м·град). В отличие от жидкостей и металлов, у газов повышение температуры приводит к росту теплопроводности, как и у строительных и изоляционных материалов.

От давления (кроме очень маленького и очень большого) теплопроводность практически не зависит.

Теплопроводность – Energy Education

Теплопроводность , часто обозначаемая как [math] \ kappa [/ math], – это свойство, которое связывает скорость потери тепла на единицу площади материала со скоростью его изменения температуры. {\ circ} F} \ right) [/ math].^[3] Материалы с более высокой теплопроводностью являются хорошими проводниками тепловой энергии.

Поскольку теплопроводность включает передачу энергии без движения материала, логично, что скорость передачи тепла будет зависеть только от разницы температур между двумя точками и теплопроводности материала.

Для получения дополнительной информации о теплопроводности см. Гиперфизика.

Значения для обычных материалов

Теплопроводность, [математика] \ каппа [/ математика] ^[4]
Материал	Электропроводность при 25 ^o C
Акрил	0.2
Воздух	0,024
Алюминий	205
Битум	0,17
Латунь	109
Цемент	1,73
Медь	401
Алмаз	1000
Войлок	0,04
Стекло	1,05
Утюг	80
Кислород	0.024
Бумага	0,05
Кремнеземный аэрогель	0,02
Вакуум	0
Вода	0,58

Из таблицы справа видно, что большинство материалов, которые обычно считаются хорошими проводниками, обладают высокой теплопроводностью. В основном металлы обладают очень высокой теплопроводностью, которая хорошо сопоставима с тем, что известно о металлах.Кроме того, изоляционные материалы, такие как аэрогель и изоляция, используемые в домах, имеют низкую теплопроводность, что указывает на то, что они не пропускают тепло через себя. Таким образом, низкая теплопроводность свидетельствует о хорошем изоляционном материале.

Промежуточные материалы не обладают значительными изолирующими или проводящими свойствами. Цемент и стекло не проводят слишком большое количество тепла и не обладают хорошей изоляцией.

Идея о том, что теплопроводность определенных материалов связана с тем, насколько хорошо они изолируют, обеспечивает связь между теплопроводностью и R-значениями / U-значениями.Поскольку значения U и R отражают, насколько хорошо определенный материал сопротивляется потоку тепла, теплопроводность играет роль в формировании этих значений. Однако значения U и R также зависят от толщины материала, тогда как теплопроводность этого не учитывает.

Для дальнейшего чтения

Список литературы

↑ HyperPhysics. (12 мая 2015 г.). Теплопроводность [Онлайн]. Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/thercond.html
↑ Р. Чабай, Б. Шервуд. (12 мая 2015 г.). Matter & Interactions , 3-е изд., Хобокен, Нью-Джерси, США: John Wiley & Sons, 2011
↑ Д. Грин, Р. Перри. (12 мая 2015 г.). Справочник инженеров-химиков Перри , 7-е изд., McGraw-Hill, 1997.
↑ The Engineering Toolbox. (12 мая 2015 г.). Теплопроводность обычных материалов и газов [Онлайн]. Доступно: http://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-d_429.html

Общие сведения о теплопроводности | Advanced Thermal Solutions

Теплопроводность – это объемное свойство, которое описывает способность материала передавать тепло.В следующем уравнении теплопроводность – это коэффициент пропорциональности k . Расстояние теплопередачи определяется как † x , которое перпендикулярно области A . Скорость передачи тепла через материал составляет Q , от температуры T ₁ до температуры T ₂, когда T ₁> T ₂ [2].

Рисунок 1.Процесс теплопроводности от горячей (T1) к холодной (T2) поверхности
Теплопроводность материалов играет важную роль в охлаждении электронного оборудования. От кристалла, в котором выделяется тепло, до шкафа, в котором размещена электроника, теплопроводность и, как следствие, теплопроводность являются неотъемлемыми компонентами общего процесса управления температурой.

Путь тепла от матрицы к внешней среде – сложный процесс, который необходимо учитывать при разработке теплового решения.В прошлом многие устройства могли работать без внешнего охлаждающего устройства, такого как радиатор. В этих устройствах сопротивление проводимости от кристалла к плате необходимо было оптимизировать, поскольку первичный путь теплопередачи находился в печатной плате. По мере увеличения уровней мощности передача тепла исключительно на плату становилась недостаточной (кредитная шакита). Большая часть тепла теперь рассеивается непосредственно в окружающую среду через верхнюю поверхность компонента. В этих новых более мощных устройствах важно низкое сопротивление перехода к корпусу, а также конструкция присоединенного радиатора.

Чтобы определить важность теплопроводности материала в конкретном приложении управления температурой (например, теплоотвод), важно разделить общее тепловое сопротивление, связанное с кондуктивной теплопередачей, на три части: межфазное сопротивление, сопротивление растеканию и сопротивление проводимости.

Интерфейсный материал улучшает тепловой контакт между несовершенными сопрягаемыми поверхностями. Материал с высокой теплопроводностью и хорошей способностью к смачиванию поверхности снижает межфазное сопротивление .
Сопротивление растеканию используется для описания теплового сопротивления, связанного с небольшим источником тепла, соединенным с большим радиатором. Среди прочего, теплопроводность основания радиатора напрямую влияет на сопротивление растеканию.
Сопротивление проводимости – это мера внутреннего теплового сопротивления в радиаторе, когда тепло передается от основания к ребрам, где оно рассеивается в окружающую среду. Что касается конструкции радиатора, сопротивление теплопроводности менее важно в условиях естественной конвекции и низкого расхода воздуха и становится более важным при увеличении расхода.

Общие единицы теплопроводности: Вт / мК и БТЕ / час-фут – ^o F.

Рисунок 2. Теплопроводность тонкой пленки кремния [3].

В электронной промышленности постоянное стремление к меньшему размеру и более высокой скорости значительно уменьшило масштаб многих компонентов. Поскольку этот переход теперь продолжается от макро- к микромасштабу, важно учитывать влияние на теплопроводность и не предполагать, что объемные свойства все еще точны.Уравнения Фурье на основе континуума не могут предсказать тепловые характеристики в этих меньших масштабах. Необходимы более полные методы, такие как уравнение переноса Больцмана и решеточный метод Больцмана [3].

Влияние толщины на проводимость показано на рисунке 2. Характеризуемым материалом является кремний, который широко используется в электронике.

Рис. 2. Теплопроводность тонкой кремниевой пленки [3]

Как и многие физические свойства, теплопроводность может быть анизотропной в зависимости от материала (зависит от направления).Кристалл и графит – два примера таких материалов. Графит используется в электронной промышленности, где ценна его высокая проводимость в плоскости. Кристаллы графита имеют очень высокую проводимость в плоскости (~ 2000 Вт / мК) из-за прочной связи углерод-углерод в их базисной плоскости. Однако параллельные базисные плоскости слабо связаны друг с другом, и теплопроводность, перпендикулярная этим плоскостям, довольно низкая (~ 10 Вт / мК) [4].

На теплопроводность влияют не только изменения толщины и ориентации; температура также влияет на общую величину.Из-за повышения температуры материала увеличивается внутренняя скорость частиц и увеличивается теплопроводность. Эта увеличенная скорость передает тепло с меньшим сопротивлением. Закон Видемана-Франца описывает это поведение путем соотнесения теплопроводности и электропроводности с температурой. Важно отметить, что влияние температуры на теплопроводность нелинейно, и его трудно предсказать без предварительного исследования. На графиках ниже показано поведение теплопроводности в широком диапазоне температур.Оба этих материала, нитрид алюминия и кремний, широко используются в электронике (рис. 3 и 4 соответственно).

В будущем более мощные процессоры с несколькими ядрами еще больше подтолкнут потребность в улучшенной теплопроводности. Следовательно, стоит также изучить другие области исследований и разработок в области повышения теплопроводности для существующих материалов, используемых в корпусах электроники. Одной из таких областей является влияние нанотехнологий на теплопроводность, когда углеродные нанотрубки показали значения проводимости, близкие к проводимости алмаза из-за большой длины свободного пробега фононов [7].Разработка новых и улучшение существующих материалов приведет к более эффективному управлению температурой, поскольку рассеиваемая мощность устройства постоянно растет.

Артикул:

1. Теплопроводность, Американский научный словарь наследия, Houghton Mifflin Company

2. Моран М., Шапиро Х., Основы инженерной термодинамики, стр. 47, 1988 г.

3. Гай С., Ким В., Чанг П., Амон К., Джон М., Анизотропная теплопроводность наноразмерных ограниченных тонких пленок через решетку Больцмана, Химическая инженерия, Университет Карнеги-Меллона, ноябрь 2006 г., стр.2006

4. Норли Дж., Роль природного графита в охлаждении электроники, Охлаждение электроники, август 2001 г.

5. Слак, Г.А., Танзилли Р.А., Поль Р.О., Вандерсанде Дж. В., Дж. Phys. Chem. Твердые тела 48, 7 (1987), 641-647

6. Глассбреннер, К. и Слак, Г., Теплопроводность кремния и германия от 3 ° К до точки плавления, Physical Review 134, 4A, 1964

7. Бербер, С., Квон, Ю., Томанек, Д., Необычно высокая теплопроводность углеродных нанотрубок, Physical Review Letters, Том 84, № 20, стр. 4613-4616, 2000 г.

Что такое коэффициент теплового расширения (КТР)? Как это измерить?

Выдержка из ASM International Thermal Properties of Metals Chapter 2 Thermal Expansion

КОЭФФИЦИЕНТ ЛИНЕЙНОГО теплового расширения (CTE, a или a ₁) – это свойство материала, которое указывает на степень расширения материала при нагревании.Разные вещества расширяются в разной степени. В небольших диапазонах температур тепловое расширение однородных линейных объектов пропорционально изменению температуры. Тепловое расширение находит полезное применение в биметаллических лентах для изготовления термометров, но может создавать пагубное внутреннее напряжение, когда конструктивная часть нагревается и поддерживается постоянной длиной.

Для более подробного обсуждения теплового расширения, включая теорию и влияние симметрии кристалла, читатель может обратиться к серии данных CINDAS по свойствам материалов, тома 1–4, Thermal Expansion of Solids (Ref 1).

Определение коэффициента теплового расширения

Большинство твердых материалов расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Изменение длины твердого материала в зависимости от температуры может быть выражено как:

, где l ₀ и l _f представляют, соответственно, исходную и окончательную длину с изменением температуры от T ₀ до T _f. Параметр a ₁ CTE и имеет единицы измерения обратной температуры (K ^–1), такие как мкм / м · K или 10 ^–6 / K.

Коэффициент теплового расширения также часто определяется как относительное увеличение длины на единицу повышения температуры. Точное определение варьируется в зависимости от того, указана ли она для точной температуры (истинный коэффициент теплового расширения или a -бар или в диапазоне температур (средний коэффициент теплового расширения или a ). Истинный коэффициент связан с наклон касательной длины в зависимости от температуры, в то время как средний коэффициент определяется наклоном хорды между двумя точками на кривой.Изменение значений CTE может происходить в соответствии с используемым определением. Когда a является постоянным в диапазоне температур, тогда a = a бар. Программное обеспечение для анализа методом конечных элементов (FEA), такое как NASTRAN (MSC Software), требует ввода, а не – -bar.

Нагрев или охлаждение влияет на все размеры тела материала, что приводит к изменению его объема. Изменения объема можно определить по:

, где дельта V и V ₀ – это изменение объема и исходный объем, соответственно, а a _V представляет собой объемный коэффициент теплового расширения.Во многих материалах значение a _V является анизотропным; то есть это зависит от кристаллографического направления, вдоль которого он измеряется. Для материалов с изотропным тепловым расширением a _V приблизительно равно 3 a ₁.

Как измерить коэффициент теплового расширения

Для определения коэффициента теплового расширения необходимо измерить две физические величины (смещение и температуру) на образце, который подвергается тепловому циклу.Три основных метода измерения КТР – это дилатометрия, интерферометрия и термомеханический анализ. Оптическое отображение также можно использовать при экстремальных температурах. Рентгеновская дифракция может использоваться для изучения изменений параметра решетки, но может не соответствовать объемному тепловому расширению.

Дилатометрия

Широко используются методы механической дилатометрии. С помощью этого метода образец нагревается в печи, и смещение концов образца передается на датчик с помощью толкающих стержней.Точность теста ниже, чем у интерферометрии, и испытание обычно применимо к материалам с КТР выше 5 × 10 ^–6 / K (2,8 × 10 ^–6 / ° F) в диапазоне температур – 180–900 ° C (–290–1650 ° F). Толкатели могут быть из кварцевого стекла, оксида алюминия высокой чистоты или изотропного графита. Системы из оксида алюминия могут расширять диапазон температур до 1600 ° C (2900 ° F), а графитовые системы до 2500 ° C (4500 ° F). Метод испытаний ASTM E228 (ссылка 2) предусматривает определение линейного теплового расширения твердых твердых материалов с использованием толкателя из стекловидного кремнезема или трубчатых дилатометров.

Интерферометрия

При использовании методов оптической интерференции смещение концов образца измеряется числом длин волн монохроматического света. Точность значительно выше, чем при термомеханической дилатометрии.

Термомеханический анализ

Измерения выполняются с помощью термомеханического анализатора, состоящего из держателя образца и зонда, который передает изменения длины на преобразователь, который преобразует движения зонда в электрический сигнал.Аппарат также состоит из печи для равномерного нагрева, термочувствительного элемента, штангенциркуля и средства записи результатов. Метод испытаний ASTM E831 (ссылка 4) описывает стандартный метод испытаний на линейное тепловое расширение твердых материалов с помощью термомеханического анализа. Нижний предел CTE для этого метода составляет 5 × 10 ^–6 / K (2,8 × 10 ^–6 / ° F), но его можно использовать при более низких или отрицательных уровнях расширения с пониженной точностью и точностью. Применимый диапазон температур составляет от –120 до 600 ° C (от –185 до 1110 ° F), но диапазон температур может быть расширен в зависимости от приборов и калибровочных материалов.

Список литературы

1.R.E. Тейлор, Серия данных CINDAS по свойствам материалов, Термическое расширение твердых тел, Том 1–4, ASM International, 1998

2. «Стандартный метод испытания линейного теплового расширения твердых материалов с помощью дилатометра из стекловидного кремнезема», E 228-95, Ежегодный сборник стандартов ASTM , ASTM, 1995

3. «Стандартный метод испытаний линейного теплового расширения твердых твердых тел с интерферометрией», E 289-99, Annual Book of ASTM Standards, ASTM, 1999

4.«Стандартный метод испытаний для линейного теплового расширения твердых материалов с помощью термомеханического анализа», E 831, Ежегодная книга стандартов ASTM, ASTM, 2000

Избранные ссылки

Междисциплинарный исследовательский центр компьютерной инженерии материалов, Департамент материаловедения, Уэльский университет, Суонси, Великобритания, http://irc.swansea.ac.uk/, 1998; пересмотрено 2001

Metals Handbook Desk Edition, 2-е изд., ASM International, 1998
R.Нейв, Гиперфизика, Государственный университет Джорджии, http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu, 2002
Сварка, пайка и пайка, Том 6, Справочник ASM, ASM International, 1993

Почему важна теплопроводность

01-мар-2016

Повышенная теплопроводность обеспечивает более высокую скорость теплопередачи в материале с фазовым переходом, сокращая время, необходимое для полной зарядки или разрядки PCM.

Аймара Олбери, Ph.Д.

Теплопроводность – это внутреннее свойство материала, которое выражает его способность проводить тепло. Его часто обозначают как κ, k или λ. Теплопроводность измеряется в ваттах на метр-кельвин (Вт / (м · К)) и, следовательно, является измерением скорости теплового потока через материал заданной толщины на площади поверхности, перпендикулярной источнику, в результате температуры градиент (рисунок 1). Для измерения теплопроводности используются два метода: установившийся и переходный.Для стационарных методов теплопроводность определяется, когда образец достигает температурного равновесия, и генерируется постоянный сигнал. Переходные (нестационарные) методы позволяют измерять теплопроводность во время нагрева образца.

Материалы с фазовым переходом (PCM) накапливают и выделяют энергию при переходе между твердым и жидким состояниями. Эта энергия находится в форме скрытого тепла. Тепловая энергия должна поступать либо в PCM, либо из него, чтобы произошел фазовый переход.Следовательно, время, необходимое для полной зарядки или разрядки ПКМ, напрямую зависит от его теплопроводности. Помимо увеличения теплопроводности ПКМ, есть несколько способов увеличить скорость плавления и замерзания ПКМ. К ним относятся увеличение турбулентности теплоносителя, увеличение площади поверхности, с которой соприкасается теплоноситель, и увеличение температурного градиента (ΔT) между PCM и теплоносителем.

Теплопроводность варьируется в зависимости от природы материала.Металлы, которые в основном используют электроны для передачи тепла, обычно имеют более высокие значения теплопроводности. Неметаллы, использующие фононы для теплопередачи, имеют более низкие. Органические ПКМ – это неметаллические соединения, которые обладают очень низкими значениями теплопроводности. Это свойство представляет проблему, когда PCM на биологической основе используются в приложениях, требующих быстрой зарядки и разрядки.

Были исследованы теплопроводящие добавки с целью улучшить общую теплопроводность таких ПКМ.Такие добавки, как расширенный графит, алюминий, медь и нитрид алюминия, могут увеличить общую чистую теплопроводность PCM и обеспечить более высокую скорость передачи тепла. Это может сократить время, необходимое для полной зарядки или разрядки PCM.

Другой подход, который может быть использован для минимизации неблагоприятного воздействия теплопроводности, заключается в использовании вариантов локализации, которые увеличивают площадь поверхности и сокращают расстояние от внешнего источника тепла до центра ПКМ.Увеличение площади поверхности, к которой может быть приложена тепловая нагрузка, и уменьшение расстояния, которое должно пройти тепло, увеличивают вероятность того, что PCM подвергнется полной зарядке или разрядке за более короткий период времени.

Увеличение турбулентности теплоносителя увеличивает скорость теплопередачи между жидкостью и PCM, тем самым улучшая скорость плавления и замерзания. Дополнительная турбулентность нарушает изолирующее покрытие, которое образуется между контейнером из ПКМ и теплоносителем в результате ламинарного потока.В некоторых случаях увеличение турбулентности теплоносителя невозможно.

Температурный градиент также играет важную роль в скорости плавления и замерзания ПКМ. Чем больше ΔT, тем выше скорость теплопередачи между PCM и теплоносителем, что заставляет PCM плавиться или замерзать быстрее. Однако, когда ΔT мала, скорость теплопередачи значительно снижается, что замедляет процесс плавления и замерзания. Однако в большинстве приложений PCM нельзя изменить температурный градиент между PCM и теплопередающим материалом для повышения скорости плавления и замерзания.

Почему важна теплопроводность (306 КБ)

Об авторе

Доктор Аймара Олбери присоединилась к Entropy Solutions в 2013 году, получив докторскую степень. по синтетической органической химии в Университете Алабамы. В 2007 году она получила степень бакалавра химии в Алабаме.

Маловероятный конкурент алмаза как лучшего проводника тепла

ЧЕСТНАТ-ХИЛЛ, Массачусетс (8 июля 2013 г.) Маловероятный материал, кубический арсенид бора, мог бы обеспечить чрезвычайно высокую теплопроводность – на уровне отраслевого стандарта, установленного для дорогих алмазов, – сообщают исследователи в текущем выпуске журнала Physical Review Письма .

Открытие того, что химическое соединение бора и мышьяка может конкурировать с алмазом, самым известным проводником тепла, удивило команду физиков-теоретиков из Бостонского колледжа и Лаборатории морских исследований. Но новый теоретический подход позволил команде раскрыть секрет потенциально экстраординарной способности арсенида бора проводить тепло.

Меньшие, более быстрые и более мощные микроэлектронные устройства ставят перед собой непростую задачу отвода выделяемого тепла.Хорошие теплопроводники, находящиеся в контакте с такими устройствами, быстро отводят тепло от нежелательных «горячих точек», которые снижают эффективность этих устройств и могут привести к их выходу из строя.

Алмаз – самый ценный из драгоценных камней. Но, помимо блеска и красоты ювелирных изделий, он обладает множеством других замечательных свойств. Наряду со своими углеродными родственниками графитом и графеном, алмаз является лучшим проводником тепла при комнатной температуре, имея теплопроводность более 2000 Вт на метр на Кельвин, что в пять раз выше, чем у лучших металлов, таких как медь.В настоящее время алмаз широко используется для отвода тепла от компьютерных микросхем и других электронных устройств. К сожалению, алмазы редкие и дорогие, а производство высококачественных синтетических алмазов сложно и дорого. Это подтолкнуло к поиску новых материалов со сверхвысокой теплопроводностью, но в последние годы не было достигнуто большого прогресса.

По словам соавтора Дэвида Бройдо, профессора физики в Бостонском колледже, высокая теплопроводность алмаза хорошо известна благодаря легкости составляющих его атомов углерода и жестким химическим связям между ними.С другой стороны, не ожидалось, что арсенид бора будет особенно хорошим теплопроводником, и на самом деле, по оценкам – с использованием обычных критериев оценки – теплопроводность в 10 раз меньше, чем у алмаза.

Команда обнаружила, что расчетная теплопроводность кубического арсенида бора чрезвычайно высока, более 2000 Вт на метр на Кельвин при комнатной температуре и превышает теплопроводность алмаза при более высоких температурах, по словам Бройдо и соавторов Тома Райнеке, старшего научного сотрудника Лаборатория военно-морских исследований и Лукас Линдсей, научный сотрудник NRL, получивший докторскую степень в Британской Колумбии.

Броидо сказал, что команда использовала недавно разработанный теоретический подход для расчета теплопроводности, который они ранее тестировали со многими другими хорошо изученными материалами. Уверенные в своем теоретическом подходе, команда внимательно изучила арсенид бора, теплопроводность которого никогда не измерялась.

В отличие от металлов, в которых электроны переносят тепло, алмаз и арсенид бора являются электрическими изоляторами. Для них тепло переносится колебательными волнами составляющих атомов, и столкновение этих волн друг с другом создает внутреннее сопротивление тепловому потоку.Команда была удивлена, обнаружив необычное взаимодействие определенных колебательных свойств в арсениде бора, которое выходит за рамки рекомендаций, обычно используемых для оценки теплопроводности электрических изоляторов. Оказывается, ожидаемые столкновения между колебательными волнами гораздо менее вероятны в определенном диапазоне частот. Таким образом, на этих частотах в арсениде бора может проводиться большое количество тепла.

«Эта работа дает новое важное понимание физики теплопереноса в материалах и демонстрирует возможности современных вычислительных методов для количественного прогнозирования материалов, теплопроводность которых еще предстоит измерить», – сказал Броидо.«Мы рады увидеть, можно ли подтвердить наши неожиданные открытия для арсенида бора путем измерения. Если это так, это может открыть новые возможности для применений в пассивном охлаждении с использованием арсенида бора, а также продемонстрирует важную роль, которую такая теоретическая работа может сыграть в дает полезные рекомендации по выявлению новых материалов с высокой теплопроводностью “.

###

Исследование было поддержано Программой процессов теплового переноса Национального научного фонда США.S. Управление военно-морских исследований и Управление науки Министерства энергетики США.

Заявление об ограничении ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за точность выпусков новостей, размещенных на EurekAlert! участвующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.

Какие металлы лучше всего проводят тепло? | Metal Supermarkets

Теплопроводность измеряет способность металла проводить тепло. Это свойство различается в зависимости от типа металла, и его важно учитывать в приложениях, где часто встречаются высокие рабочие температуры.

В чистых металлах теплопроводность остается примерно такой же при повышении температуры. Однако в сплавах теплопроводность увеличивается с температурой.

Какие металлы лучше всего проводят тепло?

Обычные металлы, ранжированные по теплопроводности
Рейтинг	Металл	Теплопроводность [БТЕ / (ч · фут⋅ ° F)]
1	Медь	223
2	Алюминий	118
3	Латунь	64
4	Сталь	17
5	бронза	15

Как видите, из наиболее распространенных металлов медь и алюминий обладают самой высокой теплопроводностью, а сталь и бронза – самой низкой.Теплопроводность – очень важное свойство при выборе металла для конкретного применения. Поскольку медь является отличным проводником тепла, она хороша для теплообменников, радиаторов и даже днища кастрюль. Поскольку сталь плохо проводит тепло, она подходит для использования в высокотемпературных средах, таких как двигатели самолетов.

Вот некоторые важные области применения, в которых требуются металлы, хорошо проводящие тепло:

Теплообменники
Радиаторы
Посуда

Теплообменники

Теплообменник – это обычное применение, где важна хорошая теплопроводность.Теплообменники выполняют свою работу, передавая тепло для нагрева или охлаждения.

Медь – популярный выбор для теплообменников в промышленных объектах, систем кондиционирования воздуха, охлаждения, резервуаров для горячей воды и систем теплых полов. Его высокая теплопроводность позволяет теплу быстро проходить через него. Медь имеет дополнительные свойства, желательные для теплообменников, включая устойчивость к коррозии, биологическому обрастанию, нагрузкам и тепловому расширению.

Алюминий также может использоваться в некоторых теплообменниках как более экономичная альтернатива.

Теплообменники обычно используются в следующих ситуациях:

Промышленные объекты

Теплообменники на промышленных объектах включают ископаемые и атомные электростанции, химические предприятия, опреснительные установки и морские службы.

На промышленных предприятиях медно-никелевый сплав используется для изготовления трубок теплообменника. Сплав имеет хорошую коррозионную стойкость, что защищает от коррозии в морской среде. Он также обладает хорошей устойчивостью к биологическому обрастанию, чтобы избежать образования водорослей и морского мха.Алюминиево-латунный сплав имеет аналогичные свойства и может использоваться как альтернатива.

Солнечные системы термального водоснабжения

Солнечные водонагреватели – это экономичный способ нагрева воды, в котором для передачи солнечной тепловой энергии воде используется медная трубка. Медь используется из-за ее высокой теплопроводности, устойчивости к воздушной и водной коррозии и механической прочности.

Газовые водонагреватели

Газо-водяные теплообменники передают тепло, вырабатываемое газовым топливом, воде.Они распространены в жилых и коммерческих котлах. Для газовых водонагревателей предпочтительным материалом является медь из-за ее высокой теплопроводности и простоты изготовления.

Принудительное воздушное отопление и охлаждение

Тепловые насосы, использующие воздух, давно используются для отопления жилых и коммерческих помещений. Они работают за счет теплообмена воздух-воздух через испарительные агрегаты. Их можно использовать в дровяных печах, котлах и печах. Опять же, медь обычно используется из-за ее высокой теплопроводности.

Радиаторы

Радиаторы – это теплообменник, передающий тепло, выделяемое электронным или механическим устройством, в движущуюся охлаждающую жидкость. Жидкость отводит тепло от устройства, позволяя ему остыть до желаемой температуры. Используются металлы с высокой теплопроводностью.

В компьютерах

радиаторы используются для охлаждения центральных процессоров или графических процессоров. Радиаторы также используются в мощных устройствах, таких как силовые транзисторы, лазеры и светоизлучающие диоды (светодиоды).

Радиаторы предназначены для увеличения площади поверхности, контактирующей с охлаждающей жидкостью.

Алюминиевые сплавы являются наиболее распространенным материалом для теплоотвода. Это потому, что алюминий стоит меньше меди. Однако медь используется там, где требуется более высокий уровень теплопроводности. В некоторых радиаторах используются комбинированные алюминиевые ребра с медным основанием.

Посуда

Металл с хорошей теплопроводностью чаще используется в быту в посуде. Когда вы разогреваете еду, вы не хотите ждать весь день.Вот почему медь используется для изготовления дна высококачественной посуды, потому что металл быстро проводит тепло и равномерно распределяет его по своей поверхности.

Однако, если у вас ограниченный бюджет, вы можете использовать алюминиевую посуду в качестве альтернативы. Для разогрева еды может потребоваться немного больше времени, но ваш кошелек будет вам благодарен за это!

Metal Supermarkets – крупнейший в мире поставщик мелкосерийного металла с более чем 85 магазинами в США, Канаде и Великобритании.Мы эксперты по металлу и обеспечиваем качественное обслуживание клиентов и продукцию с 1985 года.

В Metal Supermarkets мы поставляем широкий ассортимент металлов для различных областей применения. В нашем ассортименте: нержавеющая сталь, легированная сталь, оцинкованная сталь, инструментальная сталь, алюминий, латунь, бронза и медь.

Наша горячекатаная и холоднокатаная сталь доступна в широком диапазоне форм, включая пруток, трубы, листы и пластины. Мы можем разрезать металл в точном соответствии с вашими требованиями.

Посетите одно из наших 80+ офисов в Северной Америке сегодня.

Термодинамика

– Почему большая теплопроводность обеспечивает меньший градиент температуры?

термодинамика – Почему большая теплопроводность обеспечивает меньший градиент температуры? – Обмен физическими стеками

Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange

0
+0
Авторизоваться Зарегистрироваться

Physics Stack Exchange – это сайт вопросов и ответов для активных исследователей, ученых и студентов-физиков.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил 8 лет, 6 мес назад

Просмотрено 12к раз

$ \ begingroup $

Сегодня я думал о законе Фурье в теплопередаче, и по какой-то причине я просто не понимаю отношений, которые он дает нам.Фурье говорит нам, что если скорость теплопередачи остается постоянной, то большая теплопроводность обеспечивает меньший градиент температуры.

Я не понимаю физическую причину этого или просто неправильно понимаю определение теплопроводности.

Я подумал, что, поскольку теплопроводность – это легкость передачи тепла через материал, высокая теплопроводность будет означать, что тепло легко передается, поэтому одна сторона материала имеет большую температуру, чем другая, и создается большой температурный градиент.На самом деле это на самом деле противоположность

Qmechanic ♦

151k2828 золотых знаков361361 серебряный знак17861786 бронзовых знаков

Создан 17 янв.

Грег ХаррингтонГрег Харрингтон

1,15844 золотых знака2424 серебряных знака4141 бронзовый знак

$ \ endgroup $ $ \ begingroup $

Это точный аналог электрического сопротивления.Переход с низким сопротивлением имеет небольшую разницу напряжений, высокое сопротивление означает, что вы получаете высокую разность потенциалов для того же тока

Создан 17 янв.

Мартин БеккетМартин Беккет

30.1k55 золотых знаков6363 серебряных знака9292 бронзовых знака

$ \ endgroup $ 1 $ \ begingroup $

Подумайте об этом так: в разгар холодной зимы, когда вы хотите сохранить большой градиент между внешним миром и внутренней частью вашего дома, вы бы выбрали для стен материал с высокой или низкой теплопроводностью?

Создан 17 янв. 2] $ определяется через градиент температуры и коэффициент теплопроводности $ \ lambda $ следующим образом: $$ Q = \ lambda \ cdot (T_2-T_1) / L.$$ Если вы сохраните разность температур постоянной, с увеличением $ \ lambda $ увеличивается поток. Это возможно, если две жидкости с высокими скоростями разделены твердым теплопроводным слоем.

Если вы сохраняете постоянный магнитный поток, то для его обеспечения нет необходимости в большой разнице температур, потому что высокая проводимость снижает термостойкость материала. Термостойкость пропорциональна $ 1 / \ lambda $. Такая ситуация возможна, когда источник тепла заданной мощности охлаждается извне.Чем выше проводимость его изолятора, тем холоднее находится источник по отношению к внешней температуре.

Создан 17 янв.

$ \ endgroup $ $ \ begingroup $

Давайте посмотрим на закон Фурье:

$$ \ vec q = -k \ nabla T $$

Итак, исходя из базового анализа размеров, предполагая, что мы знаем тепловой поток и расстояние, на котором возникает градиент, если теплопроводность большая, то разница температур должна быть небольшой.

Создан 17 янв.

пользователь18764

55633 серебряных знака66 бронзовых знаков

$ \ endgroup $ 0 $ \ begingroup $

Flux = -k * dT / dx, теперь измените это на dT / dx = Flux / -k.Сделайте соединение, чтобы это равнялось крутизне распределения температуры. У нас есть Flux / -k = наклон линии. Из этого соотношения мы можем видеть, что увеличение k уменьшает наклон линии. БОЛЬШОЙ НАКЛОН * маленький к похож на БОЛЬШОЙ К * маленький уклон … поняли ???

ответ дан 9 мар ’16 в 12:45

Майк К.Майк К.

3655 бронзовых знаков

$ \ endgroup $ Высокоактивный вопрос .Заработайте 10 репутации (не считая бонуса ассоциации), чтобы ответить на этот вопрос. Требование репутации помогает защитить этот вопрос от спама и отсутствия ответов. Physics Stack Exchange лучше всего работает с включенным JavaScript

Ваша конфиденциальность

Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в отношении файлов cookie.