Таблица теплоизоляционных материалов теплопроводность: Страница не найдена – Remoo.RU

Содержание

Коэффициент теплопроводности материала. Теплопроводность строительных материалов: таблица

Процесс передачи энергии от более нагретой части тела к менее нагретой называется теплопроводностью. Числовое значение такого процесса отражает коэффициент теплопроводности материала. Это понятие является очень важным при строительстве и ремонте зданий. Правильно подобранные материалы позволяют создать в помещении благоприятный микроклимат и сэкономить на отоплении существенную сумму.

Понятие теплопроводности

Теплопроводность – процесс обмена тепловой энергией, который происходит за счет столкновения мельчайших частиц тела. Причем этот процесс не прекратится, пока не наступит момент равновесия температур. На это уходит определенный промежуток времени. Чем больше времени затрачивается на тепловой обмен, тем ниже показатель теплопроводности.

Данный показатель выражают как коэффициент теплопроводности материалов. Таблица содержит уже измеренные значения для большинства материалов. Расчет производится по количеству тепловой энергии, прошедшей сквозь заданную площадь поверхности материала. Чем больше вычисленное значение, тем быстрее объект отдаст все свое тепло.

Факторы, влияющие на теплопроводность

Коэффициент теплопроводности материала зависит от нескольких факторов:

  • Плотность материала. При повышении данного показателя взаимодействие частиц материала становится прочнее. Соответственно, они будут передавать температуру быстрее. А это значит, что с повышением плотности материала улучшается передача тепла.
  • Пористость вещества. Пористые материалы являются неоднородными по своей структуре. Внутри них находится большое количество воздуха. А это значит, что молекулам и другим частицами будет сложно перемещать тепловую энергию. Соответственно, коэффициент теплопроводности повышается.
  • Влажность также оказывает влияние на теплопроводность. Мокрые поверхности материала пропускают большее количество тепла. В некоторых таблицах даже указывается расчетный коэффициент теплопроводности материала в трех состояниях: сухом, среднем (обычном) и влажном.

Выбирая материал для утепления помещений, важно учитывать также условия, в которых он будет эксплуатироваться.

Понятие теплопроводности на практике

Теплопроводность учитывается на этапе проектирования здания. При этом берется во внимание способность материалов удерживать тепло. Благодаря их правильному подбору жильцам внутри помещения всегда будет комфортно. Во время эксплуатации будут существенно экономиться денежные средства на отопление.

Утепление на стадии проектирования является оптимальным, но не единственным решением. Не составляет трудности утеплить уже готовое здание путем проведения внутренних или наружных работ. Толщина слоя изоляции будет зависеть от выбранных материалов. Отдельные из них (к примеру, дерево, пенобетон) могут в некоторых случаях использоваться без дополнительного слоя термоизоляции. Главное, чтобы их толщина превышала 50 сантиметров.

Особенное внимание следует уделить утеплению кровли, оконных и дверных проемов, пола. Сквозь эти элементы уходит больше всего тепла. Зрительно это можно увидеть на фотографии в начале статьи.

Конструкционные материалы и их показатели

Для строительства зданий используют материалы с низким коэффициентом теплопроводности. Наиболее популярными являются:

  • Бетон. Его теплопроводность находится в пределах 1,29-1,52Вт/м*К. Точное значение зависит от консистенции раствора. На этот показатель также влияет плотность исходного материала, которая составляет 500-2500 кг/м3. Используют данный материал в виде раствора для фундаментов, в виде блоков – для возведения стен и фундамента.
  • Железобетон, значение теплопроводности которого составляет 1,68Вт/м*К. Плотность материала достигает 2400-2500 кг/м3.
  • Древесина, издревле использующаяся как строительный материал. Ее плотность и теплопроводность в зависимости от породы составляют 150-2100 кг/м3 и 0,2-0,23Вт/м*К соответственно.

Еще один популярный строительный материал – кирпич. В зависимости от состава он обладает следующими показателями:

  • саманный (изготовленный из глины): 0,1-0,4 Вт/м*К;
  • керамический (изготовленный методом обжига): 0,35-0,81 Вт/м*К;
  • силикатный (из песка с добавлением извести): 0,82-0,88 Вт/м*К.

Материалы из бетона с добавлением пористых заполнителей

Коэффициент теплопроводности материала позволяет использовать последний для постройки гаражей, сараев, летних домиков, бань и других сооружений. В данную группу можно отнести:

  • Пенобетон. Производится с добавлением пенообразующих веществ, за счет которых характеризуется пористой структурой с плотностью 500-1000 кг/м3. При этом способность передавать тепло определяется значением 0,1-0,37Вт/м*К.
  • Керамзитобетон, показатели которого зависят от его вида. Полнотелые блоки не имеют пустот и отверстий. С пустотами внутри изготавливают пустотелые блоки, которые менее прочные, нежели первый вариант. Во втором случае теплопроводность будет ниже. Если рассматривать общие цифры, то плотность керамзитобетона составляет 500-1800кг/м3. Его показатель находится в интервале 0,14-0,65Вт/м*К.
  • Газобетон, внутри которого образуются поры размером 1-3 миллиметра. Такая структура определяет плотность материала (300-800кг/м3). За счет этого коэффициент достигает 0,1-0,3 Вт/м*К.

Показатели теплоизоляционных материалов

Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов, наиболее популярных в наше время:

  • пенопласт, который обладает плотностью 15-50кг/м3, при теплопроводности – 0,031-0,033Вт/м*К;
  • пенополистирол, плотность которого такая же, как и у предыдущего материала. Но при этом коэффициент передачи тепла находится на уровне 0,029-0,036Вт/м*К;
  • стекловата. Характеризуется коэффициентом, равным 0,038-0,045Вт/м*К;

Таблица показателей

Для удобства работы коэффициент теплопроводности материала принято заносить в таблицу. В ней кроме самого коэффициента могут быть отражены такие показатели как степень влажности, плотность и другие. Материалы с высоким коэффициент теплопроводности сочетаются в таблице с показателями низкой теплопроводности. Образец данной таблицы приведен ниже:

Использование коэффициента теплопроводности материала позволит возвести желаемую постройку. Главное: выбрать продукт, отвечающий всем необходимым требованиями. Тогда здание получится комфортным для проживания; в нем будет сохраняться благоприятный микроклимат.

Правильно подобранный изоляционный материал снизит потери тепла, по причине чего больше не нужно будет «отапливать улицу». Благодаря этому финансовые затраты на отопление существенно снизятся. Такая экономия позволит в скором времени вернуть все деньги, которые будут затрачены на приобретение теплоизолятора.

Основные принципы выбора теплоизоляционных материалов при высоких температурах эксплуатации

Е.Н. Дёмин (ООО “СпецОгнеупорКомплект”, г. Екатеринбург)

Апрель 2010 года

Для сохранения тепловой энергии в рабочем пространстве тепловых высокотемпературных агрегатов и предотвращения ее перетекания в окружающую среду, необходимы специальные материалы, которые называются высокотемпературными теплоизоляционными материалами. Потери тепловой энергии в ходе высокотемпературных процессов, зачастую превышают ее теоретическую потребность в несколько раз.

За рубежом, в частности в Германии и Франции, для высокотемпературной теплоизоляции основное развитие получили микропористые материалы на основе алюминатов и силикатов кальция, изготовленные гидротермальным способом [1]. Наряду с наилучшими на сегодняшний день теплоизолирующими свойствами, эти изделия имеют существенный недостаток – повышенную гидратацию на воздухе. Кроме этого, технология получения данных материалов достаточно сложна и энергоемка.

Для решения проблемы по обеспечению потребителей жесткими теплоизоляционными материалами, работающими при температурах выше 1000°С, российскими производителями был сделан выбор в пользу картона и плит из керамического волокна, изготовленного по двум различным технологиям. Состав, применяемых для этих целей керамических волокон, близок к муллитовому. Так называемая «сухая технология» изготовления жестких изделий из керамических волокон применяется на Сухоложском огнеупорном заводе, а все остальные предприятия изготавливают плиты и картон по «мокрой технологии». Разница между материалами, изготовленными по этим двум технологиям, не так существенна и каждый из отмеченных способов имеет свои плюсы и минусы.

Известно, что материалы на основе муллита обладают наименьшей собственной теплопроводностью по сравнению с другими огнеупорными соединениями (рис. 1).

Высокотемпературные теплоизоляционные материалы представляют собой, как правило, гетерогенную многофазную поликристаллическую высокопористую огнеупорную керамику. Доля пор по объему превышает 50%, а во многих случаях находится в пределах 70-90%. Теплоизолирующий эффект зависит не только от объема пор, но и от их структуры и от распределения по крупности.

В процессе теплопередачи поток тепла идет всегда от более нагретых поверхностей к менее нагретым. Количество переданного тепла пропорционально разности температур (tl – t2), поверхности F, которой или от которой передается тепло, и времени j, в течение которого совершается теплопередача:

Q = K(tl – t2)Ft

Где К – коэффициент теплопередачи.

Коэффициент теплопередачи зависит от многих факторов и главным образом от вида или способа теплопередачи. Тепло может передаваться тремя способами – посредством теплопроводности, излучением и конвекцией.

В гетерогенных пористых теплоизоляционных материалах процессы передачи тепла протекают как в твердой, так и в газовой фазах.

Теплопроводность в газах происходит в результате процессов соударения молекул между собой. Большинство технических газов имеют примерно одинаковую теплопроводность, которая значительно меньше, чем у твердых веществ. При этом теплопроводность газов повышается с ростом температуры.

У многих высокотемпературных теплоизоляционных материалов газы находятся в порах сравнительно небольшого объема. При этом характерно, что теплопроводность газов скачкообразно снижается, если размер пор становится меньше длины свободного пробега газовых молекул (при комнатной температуре это около 50 нм, а при 1200° С – около 400 нм) [2]. На рисунке 2 виден этот важный эффект, который позволяет понять особую роль микропор в теплофизических процессах.

В твердом теле от места нагрева через кристаллическую решетку проходит волновой фронт, состоящий из множества отдельных движений. Это связано с тем, что трехмерно соединенные модули решетки колеблются в соответствии с их долей энергии, т.е. с их температурой, относительно своих мест в решетке. Квантом энергии, соответствующим теплопроводности является фонон.

Фононная проводимость является преобладающим механизмом передачи тепла в беспористых керамических материалах, из которых состоит твердый каркас высокотемпературных теплоизоляционных материалов. Перенос фононов и соответственно теплопроводность зависят от структуры твердых веществ.

Теплопроводность вещества одинакового химического состава, но находящегося в кристаллическом или аморфном состоянии различна – у кристаллического вещества теплопроводность выше, чем у аморфного.

Теплопроводность снижается при каждом нарушении систематичности кристаллической решетки, например, при более низком порядке симметрии кристаллической решетки, при дефектах строения решетки, в местах внедрения посторонних ионов, на группах молекул в кристаллической решетке, на границах зерен, в аморфных участках, в микротрещинах и порах.

Теплопроводность по мере перехода от монокристалла к поликристаллу, к многофазному твердому веществу и далее к пористому твердому веществу снижается на один-два порядка [3].

Всякое тело, нагретое до температуры отличной от абсолютного нуля, посылает в пространство тепловые лучи, представляющие собой электромагнитные колебания, которые отличаются от световых только длиной волны.

Тепловые лучи имеют длину волны от 0,76 до 40 мкм. Законы, установленные для видимых световых потоков лучистой энергии, справедливы и для тепловых.

При повышенных температурах, внутренняя теплопередача излучением играет в высокотемпературных теплоизоляционных материалах решающую роль. Для передачи тепла внутри пор справедливо следующее уравнение:

Qg = 4ydoT3,

где у – коэффициент формы, d – диаметр пор.

Данное уравнение показывает существенное влияние формы и размера пор на внутреннюю теплопередачу излучением.

Передача тепла конвекцией, как одна из составляющих внутреннего переноса тепла в высокотемпературных теплоизоляционных материалах обычно исключается, так как разность температур в порах обычно слишком мала для возникновения течения. В указанных материалах, внутренняя передача тепла происходит теплопроводностью и теплоизлучением, которая может быть охарактеризована суммарной эффективной теплопроводностью – gэфф.

Особый интерес представляет зависимость эффективной теплопроводности от величины пористости. Эта зависимость имеет некоторый минимум эффективной теплопроводности. С повышением температуры этот минимум сдвигается в сторону меньших значений пористости, что позволяет сделать следующий практический вывод. Для теплоизоляционных материалов для конкретной температуры эксплуатации имеется некоторая оптимальная пористость и кажущаяся плотность, при которой достигается наибольший эффект подавления передачи тепла. Эта оптимальная пористость снижается с 98% при комнатной температуре до 80% при температуре 1000°С [4,5].

Для оценки высокотемпературных теплоизоляционных материалов решающее значение имеет зависимость их эффективной теплопроводности от температуры. Общую зависимость можно выразить следующей формулой:

gэфф = А*1/Т+В*П Т+С Т3

Первое слагаемое описывает теплопроводность беспористой кристаллической фазы, причем величина А зависит от материала. Второе слагаемое выражает теплопроводность в газонаполненных порах и в беспористой некристаллической фазе. Коэффициент В тоже зависит от природы материала. Третье слагаемое характеризует долю передачи тепла излучением, которая при высоких температурах в порах весьма существенна. Коэффициент С описывается следующей формулой:

C~dae

Где d – диаметр пор, с – константа излучения, e – степень черноты [1,5]

Отсюда можно сделать вывод, что доля теплопередачи излучением при одинаковой температуре для пор меньшего диаметра будет наименьшей. При одной и той же исходной пористости теплоизоляционный материал с меньшей средней пористостью будет показывать меньшее повышение эффективной теплопроводности с повышением температуры.

Это подчеркивает большое значение частотного распределения пор по крупности в высокотемпературных теплоизоляционных материалах и дает ориентировку на применение пор наименьших размеров.

С целью определения эффективности теплоизоляционных материалов используемых при высоких температурах нами были проведены исследования теплоизоляционных изделий выпускаемых российскими производителями, которые пользуются повышенным спросом у потребителей, а также образцы материалов микропористой структуры, полученных гидротермальным способом на основе силиката кальция.

Для испытаний были взяты три вида алюмосиликатной теплоизоляции, примерно с одинаковой кажущейся плотностью и примерно одного химического и минералогического состава:

– ультралегковес марки ШЛ-0,5 с у – 0,48 г/см3

– картон марки МКРКЛ-450 с у – 0,45 г/см3

– плита из керамического волокна с у – 0,49 г/см3

в качестве микропористого материала был исследован – синтетический силикат кальция с плотностью 0, 26 г/см3

Для комплексной материаловедческой характеристики материалов были выполнены определения минерального состава петрографическим и рентгенофазовым методами, истинной и кажущейся плотности, теплопроводности при 600, 1000 и 1200°С, размеры макро- и микропор и открытой пористости. Распределение пор по размерам (рис. 3) выполнено микроскопическим методом на образцах, в которых поры были предварительно пропитаны упрочняющим импрегнатом. (Исследования проведены доктором геолого-минералогических наук, профессором В.

А. Перепелицыным).

Рис.3 Распределение пор по диаметру

Таблица 1. Характеристика теплоизоляционных материалов

Показатель 
Ультралегковес 

ШЛ-0,5
Картон   

МКРКЛ-450
Плита 

керамово-
локнистая
Силикат 

кальция
Кажущаяся плотность, г/см3  0,48 0,45  0,49 0,24
Температура применения в службе, °С  1300 1150 1400  1250
Коэффициент теплопроводности, Вт/мК: 
При комнатной температуре 0,18  0,07 0,13 0.08
При 300°С 0,22 0,09 0,13  0,09
600°С  0,26 0,14 0,14  0,10
1000°С 0,29 0,21 0,16  0,14
1200°С 0,36 0,29 0,24 0,18

На основании полученных результатов, при температурах выше 600°С, то есть при температурах, когда начинается свечение материала в оптическом диапазоне, очевидно преимущество теплоизоляционных материалов имеющих поры размером менее 10 мкм.

Следует заметить, что при равных показателях по механическим свойствам, образцы из синтетического силиката кальция почти в два раза легче своих испытуемых аналогов.

Преобладание в керамоволокнистых изделиях более тонкого волокна, соответственно влечет за собой увеличение удельной поверхности и повышение дефектности кристаллической решетки. За счет рекристаллизации, при температуре выше 900°С, происходит разрушение стекловолокна с образованием микротрещин и микропор. В случае сохранения волокна в таком состоянии, без значительного увеличения дополнительной усадки, возможно применение таких изделий и при более высокой температуре.

Умение создавать необходимую структуру в теплоизоляционных материалах и управлять ею, позволяет эффективно использовать каждый вид теплоизоляции в определенных условиях. Бесспорно, что при температурах до 400оС наиболее эффективными окажутся те материалы, которые имеют наименьшую кажущуюся плотность. А в случае преобладания передачи тепла излучением, то есть при температурах выше 600оС, наилучшими теплоизоляционными свойствами будут обладать материалы с максимальным содержанием пор менее 10 мкм. Таким образом, самыми эффективными окажутся комбинированные материалы, в которых будет правильно подобрана структура по всему объему материала.

Керамическое волокно и изделия на его основе оптимально сочетают в себе низкую массу, незначительную аккумуляцию тепла, высокие теплоизоляционные свойства и самое главное – абсолютную термостойкость.

Микропористые материалы на основе алюминатов и силикатов кальция, изготовленные гидротермальным способом, кроме вышеперечисленных качеств имеют одно важное преимущество перед керамоволокнистыми материалами – это экологичность. Считаю, что те потребители, которые сталкивались с проблемами, возникающими при монтаже керамоволокнистых материалов, иногда отказываются от их применения только по этой причине.

Учитывая высокий спрос на изделия из легких микропористых материалов, нашими специалистами разработана технология изготовления данных изделий гидротермальным способом полностью из отечественных компонентов; получены и испытаны промышленные образцы и, в настоящее время, идут работы по освоению производства микропористого силиката кальция в промышленных объемах.

Библиографический список:

1. Стрелов К.К.; Кащеев И.Д. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. Издание 2-е – М.: Металлургия, 1996-607с.

2. Охотин А.С., Боровикова Р.П. и др. Теплопроводность твердых тел: Справочник (Под ред. Охотина А.С. – М.:Энергоатомиздат, 1984-320с.)

3. Займан Дж. Электроны и фононы. Теория является переноса в твердых телах – М.- Л., 1962-418с.

4. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. – М.: Мир, 1974 – 486с.

5. Гладков С.О. Физика пористых структур – М.: Наука, 1997 – 175с.

6. Демин Е.Н.; Андреев В.П. Эффективность теплоизоляционных материалов при высоких температурах. – “Новые огнеупоры”, № 6 2004

Теплопроводность строительных материалов. Теплопроводность основных строительных материалов Коэффициент теплопередачи строительных материалов таблица

Строительство частного дома – очень непростой процесс от начала и до конца. Одним из основных вопросов данного процесса является выбор строительного сырья. Этот выбор должен быть очень грамотным и обдуманным, ведь от него зависит большая часть жизни в новом доме. Особняком в этом выборе стоит такое понятие, как теплопроводность материалов. От неё будет зависеть, насколько в доме будет тепло и комфортно.

Теплопроводность – это способность физических тел (и веществ, из которых они изготовлены) передавать тепловую энергию. Объясняя более простым языком, это перенос энергии от тёплого места к холодному. У некоторых веществ такой перенос будет происходить быстро (например, у большинства металлов), а у некоторых, наоборот – очень медленно (резина).

Если говорить ещё более понятно, то в некоторых случаях, материалы, имея толщину в несколько метров, будут проводить тепло гораздо лучше, чем другие материалы, с толщиной в несколько десятков сантиметров. Например, несколько сантиметров гипсокартона смогут заменить внушительную стену из кирпича.

Основываясь на этих знаниях, можно предположить, что наиболее правильным будет выбор материалов с низкими значениями этой величины , чтобы дом быстро не остывал. Для наглядности, обозначим процентное соотношение потерь тепла в разных участках дома:

От чего зависит теплопроводность?

Значения данной величины могут зависеть от нескольких факторов . Например, коэффициент теплопроводности, о котором мы поговорим отдельно, влажность строительного сырья, плотность и так далее.

  • Материалы, имеющие высокие показатели плотности, имеют, в свою очередь, и высокую способность к теплоотдаче, за счёт плотного скопления молекул внутри вещества. Пористые материалы, наоборот, будут нагреваться и остывать медленнее.
  • На теплопередачу оказывает влияние и влажность материалов. Если материалы промокнут, то их теплоотдача возрастёт.
  • Также, сильно влияет на этот показатель структура материала. Например, дерево с поперечными и продольными волокнами будет иметь разные значения теплопроводности.
  • Показатель изменяется и при изменениях таких параметров, как давление и температура. С ростом температуры он увеличивается, а с ростом давления, наоборот – уменьшается.

Коэффициент теплопроводности

Для количественной оценки такого параметра, используются специальные коэффициенты теплопроводности , строго задекларированные в СНИП. Например, коэффициент теплопроводности бетона равен 0,15-1,75 ВТ/(м*С) в зависимости от типа бетона. Где С – градусы Цельсия. На данный момент расчёт коэффициентов есть практически для всех существующих типов строительного сырья, применяющихся при строительстве. Коэффициенты теплопроводности строительных материалов очень важны в любых архитектурно-строительных работах.

Для удобного подбора материалов и их сравнения, используются специальные таблицы коэффициентов теплопроводности, разработанные по нормам СНИП(строительные нормы и правила). Теплопроводность строительных материалов , таблица на которых будет приведена ниже, очень важна при строительстве любых объектов.

  • Древесные материалы. Для некоторых материалов параметры будут приведены как вдоль волокон(Индекс 1, так и поперёк – индекс 2)
  • Различные типы бетона.
  • Различные виды строительного и декоративного кирпича.

Расчёт толщины утеплителя

Из вышеприведённых таблиц мы видим, насколько могут отличаться коэффициенты проводимости тепла у разных материалов. Для расчёта теплосопротивления будущей стены, существует нехитрая формула , которая связывает толщину утеплителя и коэффициент его теплопроводности.

R = p / k , где R -показатель теплосопротивления, p -толщина слоя, k – коэффициент.

Из этой формулы несложно выделить и формулу расчёта толщины слоя утеплителя для требуемого теплосопротивления. P = R * k . Значение теплосопротивление разное для каждого региона. Для этих значений тоже существует специальная таблица, где их и можно посмотреть при расчёте толщины утеплителя.

Теперь приведём примеры некоторых наиболее популярных утеплителей и их технических характеристик.

Последние годы при строительстве дома или его ремонте большое внимание уделяется энергоэффективности. При уже существующих ценах на топливо это очень актуально. Причем похоже что дальше экономия будет приобретать все большую важность. Чтобы правильно подобрать состав и толщин материалов в пироге ограждающих конструкций (стены, пол, потолок, кровля) необходимо знать теплопроводность строительных материалов. Эта характеристика указывается на упаковках с материалами, а необходима она еще на стадии проектирования. Ведь надо решить из какого материала строить стены, чем их утеплять, какой толщины должен быть каждый слой.

Что такое теплопроводность и термическое сопротивление

При выборе строительных материалов для строительства необходимо обращать внимание на характеристики материалов. Одна из ключевых позиций — теплопроводность. Она отображается коэффициентом теплопроводности. Это количество тепла, которое может провести тот или иной материал за единицу времени. То есть, чем меньше этот коэффициент, тем хуже материал проводит тепло. И наоборот, чем выше цифра, тем тепло отводится лучше.

Материалы с низкой теплопроводностью используются для утепления, с высокой — для переноса или отвода тепла. Например, радиаторы делают из алюминия, меди или стали, так как они хорошо передают тепло, то есть имеют высокий коэффициент теплопроводности. Для утепления используются материалы с низким коэффициентом теплопроводности — они лучше сохраняют тепло. В случае если объект состоит из нескольких слоев материала, его теплопроводность определяется как сумма коэффициентов всех материалов. При расчетах, рассчитывается теплопроводность каждой из составляющих «пирога», найденные величины суммируются. В общем получаем теплоизоляцонную способность ограждающей конструкции (стен, пола, потолка).

Есть еще такое понятие как тепловое сопротивление. Оно отображает способность материала препятствовать прохождению по нему тепла. То есть, это обратная величина по отношению к теплопроводности. И, если вы видите материал с высоким тепловым сопротивлением, его можно использовать для теплоизоляции. Примером теплоизоляционных материалов может случить популярная минеральная или базальтовая вата, пенопласт и т.д. Материалы с низким тепловых сопротивлением нужны для отведения или переноса тепла. Например, алюминиевые или стальные радиаторы используют для отопления, так как они хорошо отдают тепло.

Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

Чтобы в доме было проще сохранять тепло зимой и прохладу летом, теплопроводность стен, пола и кровли должна быть не менее определенной цифры, которая рассчитывается для каждого региона. Состав «пирога» стен, пола и потолка, толщина материалов берутся с таким учетом чтобы суммарная цифра была не меньше (а лучше — хоть немного больше) рекомендованной для вашего региона.

При выборе материалов надо учесть, что некоторые из них (не все) в условиях повышенной влажности проводят тепло гораздо лучше. Если при эксплуатации возможно возникновение такой ситуации на продолжительный срок, в расчетах используют теплопроводность для этого состояния. Коэффициенты теплопроводности основных материалов, которые используются для утепления, приведены в таблице.

Наименование материала Коэффициент теплопроводности Вт/(м·°C)
В сухом состоянии При нормальной влажности При повышенной влажности
Войлок шерстяной 0,036-0,041 0,038-0,044 0,044-0,050
Каменная минеральная вата 25-50 кг/м3 0,036 0,042 0,045
Каменная минеральная вата 40-60 кг/м3 0,035 0,041 0,044
Каменная минеральная вата 80-125 кг/м3 0,036 0,042 0,045
Каменная минеральная вата 140-175 кг/м3 0,037 0,043 0,0456
Каменная минеральная вата 180 кг/м3 0,038 0,045 0,048
Стекловата 15 кг/м3 0,046 0,049 0,055
Стекловата 17 кг/м3 0,044 0,047 0,053
Стекловата 20 кг/м3 0,04 0,043 0,048
Стекловата 30 кг/м3 0,04 0,042 0,046
Стекловата 35 кг/м3 0,039 0,041 0,046
Стекловата 45 кг/м3 0,039 0,041 0,045
Стекловата 60 кг/м3 0,038 0,040 0,045
Стекловата 75 кг/м3 0,04 0,042 0,047
Стекловата 85 кг/м3 0,044 0,046 0,050
Пенополистирол (пенопласт, ППС) 0,036-0,041 0,038-0,044 0,044-0,050
Экструдированный пенополистирол (ЭППС, XPS) 0,029 0,030 0,031
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 600 кг/м3 0,14 0,22 0,26
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 400 кг/м3 0,11 0,14 0,15
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 600 кг/м3 0,15 0,28 0,34
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 400 кг/м3 0,13 0,22 0,28
Пеностекло, крошка, 100 – 150 кг/м3 0,043-0,06
Пеностекло, крошка, 151 – 200 кг/м3 0,06-0,063
Пеностекло, крошка, 201 – 250 кг/м3 0,066-0,073
Пеностекло, крошка, 251 – 400 кг/м3 0,085-0,1
Пеноблок 100 – 120 кг/м3 0,043-0,045
Пеноблок 121- 170 кг/м3 0,05-0,062
Пеноблок 171 – 220 кг/м3 0,057-0,063
Пеноблок 221 – 270 кг/м3 0,073
Эковата 0,037-0,042
Пенополиуретан (ППУ) 40 кг/м3 0,029 0,031 0,05
Пенополиуретан (ППУ) 60 кг/м3 0,035 0,036 0,041
Пенополиуретан (ППУ) 80 кг/м3 0,041 0,042 0,04
Пенополиэтилен сшитый 0,031-0,038
Вакуум 0
Воздух +27°C. 1 атм 0,026
Ксенон 0,0057
Аргон 0,0177
Аэрогель (Aspen aerogels) 0,014-0,021
Шлаковата 0,05
Вермикулит 0,064-0,074
Вспененный каучук 0,033
Пробка листы 220 кг/м3 0,035
Пробка листы 260 кг/м3 0,05
Базальтовые маты, холсты 0,03-0,04
Пакля 0,05
Перлит, 200 кг/м3 0,05
Перлит вспученный, 100 кг/м3 0,06
Плиты льняные изоляционные, 250 кг/м3 0,054
Полистиролбетон, 150-500 кг/м3 0,052-0,145
Пробка гранулированная, 45 кг/м3 0,038
Пробка минеральная на битумной основе, 270-350 кг/м3 0,076-0,096
Пробковое покрытие для пола, 540 кг/м3 0,078
Пробка техническая, 50 кг/м3 0,037

Часть информации взята нормативов, которые прописывают характеристики определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП 50. 13330.2012, СНиП II-3-79* (приложение 2)). Те материал, которые не прописаны в стандартах, найдены на сайтах производителей. Так как стандартов нет, у разных производителей они могут значительно отличаться, потому при покупке обращайте внимание на характеристики каждого покупаемого материала.

Таблица теплопроводности строительных материалов

Стены, перекрытия, пол, делать можно из разных материалов, но так повелось, что теплопроводность строительных материалов обычно сравнивают с кирпичной кладкой. Этот материал знаю все, с ним проще проводить ассоциации. Наиболее популярны диаграммы, на которых наглядно продемонстрирована разница между различными материалами. Одна такая картинка есть в предыдущем пункте, вторая — сравнение кирпичной стены и стены из бревен — приведена ниже. Именно потому для стен из кирпича и другого материала с высокой теплопроводностью выбирают теплоизоляционные материалы. Чтобы было проще подбирать, теплопроводность основных строительных материалов сведена в таблицу.

Название материала, плотность Коэффициент теплопроводности
в сухом состоянии при нормальной влажности при повышенной влажности
ЦПР (цементно-песчаный раствор) 0,58 0,76 0,93
Известково-песчаный раствор 0,47 0,7 0,81
Гипсовая штукатурка 0,25
Пенобетон, газобетон на цементе, 600 кг/м3 0,14 0,22 0,26
Пенобетон, газобетон на цементе, 800 кг/м3 0,21 0,33 0,37
Пенобетон, газобетон на цементе, 1000 кг/м3 0,29 0,38 0,43
Пенобетон, газобетон на извести, 600 кг/м3 0,15 0,28 0,34
Пенобетон, газобетон на извести, 800 кг/м3 0,23 0,39 0,45
Пенобетон, газобетон на извести, 1000 кг/м3 0,31 0,48 0,55
Оконное стекло 0,76
Арболит 0,07-0,17
Бетон с природным щебнем, 2400 кг/м3 1,51
Легкий бетон с природной пемзой, 500-1200 кг/м3 0,15-0,44
Бетон на гранулированных шлаках, 1200-1800 кг/м3 0,35-0,58
Бетон на котельном шлаке, 1400 кг/м3 0,56
Бетон на каменном щебне, 2200-2500 кг/м3 0,9-1,5
Бетон на топливном шлаке, 1000-1800 кг/м3 0,3-0,7
Керамическийй блок поризованный 0,2
Вермикулитобетон, 300-800 кг/м3 0,08-0,21
Керамзитобетон, 500 кг/м3 0,14
Керамзитобетон, 600 кг/м3 0,16
Керамзитобетон, 800 кг/м3 0,21
Керамзитобетон, 1000 кг/м3 0,27
Керамзитобетон, 1200 кг/м3 0,36
Керамзитобетон, 1400 кг/м3 0,47
Керамзитобетон, 1600 кг/м3 0,58
Керамзитобетон, 1800 кг/м3 0,66
ладка из керамического полнотелого кирпича на ЦПР 0,56 0,7 0,81
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1000 кг/м3) 0,35 0,47 0,52
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1300 кг/м3) 0,41 0,52 0,58
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1400 кг/м3) 0,47 0,58 0,64
Кладка из полнотелого силикатного кирпича на ЦПР, 1000 кг/м3) 0,7 0,76 0,87
Кладка из пустотелого силикатного кирпича на ЦПР, 11 пустот 0,64 0,7 0,81
Кладка из пустотелого силикатного кирпича на ЦПР, 14 пустот 0,52 0,64 0,76
Известняк 1400 кг/м3 0,49 0,56 0,58
Известняк 1+600 кг/м3 0,58 0,73 0,81
Известняк 1800 кг/м3 0,7 0,93 1,05
Известняк 2000 кг/м3 0,93 1,16 1,28
Песок строительный, 1600 кг/м3 0,35
Гранит 3,49
Мрамор 2,91
Керамзит, гравий, 250 кг/м3 0,1 0,11 0,12
Керамзит, гравий, 300 кг/м3 0,108 0,12 0,13
Керамзит, гравий, 350 кг/м3 0,115-0,12 0,125 0,14
Керамзит, гравий, 400 кг/м3 0,12 0,13 0,145
Керамзит, гравий, 450 кг/м3 0,13 0,14 0,155
Керамзит, гравий, 500 кг/м3 0,14 0,15 0,165
Керамзит, гравий, 600 кг/м3 0,14 0,17 0,19
Керамзит, гравий, 800 кг/м3 0,18
Гипсовые плиты, 1100 кг/м3 0,35 0,50 0,56
Гипсовые плиты, 1350 кг/м3 0,23 0,35 0,41
Глина, 1600-2900 кг/м3 0,7-0,9
Глина огнеупорная, 1800 кг/м3 1,4
Керамзит, 200-800 кг/м3 0,1-0,18
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией, 800-1200 кг/м3 0,23-0,41
Керамзитобетон, 500-1800 кг/м3 0,16-0,66
Керамзитобетон на перлитовом песке, 800-1000 кг/м3 0,22-0,28
Кирпич клинкерный, 1800 – 2000 кг/м3 0,8-0,16
Кирпич облицовочный керамический, 1800 кг/м3 0,93
Бутовая кладка средней плотности, 2000 кг/м3 1,35
Листы гипсокартона, 800 кг/м3 0,15 0,19 0,21
Листы гипсокартона, 1050 кг/м3 0,15 0,34 0,36
Фанера клеенная 0,12 0,15 0,18
ДВП, ДСП, 200 кг/м3 0,06 0,07 0,08
ДВП, ДСП, 400 кг/м3 0,08 0,11 0,13
ДВП, ДСП, 600 кг/м3 0,11 0,13 0,16
ДВП, ДСП, 800 кг/м3 0,13 0,19 0,23
ДВП, ДСП, 1000 кг/м3 0,15 0,23 0,29
Линолеум ПВХ на теплоизолирующей основе, 1600 кг/м3 0,33
Линолеум ПВХ на теплоизолирующей основе, 1800 кг/м3 0,38
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1400 кг/м3 0,2 0,29 0,29
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1600 кг/м3 0,29 0,35 0,35
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1800 кг/м3 0,35
Листы асбоцементные плоские, 1600-1800 кг/м3 0,23-0,35
Ковровое покрытие, 630 кг/м3 0,2
Поликарбонат (листы), 1200 кг/м3 0,16
Полистиролбетон, 200-500 кг/м3 0,075-0,085
Ракушечник, 1000-1800 кг/м3 0,27-0,63
Стеклопластик, 1800 кг/м3 0,23
Черепица бетонная, 2100 кг/м3 1,1
Черепица керамическая, 1900 кг/м3 0,85
Черепица ПВХ, 2000 кг/м3 0,85
Известковая штукатурка, 1600 кг/м3 0,7
Штукатурка цементно-песчаная, 1800 кг/м3 1,2

Древесина — один из строительных материалов с относительно невысокой теплопроводностью. В таблице даны ориентировочные данные по разным породам. При покупке обязательно смотрите плотность и коэффициент теплопроводности. Далеко не у всех они такие, как прописаны в нормативных документах.

Наименование Коэффициент теплопроводности
В сухом состоянии При нормальной влажности При повышенной влажности
Сосна, ель поперек волокон 0,09 0,14 0,18
Сосна, ель вдоль волокон 0,18 0,29 0,35
Дуб вдоль волокон 0,23 0,35 0,41
Дуб поперек волокон 0,10 0,18 0,23
Пробковое дерево 0,035
Береза 0,15
Кедр 0,095
Каучук натуральный 0,18
Клен 0,19
Липа (15% влажности) 0,15
Лиственница 0,13
Опилки 0,07-0,093
Пакля 0,05
Паркет дубовый 0,42
Паркет штучный 0,23
Паркет щитовой 0,17
Пихта 0,1-0,26
Тополь 0,17

Металлы очень хорошо проводят тепло. Именно они часто являются мостиком холода в конструкции. И это тоже надо учитывать, исключать прямой контакт используя теплоизолирующие прослойки и прокладки, которые называются термическим разрывом. Теплопроводность металлов сведена в другую таблицу.

Название Коэффициент теплопроводности Название Коэффициент теплопроводности
Бронза 22-105 Алюминий 202-236
Медь 282-390 Латунь 97-111
Серебро 429 Железо 92
Олово 67 Сталь 47
Золото 318

Как рассчитать толщину стен

Для того чтобы зимой в доме было тепло, а летом прохладно, необходимо чтобы ограждающие конструкции (стены, пол, потолок/кровля) должны иметь определенное тепловое сопротивление. Для каждого региона эта величина своя. Зависит она от средних температур и влажности в конкретной области.

Термическое сопротивление ограждающих
конструкций для регионов России

Для того чтобы счета за отопление не были слишком большими, подбирать строительные материалы и их толщину надо так, чтобы их суммарное тепловое сопротивление было не меньше указанного в таблице.

Расчет толщины стены, толщины утеплителя, отделочных слоев

Для современного строительства характерна ситуация, когда стена имеет несколько слоев. Кроме несущей конструкции есть утепление, отделочные материалы. Каждый из слоев имеет свою толщину. Как определить толщину утеплителя? Расчет несложен. Исходят из формулы:

R — термическое сопротивление;

p — толщина слоя в метрах;

k — коэффициент теплопроводности.

Предварительно надо определиться с материалами, которые вы будете использовать при строительстве. Причем, надо знать точно, какого вида будет материал стен, утепление, отделка и т. д. Ведь каждый из них вносит свою лепту в теплоизоляцию, и теплопроводность строительных материалов учитывается в расчете.

Сначала считается термическое сопротивление конструкционного материала (из которого будет строится стена, перекрытие и т.д.), затем «по остаточному» принципу подбирается толщина выбранного утеплителя. Можно еще принять в расчет теплоизоляционных характеристики отделочных материалов, но обычно они идут «плюсом» к основным. Так закладывается определенный запас «на всякий случай». Этот запас позволяет экономить на отоплении, что впоследствии положительно сказывается на бюджете.

Пример расчета толщины утеплителя

Разберем на примере. Собираемся строить стену из кирпича — в полтора кирпича, утеплять будем минеральной ватой. По таблице тепловое сопротивление стен для региона должно быть не меньше 3,5. Расчет для этой ситуации приведен ниже.


Если бюджет ограничен, минеральной ваты можно взять 10 см, а недостающее покроется отделочными материалами. Они ведь будут изнутри и снаружи. Но, если хотите, чтобы счета за отопление были минимальными, лучше отделку пускать «плюсом» к расчетной величине. Это ваш запас на время самых низких температур, так как нормы теплового сопротивления для ограждающих конструкций считаются по средней температуре за несколько лет, а зимы бывают аномально холодными. Потому теплопроводность строительных материалов, используемых для отделки просто не принимают во внимание.

Строительство любого дома, будь то коттедж или скромный дачный домик, должно начинаться с разработки проекта. На этом этапе закладывается не только архитектурный облик будущего строения, но и его конструктивные и теплотехнические характеристики.

Основной задачей на этапе проекта будет не только разработка прочных и долговечных конструктивных решений, способных поддерживать наиболее комфортный микроклимат с минимальными затратами. Помочь определиться с выбором может сравнительная таблица теплопроводности материалов.

Понятие теплопроводности

В общих чертах процесс теплопроводности характеризуется передачей тепловой энергии от более нагретых частиц твердого тела к менее нагретым. Процесс будет идти до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие. Другими словами, пока не сравняются температуры.

Применительно к ограждающим конструкциям дома (стены, пол, потолок, крыша) процесс теплопередачи будет определяться временем, в течение которого температура внутри помещения сравняется с температурой окружающей среды.

Чем более продолжителен по времени будет этот процесс, тем помещение будет более комфортным по ощущениям и экономичным по эксплуатационным расходам.

Численно процесс переноса тепла характеризуется коэффициентом теплопроводности. Физический смысл коэффициента показывает, какое количество тепла за единицу времени проходит через единицу поверхности. Т.е. чем выше значение этого показателя, тем лучше проводится тепло, значит, тем быстрее будет происходить процесс теплообмена.

Соответственно, на этапе проектных работ необходимо спроектировать конструкции, теплопроводность которых должна иметь по возможности наименьшее значение.

Вернуться к оглавлению

Факторы, влияющие на величину теплопроводности

Теплопроводность материалов, используемых в строительстве, зависит от их параметров:

  1. Пористость – наличие пор в структуре материала нарушает его однородность. При прохождении теплового потока часть энергии передается через объем, занятый порами и заполненный воздухом. Принято за отсчетную точку принимать теплопроводность сухого воздуха (0,02 Вт/(м*°С)). Соответственно, чем больший объем будет занят воздушными порами, тем меньше будет теплопроводность материала.
  2. Структура пор – малый размер пор и их замкнутый характер способствуют снижению скорости теплового потока. В случае использования материалов с крупными сообщающимися порами в дополнение к теплопроводности в процессе переноса тепла будут участвовать процессы передачи тепла конвекцией.
  3. Плотность – при больших значениях частицы более тесно взаимодействуют друг с другом и в большей степени способствуют передаче тепловой энергии. В общем случае значения теплопроводности материала в зависимости от его плотности определяются либо на основе справочных данных, либо эмпирически.
  4. Влажность – значение теплопроводности для воды составляет (0,6 Вт/(м*°С)). При намокании стеновых конструкций или утеплителя происходит вытеснение сухого воздуха из пор и замещение его каплями жидкости или насыщенным влажным воздухом. Теплопроводность в этом случае значительно увеличится.
  5. Влияние температуры на теплопроводность материала отражается через формулу:

λ=λо*(1+b*t), (1)

где, λо – коэффициент теплопроводности при температуре 0 °С, Вт/м*°С;

b – справочная величина температурного коэффициента;

t – температура.

Вернуться к оглавлению

Практическое применение значения теплопроводности строительных материалов

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

Упрощенная формула, определяющая толщину слоя, будет иметь вид:

где, H – толщина слоя, м;

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

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

Данная формула применительно к стене или перекрытию имеет следующие допущения:

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

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

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

Вернуться к оглавлению

Теплопроводность материалов: параметры

Принято условное разделение материалов, применяемых в строительстве, на конструкционные и теплоизоляционные.

Конструкционные материалы применяются для возведения ограждающих конструкций (стен, перегородок, перекрытий). Они отличаются большими значениями теплопроводности.

Значения коэффициентов теплопроводности сведены в таблицу 1:

Таблица 1

Подставляя в формулу (2) данные, взятые из нормативной документации, и данные из Таблицы 1, можно получить требуемую толщину стен для конкретного климатического района.

При выполнении стен только из конструкционных материалов без использования теплоизоляции их необходимая толщина (в случае использования железобетона) может достигать нескольких метров. Конструкция в этом случае получится непомерно большой и громоздкой.

Допускают возведение стен без использования дополнительного утепления, пожалуй, только пенобетон и дерево. И даже в этом случае толщина стены достигает полуметра.

Теплоизоляционные материалы имеют достаточно малые величины значения коэффициента теплопроводности.

Основной их диапазон лежит в пределах от 0,03 до 0,07 Вт/(м*°С). Наиболее распространенные материалы – это экструдированный пенополистирол, минеральная вата, пенопласт, стекловата, утепляющие материалы на основе пенополиуретана. Их использование позволяет значительно снизить толщину ограждающих конструкций.

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

Теплопроводность материалов влияет на толщину стен

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

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

Что оказывает влияние на показатель теплопроводности?

Теплопроводность определяется такими факторами:

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

Использование значений коэффициента теплопроводности на практике

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

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

Показатели теплопроводности для готовых построек. Виды утеплений

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

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

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

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

В качестве утеплителей применяются следующие виды:

  • минеральная вата устойчива к огню и экологична. К важным характеристикам относится низкая теплопроводность;
  • пенопласт – это легкий материал с хорошими утеплительными свойствами. Он легко устанавливается и обладает влагоустойчивостью. Рекомендуется для применения в нежилых строениях;
  • базальтовая вата в отличие от минеральной отличается лучшими показателями стойкости к влаге;
  • пеноплэкс устойчив к влажности, повышенным температурам и огню. Имеет прекрасные показатели теплопроводности, прост в монтаже и долговечен;
  • пенополиуретан известен такими качествами, как негорючесть, хорошие водоотталкивающие свойства и высокая пожаростойкость;
  • экструдированный пенополистирол при производстве проходит дополнительную обработку. Обладает равномерной структурой;
  • пенофол представляет из себя многослойный утепляющий пласт. В составе присутствует вспененный полиэтилен. Поверхность пластины покрывается фольгой для обеспечения отражения.

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

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

Таблица теплопроводности строительных материалов: особенности показателей

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

Как использовать таблицу теплопроводности материалов и утеплителей?

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

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

Значения коэффициентов теплопередачи материалов в таблице

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

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

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

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

Теплопроводность строительных материалов (видео)

Возможно Вам также будет интересно:

Как сделать отопление в частном доме из полипропиленовых труб своими руками Гидрострелка: назначение, принцип работы, расчеты Схема отопления с принудительной циркуляцией двухэтажного дома – решение проблемы с теплом

Теплопроводность – способность материала передавать тепло от одной своей части к другой в силу теплового движения молекул. Передача тепла в материале осуществляется кондукцией (путем контакта частиц материала), конвекцией (движением воздуха или другого газа в порах материала) и лучеиспусканием.

Теплопроводность зависит от средней плотности материала, его структуры, пористости, влажности и средней температуры слоя материала. С увеличением средней плотности материала, теплопроводность возрастает. Чем выше пористость, т.е. меньше средняя плотность материала, тем ниже теплопроводность. С увеличением влажности материала теплопроводность резко возрастает, при этом понижаются его теплоизоляционные свойства. Поэтому все теплоизоляционные материалы в теплоизоляционной конструкции защищают от попадания влаги покровным слоем – пароизоляция.

Сравнительные данные строительных материалов с одинаковой теплопроводностью

Коэффициент теплопроводности материалов

Материал

Коэффициент теплопроводности, Вт/м*К

Алебастровые плиты 0,47
Асбест (шифер) 0,35
Асбест волокнистый 0,15
Асбестоцемент 1,76
Асбоцементные плиты 0,35
Бетон термоизоляционный 0,18
Битум 0,47
Бумага 0,14
Вата минеральная легкая 0,045
Вата минеральная тяжелая 0,055
Вата хлопковая 0,055
Вермикулитовые листы 0,1
Войлок шерстяной 0,045
Гипс строительный 0,35
Глинозем 2,33
Гравий (наполнитель) 0,93
Гранит, базальт 3,5
Грунт 10% воды 1,75
Грунт 20% воды 2,1
Грунт песчаный 1,16
Грунт сухой 0,4
Грунт утрамбованный 1,05
Гудрон 0,3
Древесина – доски 0,15
Древесина – фанера 0,15
Древесина твердых пород 0,2
Древесно-стружечная плита ДСП 0,2
Зола древесная 0,15
Ипорка (вспененная смола) 0,038
Камень 1,4
Картон строительный многослойный 0,13
Каучук вспененный 0,03
Каучук натуральный 0,042
Каучук фторированный 0,055
Керамзитобетон 0,2
Кирпич кремнеземный 0,15
Кирпич пустотелый 0,44
Кирпич силикатный 0,81
Кирпич сплошной 0,67
Кирпич шлаковый 0,58
Кремнезистые плиты 0,07
Опилки – засыпка 0,095
Опилки древесные сухие 0,065
ПВХ 0,19
Пенобетон 0,3
Пенопласт 0,037
Пенополистирол ПС-Б 0,04
Пенополиуретановые листы 0,035
Пенополиуретановые панели 0,025
Пеностекло легкое 0,06
Пеностекло тяжелое 0,08
Пергамин 0,17
Перлит 0,05
Перлито-цементные плиты 0,08
Песок
0% влажности 0,33
10% влажности 0,97
20% влажности 1,33
Песчаник обожженный 1,5
Плитка облицовочная 105
Плитка термоизоляционная 0,036
Полистирол 0,082
Поролон 0,04
Пробковая плита 0,043
Пробковые листы легкие 0,035
Пробковые листы тяжелые 0,05
Резина 0,15
Рубероид 0,17
Сосна обыкновенная, ель, пихта (450. ..550 кг/куб.м, 15% влажности) 0,15
Сосна смолистая (600…750 кг/куб.м, 15% влажности) 0,23
Стекло 1,15
Стекловата 0,05
Стекловолокно 0,036
Стеклотекстолит 0,3
Толь бумажный 0,23
Цементные плиты 1,92
Цемент-песок раствор 1,2
Чугун 56
Шлак гранулированный 0,15
Шлак котельный 0,29
Шлакобетон 0,6
Штукатурка сухая 0,21
Штукатурка цементная 0,9
Эбонит 0,16
Эбонит вспученный 0,03
Липа, береза, клен, дуб (15% влажности) 0,15

Свойства теплоизоляционных материалов – Энциклопедия по машиностроению XXL

Основные свойства теплоизоляционных материалов для температур ниже 900° С  [c.405]
Таблица 8.65. Свойства теплоизоляционных материалов и изделий [14]

Методы экспериментального определения теплофизических свойств теплоизоляционных материалов. … 306  [c.295]

МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ  [c.306]

Методы определения свойств теплоизоляционных материалов  [c.307]

Таблица 8.61. Свойства теплоизоляционных материалов и изделий
Методы экспериментального определения теплофизических свойств теплоизоляционных материалов. … 306 5-3-1. Коэффициент теплопроводности (306). 5-3-2. Коэффициент температуропроводности (311). 5-3-3. Теплоемкость (313). 5-3-4. Комплексные методы (314).  [c.295]

Определение теплофизических свойств теплоизоляционных материалов и конструкций  [c.414]

СВОЙСТВА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 1. Удельный вес  [c.7]

Свойства теплоизоляционных материалов  [c.8]

Из сказанного следует, что свойства теплоизоляционных материалов должны отвечать ряду технических требований обусловленных характером изолируемого объекта, условиями монтажа и службы изоляции.  [c.24]

Ниже рассматриваются основные свойства теплоизоляционных материалов и конструкций, методы их определения и применяемая для этого аппаратура. Техника и порядок испытаний для установления отдельных показателей, а также применяемые простейшие приборы подробно описаны в главе 8.  [c.24]

Т./ БЛИЦА XXV.9. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ  [c.681]

Коэффициент теплопроводности зависит от многих факторов, в частности от структуры, пористости, влажности и температуры материала. Влияние этих факторов на теплопроводность подробно будет рассмотрено при описании основных свойств теплоизоляционных материалов.  [c.8]

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ  [c.16]

К основным свойствам теплоизоляционных материалов и изделий относятся теплопроводность, удельный и объемный вес, пористость, плотность, прочность, влажность и т. д. Эти свойства во многом определяют качество теплоизоляционных материалов.  [c.16]

Почему ухудшаются свойства теплоизоляционных материалов (изделий) при их увлажнении  [c.24]

Теплоизоляционные материалы по-разно му действуют на организм человека. Знание изолировщиками свойств теплоизоляционных материалов и правильное с ними обращение значительно снижают случаи травматизма.  [c.237]


ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ  [c.5]

Внедрение в теплоизоляционную промышленность кремнийорганических соединений является актуальной задачей. Кремнийорганические соединения значительно улучшают теплофизические свойства теплоизоляционных материалов и расширяют область их применения. Особое значение приобретают кремнийорганические соединения для тепловой изоляции холодильников, рефрижераторов, тепловых сетей и строительных ограждений, где гидрофобность и температуроустойчивость являются одними из важнейших требований, предъявляемых к конструкции тепловой изоляции.  [c.120]

Коэффициент теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов имеет значения в пределах 0,023— 2,9 Вт/(м-К) и возрастает с увеличением температуры (рис. 14.9). Строительные и изоляционные материалы, как правило, представляют собой пористые, волокнистые или зернистые материалы, сухие или насыщенные влагой, т. е. являются такими телами, которые принято называть гетерогенными. Для таких тел в обычном определении коэффициент теплопроводности неприменим, так как X для этих тел зависит не только от свойств материала, составляющего основу — скелет , но и от пористости и влажности. Для гетерогенных тел применяется понятие эффективного коэффициента теплопроводности.  [c.206]

Для таких материалов X зависит не только от свойств материала, но и от степени его уплотненности, что в свою очередь характеризуется плотностью. Кроме того, на теплопроводность указанных материалов большое влияние оказывает влажность, с увеличением которой теплопроводность возрастает. Для влажного материала X выше, чем для сухого материала и воды, взятых в отдельности. Например, для сухого кирпича X— = 0,35 Вт/(м-К), для воды =0,58 Вт/(м-К), а для влажного кирпича Я=1,05 Вт/(м-К). Это объясняется тем, что адсорбированная в капиллярно-пористых телах вода отличается по физическим свойствам от свободной воды. Поэтому по отношению к таким материалам правильнее величину X называть эффективной теплопроводностью. Теплопроводность теплоизоляционных материалов находится в пределах 0,02—3 Вт/(м-К)-  [c.264]

Еще лучшими свойствами обладают вакуумно-многослойные и вакуумно-по-рошковые теплоизоляционные материалы. Перенос теплоты теплопроводностью через поры в таких теплоизоляторах уменьшается путем создания глубокого вакуума, а для уменьшения переноса теплоты излучением служит либо порошок, либо ряд слоев фольги с малой степенью черноты, выполняющих роль экранов. Вакуумно-многослойная теплоизоляция сосудов для хранения сжиженных газов имеет эффективный коэффициент теплопроводности Хэф  [c.102]

Минеральная вата -теплоизоляционный материал, состоящий из тончайших гибких стекловидных волокон. Теплоизоляционные свойства минеральной ваты определяются воздушными порами (90% от общего объема материала), заключенными между волокнами. В настоящее время является самым распространенным теплоизоляционным материалом. Ее применяют для тепловой изоляции энергетического оборудования, строительных конструкций, холодильных установок. Из нее изготовляют маты, плиты (на битумной связке, битумно-глиняной связке), прошивные маты с обкладкой металлической сеткой, стсклохолстом, картоном, бумагой, жгуты, оплстсккыс проволокой, асбестовой или стеклянной нитью. Приь1еняются для набивки или засыпки между двойными стенками оборудования, изолируемыми поверхностями и кожухами. Предельная температура применения минеральной ваты  [c.142]

Материалы с X сплошную среду. Коэффициент теплопроводности пористых материалов — величина условная и характеризует перенос теплоты как теплопроводностью, так конвекцией и излучением через заполненные газом поры. Он уменьшается при увеличении объемной плотности материала, что объясняется низким значением коэффициента теплопроводности заполняющего поры воздуха [1 = 0,02 Вт/(м К)1. Однако увеличение размеров пор может привести к ухудшению теплоизоляционных свойств материала из-за появления конвективных токов. Коэффициент теплопроводности пористых материалов повышается с температурой, а также с увеличением их влажности.  [c.163]


Для уменьшения тепловых потерь исследовались теплоизоляционные материалы для трубопроводов минеральная вата, обладающая малой плотностью и высокими теплоизоляционными свойствами битумизированные изделия, которые кроме указанных свойств минеральной ваты обладали еще одним немало-  [c.95]

ZrBj), силицидов, сульфидов. Технология получения такой керамики состоит в спекании порошкообразного сырья.” Новая керамика возникла в связи с требованиями реактивной авиации и ракетостроения, для которых необходимы высокопрочные термоустойчивые конструкционные и теплоизоляционные материалы, и с требованиями атомной промышленности, где необходимы особые ядерные свойства (захват, рассеяние или поглощение нейтронов, противостояние радиоактивному облучению), высокая огнеупорность, термостойкость и коррозионная стойкость.  [c.357]


Коэффициент теплопроводности фанера клееная. Теплопроводность и коэффициент теплопроводности

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 , и различных . Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами – .

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

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.

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

Строительство частного дома – очень непростой процесс от начала и до конца. Одним из основных вопросов данного процесса является выбор строительного сырья. Этот выбор должен быть очень грамотным и обдуманным, ведь от него зависит большая часть жизни в новом доме. Особняком в этом выборе стоит такое понятие, как теплопроводность материалов. От неё будет зависеть, насколько в доме будет тепло и комфортно.

Теплопроводность – это способность физических тел (и веществ, из которых они изготовлены) передавать тепловую энергию. Объясняя более простым языком, это перенос энергии от тёплого места к холодному. У некоторых веществ такой перенос будет происходить быстро (например, у большинства металлов), а у некоторых, наоборот – очень медленно (резина).

Если говорить ещё более понятно, то в некоторых случаях, материалы, имея толщину в несколько метров, будут проводить тепло гораздо лучше, чем другие материалы, с толщиной в несколько десятков сантиметров. Например, несколько сантиметров гипсокартона смогут заменить внушительную стену из кирпича.

Основываясь на этих знаниях, можно предположить, что наиболее правильным будет выбор материалов с низкими значениями этой величины , чтобы дом быстро не остывал. Для наглядности, обозначим процентное соотношение потерь тепла в разных участках дома:

От чего зависит теплопроводность?

Значения данной величины могут зависеть от нескольких факторов . Например, коэффициент теплопроводности, о котором мы поговорим отдельно, влажность строительного сырья, плотность и так далее.

  • Материалы, имеющие высокие показатели плотности, имеют, в свою очередь, и высокую способность к теплоотдаче, за счёт плотного скопления молекул внутри вещества. Пористые материалы, наоборот, будут нагреваться и остывать медленнее.
  • На теплопередачу оказывает влияние и влажность материалов. Если материалы промокнут, то их теплоотдача возрастёт.
  • Также, сильно влияет на этот показатель структура материала. Например, дерево с поперечными и продольными волокнами будет иметь разные значения теплопроводности.
  • Показатель изменяется и при изменениях таких параметров, как давление и температура. С ростом температуры он увеличивается, а с ростом давления, наоборот – уменьшается.

Коэффициент теплопроводности

Для количественной оценки такого параметра, используются специальные коэффициенты теплопроводности , строго задекларированные в СНИП. Например, коэффициент теплопроводности бетона равен 0,15-1,75 ВТ/(м*С) в зависимости от типа бетона. Где С – градусы Цельсия. На данный момент расчёт коэффициентов есть практически для всех существующих типов строительного сырья, применяющихся при строительстве. Коэффициенты теплопроводности строительных материалов очень важны в любых архитектурно-строительных работах.

Для удобного подбора материалов и их сравнения, используются специальные таблицы коэффициентов теплопроводности, разработанные по нормам СНИП(строительные нормы и правила). Теплопроводность строительных материалов , таблица на которых будет приведена ниже, очень важна при строительстве любых объектов.

  • Древесные материалы. Для некоторых материалов параметры будут приведены как вдоль волокон(Индекс 1, так и поперёк – индекс 2)
  • Различные типы бетона.
  • Различные виды строительного и декоративного кирпича.

Расчёт толщины утеплителя

Из вышеприведённых таблиц мы видим, насколько могут отличаться коэффициенты проводимости тепла у разных материалов. Для расчёта теплосопротивления будущей стены, существует нехитрая формула , которая связывает толщину утеплителя и коэффициент его теплопроводности.

R = p / k , где R -показатель теплосопротивления, p -толщина слоя, k – коэффициент.

Из этой формулы несложно выделить и формулу расчёта толщины слоя утеплителя для требуемого теплосопротивления. P = R * k . Значение теплосопротивление разное для каждого региона. Для этих значений тоже существует специальная таблица, где их и можно посмотреть при расчёте толщины утеплителя.

Теперь приведём примеры некоторых наиболее популярных утеплителей и их технических характеристик.

Последние годы при строительстве дома или его ремонте большое внимание уделяется энергоэффективности. При уже существующих ценах на топливо это очень актуально. Причем похоже что дальше экономия будет приобретать все большую важность. Чтобы правильно подобрать состав и толщин материалов в пироге ограждающих конструкций (стены, пол, потолок, кровля) необходимо знать теплопроводность строительных материалов. Эта характеристика указывается на упаковках с материалами, а необходима она еще на стадии проектирования. Ведь надо решить из какого материала строить стены, чем их утеплять, какой толщины должен быть каждый слой.

Что такое теплопроводность и термическое сопротивление

При выборе строительных материалов для строительства необходимо обращать внимание на характеристики материалов. Одна из ключевых позиций — теплопроводность. Она отображается коэффициентом теплопроводности. Это количество тепла, которое может провести тот или иной материал за единицу времени. То есть, чем меньше этот коэффициент, тем хуже материал проводит тепло. И наоборот, чем выше цифра, тем тепло отводится лучше.

Материалы с низкой теплопроводностью используются для утепления, с высокой — для переноса или отвода тепла. Например, радиаторы делают из алюминия, меди или стали, так как они хорошо передают тепло, то есть имеют высокий коэффициент теплопроводности. Для утепления используются материалы с низким коэффициентом теплопроводности — они лучше сохраняют тепло. В случае если объект состоит из нескольких слоев материала, его теплопроводность определяется как сумма коэффициентов всех материалов. При расчетах, рассчитывается теплопроводность каждой из составляющих «пирога», найденные величины суммируются. В общем получаем теплоизоляцонную способность ограждающей конструкции (стен, пола, потолка).

Есть еще такое понятие как тепловое сопротивление. Оно отображает способность материала препятствовать прохождению по нему тепла. То есть, это обратная величина по отношению к теплопроводности. И, если вы видите материал с высоким тепловым сопротивлением, его можно использовать для теплоизоляции. Примером теплоизоляционных материалов может случить популярная минеральная или базальтовая вата, пенопласт и т.д. Материалы с низким тепловых сопротивлением нужны для отведения или переноса тепла. Например, алюминиевые или стальные радиаторы используют для отопления, так как они хорошо отдают тепло.

Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

Чтобы в доме было проще сохранять тепло зимой и прохладу летом, теплопроводность стен, пола и кровли должна быть не менее определенной цифры, которая рассчитывается для каждого региона. Состав «пирога» стен, пола и потолка, толщина материалов берутся с таким учетом чтобы суммарная цифра была не меньше (а лучше — хоть немного больше) рекомендованной для вашего региона.

При выборе материалов надо учесть, что некоторые из них (не все) в условиях повышенной влажности проводят тепло гораздо лучше. Если при эксплуатации возможно возникновение такой ситуации на продолжительный срок, в расчетах используют теплопроводность для этого состояния. Коэффициенты теплопроводности основных материалов, которые используются для утепления, приведены в таблице.

Наименование материала Коэффициент теплопроводности Вт/(м·°C)
В сухом состоянии При нормальной влажности При повышенной влажности
Войлок шерстяной 0,036-0,041 0,038-0,044 0,044-0,050
Каменная минеральная вата 25-50 кг/м3 0,036 0,042 0,045
Каменная минеральная вата 40-60 кг/м3 0,035 0,041 0,044
Каменная минеральная вата 80-125 кг/м3 0,036 0,042 0,045
Каменная минеральная вата 140-175 кг/м3 0,037 0,043 0,0456
Каменная минеральная вата 180 кг/м3 0,038 0,045 0,048
Стекловата 15 кг/м3 0,046 0,049 0,055
Стекловата 17 кг/м3 0,044 0,047 0,053
Стекловата 20 кг/м3 0,04 0,043 0,048
Стекловата 30 кг/м3 0,04 0,042 0,046
Стекловата 35 кг/м3 0,039 0,041 0,046
Стекловата 45 кг/м3 0,039 0,041 0,045
Стекловата 60 кг/м3 0,038 0,040 0,045
Стекловата 75 кг/м3 0,04 0,042 0,047
Стекловата 85 кг/м3 0,044 0,046 0,050
Пенополистирол (пенопласт, ППС) 0,036-0,041 0,038-0,044 0,044-0,050
Экструдированный пенополистирол (ЭППС, XPS) 0,029 0,030 0,031
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 600 кг/м3 0,14 0,22 0,26
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 400 кг/м3 0,11 0,14 0,15
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 600 кг/м3 0,15 0,28 0,34
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 400 кг/м3 0,13 0,22 0,28
Пеностекло, крошка, 100 – 150 кг/м3 0,043-0,06
Пеностекло, крошка, 151 – 200 кг/м3 0,06-0,063
Пеностекло, крошка, 201 – 250 кг/м3 0,066-0,073
Пеностекло, крошка, 251 – 400 кг/м3 0,085-0,1
Пеноблок 100 – 120 кг/м3 0,043-0,045
Пеноблок 121- 170 кг/м3 0,05-0,062
Пеноблок 171 – 220 кг/м3 0,057-0,063
Пеноблок 221 – 270 кг/м3 0,073
Эковата 0,037-0,042
Пенополиуретан (ППУ) 40 кг/м3 0,029 0,031 0,05
Пенополиуретан (ППУ) 60 кг/м3 0,035 0,036 0,041
Пенополиуретан (ППУ) 80 кг/м3 0,041 0,042 0,04
Пенополиэтилен сшитый 0,031-0,038
Вакуум 0
Воздух +27°C. 1 атм 0,026
Ксенон 0,0057
Аргон 0,0177
Аэрогель (Aspen aerogels) 0,014-0,021
Шлаковата 0,05
Вермикулит 0,064-0,074
Вспененный каучук 0,033
Пробка листы 220 кг/м3 0,035
Пробка листы 260 кг/м3 0,05
Базальтовые маты, холсты 0,03-0,04
Пакля 0,05
Перлит, 200 кг/м3 0,05
Перлит вспученный, 100 кг/м3 0,06
Плиты льняные изоляционные, 250 кг/м3 0,054
Полистиролбетон, 150-500 кг/м3 0,052-0,145
Пробка гранулированная, 45 кг/м3 0,038
Пробка минеральная на битумной основе, 270-350 кг/м3 0,076-0,096
Пробковое покрытие для пола, 540 кг/м3 0,078
Пробка техническая, 50 кг/м3 0,037

Часть информации взята нормативов, которые прописывают характеристики определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП 50.13330.2012, СНиП II-3-79* (приложение 2)). Те материал, которые не прописаны в стандартах, найдены на сайтах производителей. Так как стандартов нет, у разных производителей они могут значительно отличаться, потому при покупке обращайте внимание на характеристики каждого покупаемого материала.

Таблица теплопроводности строительных материалов

Стены, перекрытия, пол, делать можно из разных материалов, но так повелось, что теплопроводность строительных материалов обычно сравнивают с кирпичной кладкой. Этот материал знаю все, с ним проще проводить ассоциации. Наиболее популярны диаграммы, на которых наглядно продемонстрирована разница между различными материалами. Одна такая картинка есть в предыдущем пункте, вторая — сравнение кирпичной стены и стены из бревен — приведена ниже. Именно потому для стен из кирпича и другого материала с высокой теплопроводностью выбирают теплоизоляционные материалы. Чтобы было проще подбирать, теплопроводность основных строительных материалов сведена в таблицу.

Название материала, плотность Коэффициент теплопроводности
в сухом состоянии при нормальной влажности при повышенной влажности
ЦПР (цементно-песчаный раствор) 0,58 0,76 0,93
Известково-песчаный раствор 0,47 0,7 0,81
Гипсовая штукатурка 0,25
Пенобетон, газобетон на цементе, 600 кг/м3 0,14 0,22 0,26
Пенобетон, газобетон на цементе, 800 кг/м3 0,21 0,33 0,37
Пенобетон, газобетон на цементе, 1000 кг/м3 0,29 0,38 0,43
Пенобетон, газобетон на извести, 600 кг/м3 0,15 0,28 0,34
Пенобетон, газобетон на извести, 800 кг/м3 0,23 0,39 0,45
Пенобетон, газобетон на извести, 1000 кг/м3 0,31 0,48 0,55
Оконное стекло 0,76
Арболит 0,07-0,17
Бетон с природным щебнем, 2400 кг/м3 1,51
Легкий бетон с природной пемзой, 500-1200 кг/м3 0,15-0,44
Бетон на гранулированных шлаках, 1200-1800 кг/м3 0,35-0,58
Бетон на котельном шлаке, 1400 кг/м3 0,56
Бетон на каменном щебне, 2200-2500 кг/м3 0,9-1,5
Бетон на топливном шлаке, 1000-1800 кг/м3 0,3-0,7
Керамическийй блок поризованный 0,2
Вермикулитобетон, 300-800 кг/м3 0,08-0,21
Керамзитобетон, 500 кг/м3 0,14
Керамзитобетон, 600 кг/м3 0,16
Керамзитобетон, 800 кг/м3 0,21
Керамзитобетон, 1000 кг/м3 0,27
Керамзитобетон, 1200 кг/м3 0,36
Керамзитобетон, 1400 кг/м3 0,47
Керамзитобетон, 1600 кг/м3 0,58
Керамзитобетон, 1800 кг/м3 0,66
ладка из керамического полнотелого кирпича на ЦПР 0,56 0,7 0,81
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1000 кг/м3) 0,35 0,47 0,52
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1300 кг/м3) 0,41 0,52 0,58
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1400 кг/м3) 0,47 0,58 0,64
Кладка из полнотелого силикатного кирпича на ЦПР, 1000 кг/м3) 0,7 0,76 0,87
Кладка из пустотелого силикатного кирпича на ЦПР, 11 пустот 0,64 0,7 0,81
Кладка из пустотелого силикатного кирпича на ЦПР, 14 пустот 0,52 0,64 0,76
Известняк 1400 кг/м3 0,49 0,56 0,58
Известняк 1+600 кг/м3 0,58 0,73 0,81
Известняк 1800 кг/м3 0,7 0,93 1,05
Известняк 2000 кг/м3 0,93 1,16 1,28
Песок строительный, 1600 кг/м3 0,35
Гранит 3,49
Мрамор 2,91
Керамзит, гравий, 250 кг/м3 0,1 0,11 0,12
Керамзит, гравий, 300 кг/м3 0,108 0,12 0,13
Керамзит, гравий, 350 кг/м3 0,115-0,12 0,125 0,14
Керамзит, гравий, 400 кг/м3 0,12 0,13 0,145
Керамзит, гравий, 450 кг/м3 0,13 0,14 0,155
Керамзит, гравий, 500 кг/м3 0,14 0,15 0,165
Керамзит, гравий, 600 кг/м3 0,14 0,17 0,19
Керамзит, гравий, 800 кг/м3 0,18
Гипсовые плиты, 1100 кг/м3 0,35 0,50 0,56
Гипсовые плиты, 1350 кг/м3 0,23 0,35 0,41
Глина, 1600-2900 кг/м3 0,7-0,9
Глина огнеупорная, 1800 кг/м3 1,4
Керамзит, 200-800 кг/м3 0,1-0,18
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией, 800-1200 кг/м3 0,23-0,41
Керамзитобетон, 500-1800 кг/м3 0,16-0,66
Керамзитобетон на перлитовом песке, 800-1000 кг/м3 0,22-0,28
Кирпич клинкерный, 1800 – 2000 кг/м3 0,8-0,16
Кирпич облицовочный керамический, 1800 кг/м3 0,93
Бутовая кладка средней плотности, 2000 кг/м3 1,35
Листы гипсокартона, 800 кг/м3 0,15 0,19 0,21
Листы гипсокартона, 1050 кг/м3 0,15 0,34 0,36
Фанера клеенная 0,12 0,15 0,18
ДВП, ДСП, 200 кг/м3 0,06 0,07 0,08
ДВП, ДСП, 400 кг/м3 0,08 0,11 0,13
ДВП, ДСП, 600 кг/м3 0,11 0,13 0,16
ДВП, ДСП, 800 кг/м3 0,13 0,19 0,23
ДВП, ДСП, 1000 кг/м3 0,15 0,23 0,29
Линолеум ПВХ на теплоизолирующей основе, 1600 кг/м3 0,33
Линолеум ПВХ на теплоизолирующей основе, 1800 кг/м3 0,38
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1400 кг/м3 0,2 0,29 0,29
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1600 кг/м3 0,29 0,35 0,35
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1800 кг/м3 0,35
Листы асбоцементные плоские, 1600-1800 кг/м3 0,23-0,35
Ковровое покрытие, 630 кг/м3 0,2
Поликарбонат (листы), 1200 кг/м3 0,16
Полистиролбетон, 200-500 кг/м3 0,075-0,085
Ракушечник, 1000-1800 кг/м3 0,27-0,63
Стеклопластик, 1800 кг/м3 0,23
Черепица бетонная, 2100 кг/м3 1,1
Черепица керамическая, 1900 кг/м3 0,85
Черепица ПВХ, 2000 кг/м3 0,85
Известковая штукатурка, 1600 кг/м3 0,7
Штукатурка цементно-песчаная, 1800 кг/м3 1,2

Древесина — один из строительных материалов с относительно невысокой теплопроводностью. В таблице даны ориентировочные данные по разным породам. При покупке обязательно смотрите плотность и коэффициент теплопроводности. Далеко не у всех они такие, как прописаны в нормативных документах.

Наименование Коэффициент теплопроводности
В сухом состоянии При нормальной влажности При повышенной влажности
Сосна, ель поперек волокон 0,09 0,14 0,18
Сосна, ель вдоль волокон 0,18 0,29 0,35
Дуб вдоль волокон 0,23 0,35 0,41
Дуб поперек волокон 0,10 0,18 0,23
Пробковое дерево 0,035
Береза 0,15
Кедр 0,095
Каучук натуральный 0,18
Клен 0,19
Липа (15% влажности) 0,15
Лиственница 0,13
Опилки 0,07-0,093
Пакля 0,05
Паркет дубовый 0,42
Паркет штучный 0,23
Паркет щитовой 0,17
Пихта 0,1-0,26
Тополь 0,17

Металлы очень хорошо проводят тепло. Именно они часто являются мостиком холода в конструкции. И это тоже надо учитывать, исключать прямой контакт используя теплоизолирующие прослойки и прокладки, которые называются термическим разрывом. Теплопроводность металлов сведена в другую таблицу.

Название Коэффициент теплопроводности Название Коэффициент теплопроводности
Бронза 22-105 Алюминий 202-236
Медь 282-390 Латунь 97-111
Серебро 429 Железо 92
Олово 67 Сталь 47
Золото 318

Как рассчитать толщину стен

Для того чтобы зимой в доме было тепло, а летом прохладно, необходимо чтобы ограждающие конструкции (стены, пол, потолок/кровля) должны иметь определенное тепловое сопротивление. Для каждого региона эта величина своя. Зависит она от средних температур и влажности в конкретной области.

Термическое сопротивление ограждающих
конструкций для регионов России

Для того чтобы счета за отопление не были слишком большими, подбирать строительные материалы и их толщину надо так, чтобы их суммарное тепловое сопротивление было не меньше указанного в таблице.

Расчет толщины стены, толщины утеплителя, отделочных слоев

Для современного строительства характерна ситуация, когда стена имеет несколько слоев. Кроме несущей конструкции есть утепление, отделочные материалы. Каждый из слоев имеет свою толщину. Как определить толщину утеплителя? Расчет несложен. Исходят из формулы:

R — термическое сопротивление;

p — толщина слоя в метрах;

k — коэффициент теплопроводности.

Предварительно надо определиться с материалами, которые вы будете использовать при строительстве. Причем, надо знать точно, какого вида будет материал стен, утепление, отделка и т.д. Ведь каждый из них вносит свою лепту в теплоизоляцию, и теплопроводность строительных материалов учитывается в расчете.

Сначала считается термическое сопротивление конструкционного материала (из которого будет строится стена, перекрытие и т.д.), затем «по остаточному» принципу подбирается толщина выбранного утеплителя. Можно еще принять в расчет теплоизоляционных характеристики отделочных материалов, но обычно они идут «плюсом» к основным. Так закладывается определенный запас «на всякий случай». Этот запас позволяет экономить на отоплении, что впоследствии положительно сказывается на бюджете.

Пример расчета толщины утеплителя

Разберем на примере. Собираемся строить стену из кирпича — в полтора кирпича, утеплять будем минеральной ватой. По таблице тепловое сопротивление стен для региона должно быть не меньше 3,5. Расчет для этой ситуации приведен ниже.


Если бюджет ограничен, минеральной ваты можно взять 10 см, а недостающее покроется отделочными материалами. Они ведь будут изнутри и снаружи. Но, если хотите, чтобы счета за отопление были минимальными, лучше отделку пускать «плюсом» к расчетной величине. Это ваш запас на время самых низких температур, так как нормы теплового сопротивления для ограждающих конструкций считаются по средней температуре за несколько лет, а зимы бывают аномально холодными. Потому теплопроводность строительных материалов, используемых для отделки просто не принимают во внимание.

Строительство любого дома, будь то коттедж или скромный дачный домик, должно начинаться с разработки проекта. На этом этапе закладывается не только архитектурный облик будущего строения, но и его конструктивные и теплотехнические характеристики.

Основной задачей на этапе проекта будет не только разработка прочных и долговечных конструктивных решений, способных поддерживать наиболее комфортный микроклимат с минимальными затратами. Помочь определиться с выбором может сравнительная таблица теплопроводности материалов.

Понятие теплопроводности

В общих чертах процесс теплопроводности характеризуется передачей тепловой энергии от более нагретых частиц твердого тела к менее нагретым. Процесс будет идти до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие. Другими словами, пока не сравняются температуры.

Применительно к ограждающим конструкциям дома (стены, пол, потолок, крыша) процесс теплопередачи будет определяться временем, в течение которого температура внутри помещения сравняется с температурой окружающей среды.

Чем более продолжителен по времени будет этот процесс, тем помещение будет более комфортным по ощущениям и экономичным по эксплуатационным расходам.

Численно процесс переноса тепла характеризуется коэффициентом теплопроводности. Физический смысл коэффициента показывает, какое количество тепла за единицу времени проходит через единицу поверхности. Т.е. чем выше значение этого показателя, тем лучше проводится тепло, значит, тем быстрее будет происходить процесс теплообмена.

Соответственно, на этапе проектных работ необходимо спроектировать конструкции, теплопроводность которых должна иметь по возможности наименьшее значение.

Вернуться к оглавлению

Факторы, влияющие на величину теплопроводности

Теплопроводность материалов, используемых в строительстве, зависит от их параметров:

  1. Пористость – наличие пор в структуре материала нарушает его однородность. При прохождении теплового потока часть энергии передается через объем, занятый порами и заполненный воздухом. Принято за отсчетную точку принимать теплопроводность сухого воздуха (0,02 Вт/(м*°С)). Соответственно, чем больший объем будет занят воздушными порами, тем меньше будет теплопроводность материала.
  2. Структура пор – малый размер пор и их замкнутый характер способствуют снижению скорости теплового потока. В случае использования материалов с крупными сообщающимися порами в дополнение к теплопроводности в процессе переноса тепла будут участвовать процессы передачи тепла конвекцией.
  3. Плотность – при больших значениях частицы более тесно взаимодействуют друг с другом и в большей степени способствуют передаче тепловой энергии. В общем случае значения теплопроводности материала в зависимости от его плотности определяются либо на основе справочных данных, либо эмпирически.
  4. Влажность – значение теплопроводности для воды составляет (0,6 Вт/(м*°С)). При намокании стеновых конструкций или утеплителя происходит вытеснение сухого воздуха из пор и замещение его каплями жидкости или насыщенным влажным воздухом. Теплопроводность в этом случае значительно увеличится.
  5. Влияние температуры на теплопроводность материала отражается через формулу:

λ=λо*(1+b*t), (1)

где, λо – коэффициент теплопроводности при температуре 0 °С, Вт/м*°С;

b – справочная величина температурного коэффициента;

t – температура.

Вернуться к оглавлению

Практическое применение значения теплопроводности строительных материалов

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

Упрощенная формула, определяющая толщину слоя, будет иметь вид:

где, H – толщина слоя, м;

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

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

Данная формула применительно к стене или перекрытию имеет следующие допущения:

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

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

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

Вернуться к оглавлению

Теплопроводность материалов: параметры

Принято условное разделение материалов, применяемых в строительстве, на конструкционные и теплоизоляционные.

Конструкционные материалы применяются для возведения ограждающих конструкций (стен, перегородок, перекрытий). Они отличаются большими значениями теплопроводности.

Значения коэффициентов теплопроводности сведены в таблицу 1:

Таблица 1

Подставляя в формулу (2) данные, взятые из нормативной документации, и данные из Таблицы 1, можно получить требуемую толщину стен для конкретного климатического района.

При выполнении стен только из конструкционных материалов без использования теплоизоляции их необходимая толщина (в случае использования железобетона) может достигать нескольких метров. Конструкция в этом случае получится непомерно большой и громоздкой.

Допускают возведение стен без использования дополнительного утепления, пожалуй, только пенобетон и дерево. И даже в этом случае толщина стены достигает полуметра.

Теплоизоляционные материалы имеют достаточно малые величины значения коэффициента теплопроводности.

Основной их диапазон лежит в пределах от 0,03 до 0,07 Вт/(м*°С). Наиболее распространенные материалы – это экструдированный пенополистирол, минеральная вата, пенопласт, стекловата, утепляющие материалы на основе пенополиуретана. Их использование позволяет значительно снизить толщину ограждающих конструкций.

Процесс передачи энергии от более нагретой части тела к менее нагретой называется теплопроводностью. Числовое значение такого процесса отражает коэффициент теплопроводности материала. Это понятие является очень важным при строительстве и ремонте зданий. Правильно подобранные материалы позволяют создать в помещении благоприятный микроклимат и сэкономить на отоплении существенную сумму.

Понятие теплопроводности

Теплопроводность – процесс обмена тепловой энергией, который происходит за счет столкновения мельчайших частиц тела. Причем этот процесс не прекратится, пока не наступит момент равновесия температур. На это уходит определенный промежуток времени. Чем больше времени затрачивается на тепловой обмен, тем ниже показатель теплопроводности.

Данный показатель выражают как коэффициент теплопроводности материалов. Таблица содержит уже измеренные значения для большинства материалов. Расчет производится по количеству тепловой энергии, прошедшей сквозь заданную площадь поверхности материала. Чем больше вычисленное значение, тем быстрее объект отдаст все свое тепло.

Факторы, влияющие на теплопроводность

Коэффициент теплопроводности материала зависит от нескольких факторов:

  • При повышении данного показателя взаимодействие частиц материала становится прочнее. Соответственно, они будут передавать температуру быстрее. А это значит, что с повышением плотности материала улучшается передача тепла.
  • Пористость вещества. Пористые материалы являются неоднородными по своей структуре. Внутри них находится большое количество воздуха. А это значит, что молекулам и другим частицами будет сложно перемещать тепловую энергию. Соответственно, коэффициент теплопроводности повышается.
  • Влажность также оказывает влияние на теплопроводность. Мокрые поверхности материала пропускают большее количество тепла. В некоторых таблицах даже указывается расчетный коэффициент теплопроводности материала в трех состояниях: сухом, среднем (обычном) и влажном.

Выбирая материал для утепления помещений, важно учитывать также условия, в которых он будет эксплуатироваться.

Понятие теплопроводности на практике

Теплопроводность учитывается на этапе проектирования здания. При этом берется во внимание способность материалов удерживать тепло. Благодаря их правильному подбору жильцам внутри помещения всегда будет комфортно. Во время эксплуатации будут существенно экономиться денежные средства на отопление.

Утепление на стадии проектирования является оптимальным, но не единственным решением. Не составляет трудности утеплить уже готовое здание путем проведения внутренних или наружных работ. Толщина слоя изоляции будет зависеть от выбранных материалов. Отдельные из них (к примеру, дерево, пенобетон) могут в некоторых случаях использоваться без дополнительного слоя термоизоляции. Главное, чтобы их толщина превышала 50 сантиметров.

Особенное внимание следует уделить утеплению кровли, оконных и дверных проемов, пола. Сквозь эти элементы уходит больше всего тепла. Зрительно это можно увидеть на фотографии в начале статьи.

Конструкционные материалы и их показатели

Для строительства зданий используют материалы с низким коэффициентом теплопроводности. Наиболее популярными являются:


  • Железобетон, значение теплопроводности которого составляет 1,68Вт/м*К. Плотность материала достигает 2400-2500 кг/м 3 .
  • Древесина, издревле использующаяся как строительный материал. Ее плотность и теплопроводность в зависимости от породы составляют 150-2100 кг/м 3 и 0,2-0,23Вт/м*К соответственно.

Еще один популярный строительный материал – кирпич. В зависимости от состава он обладает следующими показателями:

  • саманный (изготовленный из глины): 0,1-0,4 Вт/м*К;
  • керамический (изготовленный методом обжига): 0,35-0,81 Вт/м*К;
  • силикатный (из песка с добавлением извести): 0,82-0,88 Вт/м*К.

Материалы из бетона с добавлением пористых заполнителей

Коэффициент теплопроводности материала позволяет использовать последний для постройки гаражей, сараев, летних домиков, бань и других сооружений. В данную группу можно отнести:

  • Керамзитобетон, показатели которого зависят от его вида. Полнотелые блоки не имеют пустот и отверстий. С пустотами внутри изготавливают которые менее прочные, нежели первый вариант. Во втором случае теплопроводность будет ниже. Если рассматривать общие цифры, то составляет 500-1800кг/м3. Его показатель находится в интервале 0,14-0,65Вт/м*К.
  • Газобетон, внутри которого образуются поры размером 1-3 миллиметра. Такая структура определяет плотность материала (300-800кг/м 3). За счет этого коэффициент достигает 0,1-0,3 Вт/м*К.

Показатели теплоизоляционных материалов

Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов, наиболее популярных в наше время:

  • пенополистирол, плотность которого такая же, как и у предыдущего материала. Но при этом коэффициент передачи тепла находится на уровне 0,029-0,036Вт/м*К;
  • стекловата. Характеризуется коэффициентом, равным 0,038-0,045Вт/м*К;
  • с показателем 0,035-0,042Вт/м*К.

Таблица показателей

Для удобства работы коэффициент теплопроводности материала принято заносить в таблицу. В ней кроме самого коэффициента могут быть отражены такие показатели как степень влажности, плотность и другие. Материалы с высоким коэффициент теплопроводности сочетаются в таблице с показателями низкой теплопроводности. Образец данной таблицы приведен ниже:

Использование коэффициента теплопроводности материала позволит возвести желаемую постройку. Главное: выбрать продукт, отвечающий всем необходимым требованиями. Тогда здание получится комфортным для проживания; в нем будет сохраняться благоприятный микроклимат.

Правильно подобранный снизит по причине чего больше не нужно будет «отапливать улицу». Благодаря этому финансовые затраты на отопление существенно снизятся. Такая экономия позволит в скором времени вернуть все деньги, которые будут затрачены на приобретение теплоизолятора.

Исследование теплоизоляционных свойств строительных материалов

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Самарской области «Самарская государственная областная академия (Наяновой)»

Международный конкурс проектных и исследовательских работ учащихся

«Первые шаги в науку»

«ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ»

исследовательский проект

«Физико-математическое направление» (7-8 класс)

Класс: 8 «А»

Автор: Меламедова Алёна Станиславовна

Научный руководитель: Морозов Иван Анатольевич, учитель физики высшей квалификационной категории, iamorozov[email protected]yandex.ru

Самара

2017 г.

Оглавление

1.Введение………………………………………………….…………………………….. 3

2. Теплопередача и ее виды…………………….…………………………………..……… 5

3. Строительные материалы, используемые при строительстве

жилых домов. Их виды..…………………..………………………….…………….. 8

4. Исследование теплоизоляционных свойств некоторых материалов………………… 10

5. Заключение……………………………………………………………………………. 14

6. Библиографический список..………………………………………………………… 15

7. Приложения……………………………………………………………………………. 16

7.1. Приложение №1 …………………………………..………………………………….. 16

7.2. Приложение №2 ……………………………..……………………………………….. 17

  1. ВВЕДЕНИЕ

Актуальность:

На уроке физики мы изучали тему «Теплопроводность» и мне стало интересно – какие теплоизоляционные свойства имеют материалы, используемые при строительстве домов, в том числе и кирпичного в котором я живу.

Проблема:

Люди нуждаются в жилье, и перед ними встает проблема выбора материала, который позволил бы построить теплый дом.

Выделенная нами проблема помогает сформулировать цель работы: исследование теплоизоляционных свойств материалов, используемых при строительстве жилых домов. Для достижения поставленной цели нами были выделены следующие задачи:

  • изучить научно–популярную и учебную литературу по теме исследования.

  • изучить строительные материалы, используемые при постройке домов

  • сопоставить материалы и их теплоизоляционные свойства.

  • сравнить теплоизоляционные свойства разных материалов.

Всё выше обозначенное помогло выделить предмет: материалы, используемые при строительстве домов и объект исследования: теплоизоляционные свойства строительных материалов.

Для решения поставленных задач, на основе определенных предмета и объекта исследования, нами были отобраны следующие методы: информационно – аналитический, проектный, экспериментальный.

На основе вышеперечисленного, мы выдвигаем гипотезу:

Теплоизоляционные свойства строительных материалов изменяются в зависимости от рода вещества.

Исследовательская составляющая работы состоит в изучение, экспериментальной проверке и последующем сравнении теплоизоляционных свойств традиционных строительных материалов (дерево и кирпич).

Работа связана с приоритетными направлениями и критическими технологиями развития науки, техники и технологий Самарской области в аспектах энергоэффективности и энергосбережения в рамках использования строительных материалов обладающих высокими теплоизоляционными свойствами и позволяющими рационально использовать энергоресурсы.

Тематика работы на эмпирическом уровне совпадает с собственными исследованиями руководителя в рамках диссертационного исследования «Методы вейвлет-анализа численного решения многомерных задач».

Теоретическая значимость работы обусловлена исследованию теплоизоляционных свойств строительных материалов, которые появились на рынке товаров недавно и их свойства плохо изучены. Практическая значимость работы заключается в наглядном сравнении теплоизоляционных свойств традиционных строительных материалов, таких как дерево и кирпич.

Проблема теплопроводности для физической науки не нова, что даже не позволяет установить первоисточники. В первую очередь это связано с тем, что сведения о теплопроводности пришли из опыта предыдущих поколений о свойствах разных материалов сохранять тепло. Теоретические основы теплопроводности описаны, в настоящее время широко во всех учебных пособиях по физике даже школьного курса [3]. Тепловым характеристикам материалов посвящены работы, таких классиков советской науки, как Полежаев Ю. В., Юревич Ф. Б.[4], так и современных авторов таких, как Шумейко И.В. [9]. Однако, не смотря на разработанность данной темы, ввиду появления новых строительных материалов, интерес к ней не угасает и широко обсуждается в печатных [2] и электронных средствах информации [5,6,7].

2. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ И ЕЕ ВИДЫ

Количество тепла, необходимого для отопления дома, напрямую зависит от тепловых потерь здания. То есть чем больше тепла теряется через ограждающие поверхности (стены, крышу, полы, подвал), тем больше нужно энергии для отопления здания. Если на этапе проектирования и строительства дома предусмотреть хорошую теплоизоляцию, а также установить герметичные окна, заполнить щели в дверных проемах, отапливать дом впоследствии будет намного проще.

Для того, чтобы успешно решить задачу, поставленную при создании и возведении здания, необходимо, чтобы выбранные теплоизоляционные материалы отвечали определенным требованиям. Суждение по свойствам теплоизоляционных материалов можно вынести после рассмотрения совокупности свойств, определенных общепринятыми методами: плотность и теплопроводность.

Теплопередача – физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к менее горячему, либо непосредственно (при контакте), или через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала. 

Виды теплопередачи:

  1. Конвекция – это перенос энергии струями жидкости или газа.

  2. Излучение – это испускание электромагнитных волн ускоренно движущимися электрическими зарядами.

  3. Теплопроводность – это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т.д.)

Теплопроводность зависит от удельной теплоемкости (c) и определяется по формуле:

Q=m*c*(t2-t1) [3].

Так, при нагревании стального стержня с одного конца в пламени газовой горелки тепловая энергия передается по стержню, и на некоторое расстояние от нагреваемого конца распространяется свечение (с удалением от места нагрева все менее интенсивное). Интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности зависит от температуры, т.е. отношения разности температур на концах стержня к расстоянию между ними. Она зависит также от площади поперечного сечения стержня и коэффициента теплопроводности материала. Соотношение между этими величинами было выведено французским математиком Ж. Фурье.

Посредством этого вида теплообмена происходит передача теплоты через стенку дома в зимнее время. Так как температура внутри дома выше, чем вне его, наиболее интенсивное тепловое колебательное движение совершают частицы, образующие внутреннюю поверхность стенки. Сталкиваясь с частицами соседнего более холодного слоя, они передают им часть энергии, в результате чего движение частиц этого слоя, оставаясь колебательным, становится более интенсивным. Так от слоя к слою растет интенсивность колебаний частиц, а следовательно, и их внутренняя энергия. Таким образом, при теплопроводности перенос энергии в теле осуществляется в результате непосредственной передачи энергии от частиц (молекул, атомом, электронов), обладающих большей энергией, к частицам с меньшей энергией.

Для здания в зимних условиях интенсивность колебаний частиц практически постоянна, а поэтому для поддержания в помещении нужной температуры остается уменьшать теплопроводность стен, т.е. улучшать их теплоизоляцию

Для того, чтобы сравнить теплоизоляционные свойства материалов, нужно изучить материалы, используемые при строительстве домов. Однако перед этим остановимся на общих параметрах, которые влияют на теплопроводность любого строительного материала.

  1. Пористость – наличие пор в структуре материала нарушает его однородность. При прохождении теплового потока часть энергии передается через объем, занятый порами и заполненный воздухом. Принято за отсчетную точку принимать теплопроводность сухого воздуха (0,02 Вт/(м*°С)). Соответственно, чем больший объем будет занят воздушными порами, тем меньше будет теплопроводность материала.

  2. Структура пор – малый размер пор и их замкнутый характер способствуют снижению скорости теплового потока. В случае использования материалов с крупными сообщающимися порами в дополнение к теплопроводности в процессе переноса тепла будут участвовать процессы передачи тепла конвекцией.

  3. Плотность – при больших значениях частицы более тесно взаимодействуют друг с другом и в большей степени способствуют передаче тепловой энергии. В общем случае значения теплопроводности материала в зависимости от его плотности определяются либо на основе справочных данных, либо эмпирически.

  4. Влажность – значение теплопроводности для воды составляет (0,6 Вт/(м*°С)). При намокании стеновых конструкций или утеплителя происходит вытеснение сухого воздуха из пор и замещение его каплями жидкости или насыщенным влажным воздухом. Теплопроводность в этом случае значительно увеличится.

  5. Влияние температуры на теплопроводность материала отражается через формулу:

λ=λо*(1+b*t),

где, λо – коэффициент теплопроводности при температуре 0 °С, Вт/м*°С;

b – справочная величина температурного коэффициента;

t – температура [9].

  1. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЖИЛЫХ ДОМОВ. ИХ ВИДЫ

При строительстве жилых домов используются различные строительные материалы. Рассмотрим виды жилых домов и материалы, из которых они возводятся.

Виды домов:

Керамический кирпич бывает полнотелым (не более 13 % пустот) и пустотелым (до 49 % пустот). Форма отверстий в кирпиче может быть круглая, квадратная, овальная, с расположением по горизонтали или вертикали. С увеличением их количества теплоизоляционные свойства улучшаются.

  • Сруб ручной рубки
Бревна соединяют, выкладывая очертания дома. Непременно надо дождаться усадки – это около года, не меньше. Потом конопатят щели и обшивают коробки окон и дверей [1].
  • Из газобетонных блоков
Стены из газобетона имеют толщину 30 – 40 см. При этом в помещении держится достаточно комфортный микроклимат, так как газобетон эффективно противостоит колебаниям температуры и влажности. По теплоизоляции он в 3 раза лучше, чем кирпич. Это заслуга воздушных пор, находящихся внутри материала.
  • Из керамоблоков
По бокам поверхность керамоблока рифленая, а внутри – поры.
  • Каркасный дом

Основа подобных зданий – каркас из дерева или металла. Он включает в себя стропила, стойки, фермы и прочие элементы. Затем кладется утеплитель, а сверху всё это обшивается плотными листами ДСП или ОСП [5].

Проведя теоретические исследования, связанные с темой работы можно сформулировать следующие этапы экспериментальной деятельности:

1. Определить и классифицировать основные строительные материалы, используемые при возведении жилых малоэтажных домов.

2. Провести экспериментальное исследование физических параметров отобранных материалов.

3. Проанализировать полученные результаты.

4. Обнаружить зависимость количество теплоты, затрачиваемое на обогрев дома от физических параметров строительных материалов.

5.Сравнить полученную информацию о теплоизоляционных свойствах материалов и их стоимость.

6.Выявить материал, дом их которого будет дешевым и максимально сохранять тепло.

  1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ СВОЙСТВ НЕКОТОРЫХ МАТЕРИАЛОВ

Чтобы провести эксперимент, мне понадобится сделать отверстие для градусника в материалах, используемых при строительстве домов. Исходя из возможностей моей экспериментальной деятельности, можно выявить два материала, которые я могу сравнить по всем параметрам.

  1. Дерево.

Из этого материала можно построить срубовой дом.

  1. Кирпич.

Из этого материала можно построить либо силикатный, либо керамический дом. (В зависимости от вида кирпича)

  1. Деревянная конструкция.

Для анализа теплоизоляционных свойств дерева был проведен эксперимент, задачей которого являлся контроль уличной температуры и температуры внутри деревянного короба. (Приложение №1)

Термометр был помещен в деревянную конструкцию и вынесен на воздух. Для того, чтобы предметы не засыпало снегом, я накрыла их полиэтиленовым пакетом, но это не повлияет на результат эксперимента, так как предметы не были обмотаны полиэтиленом.

Спустя 3 часа 30 минут показатели на термометрах являлись таковыми:

  • Термометр, находящийся в коробе 3°C

  • Термометр, находящийся на открытом воздухе -4°C

Спустя 5 часов 30 минут:

  • Термометр, находящийся в коробе -8°C

  • Термометр, находящийся на открытом воздухе -14°C

Спустя 9 часов 30 минут:

  • Термометр, находящийся в коробе -13°C

  • Термометр, находящийся на открытом воздухе -17°C

Таким образом, мы видим, что есть разница между температурой в деревянном коробе и температурой воздуха, следовательно, дерево сохраняет тепло.

2.Кирпич.

Для анализа теплоизоляционных свойств кирпича был проведен аналогичный эксперимент.

Термометр был помещен внутрь кирпичной конструкции и вынесен на воздух. (Приложение №2)

Спустя 3 часа 30 минут:

  • Термометр, находящийся в кирпиче 2°C

  • Термометр, находящийся на открытом воздухе -1°C

Спустя 5 часов 30 минут:

  • Термометр, находящийся в кирпиче -1°C

  • Термометр, находящийся на открытом воздухе -3°C

Спустя 9 часов 30 минут:

  • Термометр, находящийся в кирпиче -1°C

  • Термометр, находящийся на открытом воздухе -4°C

Очевидно, что есть разница между температурой в кирпичной конструкции и температурой воздуха, следовательно, кирпич обладает теплоизоляционными свойствами.

Сведем полученные данные в таблицу 1.

Таблица 1 – Температурный анализ

Время:

Дерево

Воздух (дерево)

Разница

Кирпич

Воздух (кирпич)

Разница

3 ч. 30 мин.

3°C

-4°C

7°C

2°C

-1°C

3°C

5 ч. 30 мин.

-8°C

-14°C

6°C

0°C

-3°C

2°C

9 ч. 30 мин

-13°C

-17°C

4°C

-1°C

-4°C

3°C

Мы видим, что дерево сохраняет тепло лучше, чем кирпич. Через 3,5 часа разница температур внутри деревянного короба и вне его составила 7 °C, через 5,5 часов – 6°C, а через 9,5 часов – 4 °C.

В кирпиче максимальная разница температуры воздуха и температуры составила 3°C, однако нужно сделать поправку на изменение температуры окружающего воздуха, т.к. эксперименты проводились при разных температурных условиях.

В результатах эксперимента присутствуют погрешности, связанные с тем, что и в одной и в другой конструкции был воздух, чьи теплоизоляционные свойства ниже, чем у дерева и кирпича. Но эти погрешности не кардинально влияют на результаты эксперимента, так как кирпич намного хуже держит тепло.

Строение из дерева дольше хранит тепло, что объясняется низкой теплопроводностью дерева. Исходя из данных заимствованных из справочника [7] и представленных в таблице №2, мы видим, что у дерева теплопроводность ниже, чем у кирпича.

Таблица 2 – Сравнительные характеристики стеновых материалов.

Проведем анализ стоимости конструкции из дерева и кирпича (Таблица 3).

Таблица 3 – Сравнительный анализ стоимости домов

Исходя из данных таблицы, можно сделать вывод, что стоимость дома из кирпича выше, чем стоимость дома из дерева. Однако, в данной таблице не учитывается ограниченность природных ресурсов. Чтобы вырастить необходимый строительный лес требуются значительные денежные, а главное временные затраты. Кроме того, остается все меньше места для выращивания лесов. Именно поэтому человечество обращается к альтернативным строительным материалам, разрабатывая различные пено-, газо- и композитные материалы, теплозащитные свойства которых приближаются к свойствам дерева.

Но, несмотря на это, на днях сообщили, что Минстрой рассматривает возможность возведения новостроек из дерева:

«По мнению экспертов, появление таких новостроек поможет быстрее решить квартирный вопрос россиян. Сравнительно малый вес и быстрота обработки дерева позволяют строить здания в сжатые сроки. Среди плюсов – отличная звукоизоляция и сопротивление теплопередачи. Древесина – самый экологичный материал. Он имеет уникальное строение: внутри на клеточном уровне происходит постоянный воздухообмен» [2].

  1. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Строительство домов, в рамках увеличивающейся численности населения, остается одной из животрепещущих тем. На ряду с этим, необходимо отметить, что важной составляющей этого вопроса остается выбор материалов, из которых он будет построен. Важной характеристикой при выборе строительного материала является его теплопроводность, что и определяет актуальность рассмотренной нами темы. В ходе работы была изучена научно-популярная по теме работы, что позволило установить характеристики строительных материалов от которых зависит теплопроводность. С помощью проведенного эксперимента с традиционными строительными материалами (дерево и кирпич), подтверждено наличие зависимости теплопроводности от рода вещества. Всё это свидетельствует о решении нами поставленных в работе задач, что в свою очередь указывает на достижение поставленной цели. Достижение цели и задач стало возможно четкому выделению объекта и предмета исследования, а так же адекватности отобранных для него методов. В результате проведенного исследования поставленная нами гипотеза подтвердилась. Перспективу исследования в дальнейшем могут составить: аспекты рассмотрения новых строительных материалов; изучение одного строительного материала, но с разными параметрами (плотность, пористость, структура пор и т.д.).

Теоретическая значимость работы обусловлена исследованию теплоизоляционных свойств строительных материалов, которые появились на рынке товаров недавно и их свойства плохо изучены. Практическая значимость работы заключается в наглядном сравнении теплоизоляционных свойств традиционных строительных материалов, таких как дерево и кирпич.

В результате проведенного исследования расширены знания и умения по теме «Теплопроводность», получены навыки элементарной научно-исследовательской деятельности, анализа и сопоставления полученных данных, формулирования выводов.

  1. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:

  1. Деревянные дома = Woodenl Houses: Фасады, планы, интерьеры: 25 современных коттеджей / ред. С. Экономов. – М.: Красивые дома пресс, 2007. – 172 с.

  2. Домчева Е. Постучим по дереву// Российская газета – Федеральный выпуск №6876 (8) от 18.01.2017г.

  3. Перышкин А.В. Физика [Текст] 8 класс : учебник для общеобразовательных учреждений / А. В. Перышкин. – М. : Дрофа, 2013. – 240 с. : ил

  4. Полежаев Ю. В., Юревич Ф. Б. Тепловая защита. Под ред. А. В. Лыкова. – М.: «Энергия», 1976. 392 с. с ил.

  5. ТЕПЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ зданий / [Электронный ресурс]. URL: http://www.krivda.net/books/nefedov_a._v._gordeeva_v._i.-otechestvennye_poluprovodnikovye_pribory_i_ih_zarubezhnye_analogi._spravochnik_-_2.6._teplovyeparametry_16

  6. Теплопотери зданий / [Электронный ресурс]. URL: http://www.vst-nn.ru

  7. Теплопроводность строительных материалов [Электронный ресурс] // [Инженерный справочник] / URL: http://www.dpva.info/

  8. Энциклопедия строительства дома  В.И. Рыженко – Издательство: Оникс, 2008 г.- 688 с

  9. Шумейко И.В. Сравнительная таблица теплопроводности современных строительных материалов/ [Электронный ресурс]. URL: http://ostroymaterialah.ru/sypuchie/sravnitelnaya-tablica-teploprovodnosti-stroitelnyx-materialov.html

  1. ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение №1Эксперимент с деревянной конструкцией.

Приложение №2 – Эксперимент с кирпичной конструкцией.

Таблица термического сопротивления материалов. Какой толщины должен быть утеплитель, сравнение теплопроводности материалов

Термин «теплопроводность» относится к свойствам материалов передавать тепловую энергию из горячих зон в холодные. Теплопроводность основана на движении частиц внутри веществ и материалов. Способность передавать тепловую энергию количественно – это коэффициент теплопроводности. Циркуляция передачи тепловой энергии, или теплообмена, может происходить в любых веществах с неравномерным размещением различных температурных участков, но коэффициент теплопроводности зависит от давления и температуры в самом материале, а также от его состояния – газообразного, жидкий или твердый.

Физически теплопроводность материалов равна количеству тепла, которое проходит через однородный объект определенных размеров и площади в течение определенного периода времени с указанной разностью температур (1 K). В системе СИ единичный индикатор, имеющий коэффициент теплопроводности, обычно измеряется в Вт / (м · К).

Как рассчитать теплопроводность по закону Фурье

В заданном тепловом режиме плотность потока при теплопередаче прямо пропорциональна вектору максимального повышения температуры, параметры которого изменяются от одного участка к другому, и по модулю одинаковая скорость увеличения температуры в направлении вектора:

q → = – ϰ х град х (T), где:

  • q → – направление плотности объекта, передающего тепло, или объем теплового потока, протекающего через площадку в заданную единицу времени через определенную область, перпендикулярную всем осям;
  • ϰ – удельный коэффициент теплопроводности материала;
  • T – температура материала.

При применении закона Фурье не учитывается инерция потока тепловой энергии, что означает мгновенный перенос тепла из любой точки на любое расстояние. Следовательно, формулу нельзя использовать для расчета теплопередачи во время процессов с высокой частотой повторения. Это ультразвуковое излучение, передача тепловой энергии ударными волнами или импульсными волнами и т. Д. Существует решение закона Фурье с релаксационным членом:

τ x ∂ q / ∂ t = – (q + ϰ x ∇T) .

Если релаксация τ мгновенная, то формула переходит в закон Фурье.

Примерная таблица теплопроводности материалов:

Фундамент Значение теплопроводности, Вт / (м · К)
Жесткий графен 4840 + / – 440 – 5300 + / – 480
Алмаз 1001-2600
Графит 278,4-2435
Арсенид бора 200-2000
SiC 490
Ag 430
Cu 401
BeO 370
Au 320
Al 202-236
AlN 200
БН 180
Si 150
Cu 3 Zn 2 97-111
Кр 107
Fe 92
Pt 70
Sn 67
ZnO 54
Черная сталь 47-58
Пб 35,3
Нержавеющая сталь Теплопроводность стали – 15
SiO2 8
Высококачественные термостойкие пасты 5-12
Гранит

(состоит из SiO 2 68-73%; Al 2 O 3 12.0-15,5%; Na 2 O 3,0-6,0%; CaO 1,5-4,0%; FeO 0,5 – 3,0%; Fe 2 O 3 0,5-2,5%; K 2 O 0,5-3,0%; MgO 0,1-1,5%; TiO 2 0,1-0,6%)

2,4
Бетонный раствор без заполнителей 1,75
Бетонный раствор с щебнем или гравием 1,51
Базальт

(состоит из SiO 2 – 47-52%, TiO 2 – 1-2,5%, Al2O 3 – 14-18%, Fe 2 O 3 – 2-5%, FeO – 6-10%, MnO – 0,1-0,2%, MgO – 5-7%, CaO – 6-12%, Na 2 O – 1.5-3%, K 2 O – 0,1-1,5%, P 2 O 5 – 0,2-0,5%)

1,3
Стекло

(состоит из SiO 2, B 2 O 3, P 2 O 5, TeO 2, GeO 2, AlF 3 и т. Д.)

1–1,15
Паста термостойкая КПТ-8 0,7
Бетонный раствор, наполненный песком, без щебня и гравия 0,7
Вода чистая 0,6
Силикатный

или красный кирпич

0,2-0,7
Масла

на силиконовой основе

0,16
Пенобетон 0,05-0,3
Газобетон 0,1-0,3
Дерево Теплопроводность древесины – 0.15
Масла

на масляной основе

0,125
Снег 0,10-0,15
ПП с группой горючести G1 0,039-0,051
ЭППУ с группой горючести Г3, Г4 0,03-0,033
Стекловата 0,032-0,041
Каменная вата 0,035-0,04
Атмосфера воздуха (300 K, 100 кПа) 0,022
Гель

на воздушной основе

0,017
Аргон (Ar) 0,017
Вакуумная среда 0

Приведенная таблица теплопроводности учитывает теплопередачу за счет теплового излучения и теплопередачу частиц.Поскольку вакуум не передает тепло, он проходит через солнечное излучение или какой-либо другой тип тепловыделения. В газообразной или жидкой среде слои с разной температурой смешиваются искусственно или естественным путем.


При расчете теплопроводности стены необходимо учитывать, что теплоотдача через поверхности стен меняется из-за того, что температура в здании и снаружи всегда разная, и зависит от площади помещения. Поверхности дома и по теплопроводности строительных материалов.

Для количественной оценки теплопроводности было введено такое значение, как коэффициент теплопроводности материалов. Он показывает, как тот или иной материал способен передавать тепло. Чем выше это значение, например, коэффициент теплопроводности стали, тем более эффективно сталь будет проводить тепло.

  • При утеплении дома из дерева рекомендуется выбирать стройматериалы с низким коэффициентом.
  • Если стена кирпичная, то с коэффициентом 0.67 Вт / (м2 · К) и толщине стены 1 м при площади 1 м 2 при разнице температур снаружи и внутри дома 1 ° С кирпич будет передавать 0,67 Вт энергии. При разнице температур 10 0 С кирпич будет передавать 6,7 Вт и т. Д.

Стандартное значение коэффициента теплопроводности теплоизоляции и других строительных материалов является правильным для стены толщиной 1 м. Для расчета теплопроводности поверхности другой толщины коэффициент необходимо разделить на выбранное значение толщины стены (в метрах).

В СНиП и при расчетах появляется термин «термическое сопротивление материала», он означает обратную теплопроводность. То есть при теплопроводности листа пенопласта 10 см и его теплопроводности 0,35 Вт / (м 2 К) термическое сопротивление листа составляет 1 / 0,35 Вт / (м 2 К) = 2,85 (м 2 К). 2 К) / Вт.

Ниже представлена ​​таблица теплопроводности для востребованных строительных материалов и теплоизоляторов:

Строительные материалы Коэффициент теплопроводности, Вт / (м 2 К)
Алебастровые плиты 0,47
Алюминий 230
Шифер асбестоцементный 0,35
Асбест (волокно, ткань) 0,15
Асбестоцемент 1,76
Изделия асбестоцементные 0,35
Асфальт 0,73
Асфальт для полов 0,84
Бакелит 0,24
Агрегатный бетон 1,3
Пескобетон 0,7
Газобетон – пенобетон 1,4
Полнобетон 1,75
Бетон теплоизоляционный 0,18
Битумная масса 0,47
Бумажные материалы 0,14
Сыпучая минеральная вата 0,046
Толстая минеральная вата 0,05
Вата – утеплитель на ватной основе 0,05
Вермикулит в пластинах или листах 0,1
Войлок 0,046
Гипс 0,35
Глинозем 2,33
Гравийный заполнитель 0,93
Гранит или базальтовый заполнитель 3,5
Влажный грунт, 10% 1,75
Влажный грунт, 20% 2,1
Песчаник 1,16
Сухая почва 0,4
Уплотненный грунт 1,05
Масса смолы 0,3
Строительная плита 0,15
Лист фанеры 0,15
Твердая древесина 0,2
ДСП 0,2
Изделия из дюралюминия 160
Железобетонные изделия 1,72
Ясень 0,15
Известняковые блоки 1,71
Раствор на песке и извести 0,87
Вспененная смола 0,037
Натуральный камень 1,4
Листы многослойного картона 0,14
Пористая резина 0,035
Резина 0,042
Фторкаучук 0,053
Блоки керамзитобетонные 0,22
Кирпич красный 0,13
Пустотелый кирпич 0,44
Полнотелый кирпич 0,81
Полнотелый кирпич 0,67
Шлакоблок 0,58
Плиты кремнезема 0,07
Изделия из латуни 110
Лед при температуре 0 0 С 2,21
Лед при температуре -20 0 С 2,44
Лиственное дерево при влажности 15% 0,15
Медные изделия 380
Мипора 0,086
Опилки обратной засыпки 0,096
Сухие опилки 0,064
ПВХ 0,19
Пенобетон 0,3
Пенопласт марки ПС-1 0,036
Пенопласт марки ПС-4 0,04
Пенопласт марки ПВХ-1 0,05
Марка пенопласта FRP 0,044
ППУ марка ПС-Б 0,04
Марка ППУ ПС-БС 0,04
Лист пенополиуритана 0,034
Панель из пенополиуритана 0,024
Легкое пеностекло 0,06
Пеностекло тяжелое 0,08
изделия из пергамина 0,16
Изделия из перлита 0,051
Цементные и перлитные плиты 0,085
Мокрый песок 0% 0,33
Мокрый песок 0% 0,97
Мокрый песок 20% 1,33
Обожженный камень 1,52
Плитка керамическая 1,03
Плитка марки ПМТБ-2 0,035
Полистирол 0,081
Поролон 0,04
Раствор на цементной основе без песка 0,47
Натуральная пробковая плита 0,042
Легкие натуральные пробковые листы 0,034
Толстые листы из натуральной пробки 0,05
Резиновые изделия 0,15
Рубероид 0,17
Сланец 2100
Снег 1,5
Древесина хвойных пород влажностью 15% 0,15
Древесина хвойных смолистых с влажностью 15% 0,23
Металлопродукция 52
Стеклянные изделия 1,15
Изоляция из стекловаты 0,05
Стекловолоконная изоляция 0,034
Изделия из стекловолокна 0,31
Стружка 0,13
Тефлоновое покрытие 0,26
Тол 0,24
Цементная плита 1,93
Цементно-песчаный раствор 1,24
Изделия из чугуна 57
Шлак в гранулах 0,14
Зольный шлак 0,3
Блоки шлакобетонные 0,65
Сухие штукатурные смеси 0,22
Штукатурка на цементной основе 0,95
Эбонитовые изделия 0,15

Кроме того, необходимо учитывать теплопроводность нагревателей за счет их струйных тепловых потоков.В плотной среде квазичастицы могут «перетекать» из одного нагретого строительного материала в другой, более холодный или теплый, через поры субмикронных размеров, что помогает распространять звук и тепло, даже если в этих порах есть абсолютный вакуум.

Что такое теплопроводность? Об этой ценности необходимо знать не только профессиональным строителям, но и обычным людям, решившим построить дом своими силами.

Каждый материал, используемый в строительстве, имеет свой индикатор этого значения.Наименьшее его значение – для обогревателей, максимальное – для металлов. Поэтому необходимо знать формулу, которая поможет рассчитать как толщину возводимых стен, так и теплоизоляцию, чтобы в итоге получить уютный дом.

Сравнение теплопроводности для самых распространенных утеплителей

Чтобы иметь представление о теплопроводности различных материалов, предназначенных для изоляции, необходимо сравнить их коэффициенты (Вт / м * К), приведенные в следующей таблице:

Как видно из приведенных данных, показатель теплопроводности такого стройматериала, как теплоизоляция, колеблется от минимального (0.019) до максимума (0,5). Все теплоизоляционные материалы имеют определенный диапазон показаний. В СНиПах описывается каждый из них в нескольких формах – сухой, нормальный и влажный. Минимальный коэффициент теплопроводности соответствует сухому состоянию, максимальный – влажному.

Если планируется индивидуальное строительство

При строительстве дома важно учитывать технические характеристики всех составляющих (материал для стен, кладочный раствор, будущий утеплитель, гидроизоляционные и пароотталкивающие пленки, отделка).

Чтобы понять, какие стены лучше всего сохранят тепло, необходимо проанализировать коэффициент теплопроводности не только материала для стен, но и раствора, что видно из таблицы ниже:

Номер для заказа Материал стен, раствор Коэффициент теплопроводности по СНиП
1. Кирпич 0,35 – 0,87
2. Самоблоки 0,1 – 0,44
3. Бетон 1,51 – 1,86
4. Газобетон и газобетон на основе цемента 0,11 – 0,43
5. Пенобетон и газобетон на основе извести 0,13 – 0,55
6. Газобетон 0,08 – 0,26
7. Керамические блоки 0,14 – 0,18
8. Цементно-песчаный раствор 0,58 – 0,93
9. Раствор с добавлением извести 0,47 – 0,81

Важно … Из данных, приведенных в таблице, видно, что каждый строительный материал имеет довольно большой разброс по коэффициенту теплопроводности.

Это связано с несколькими причинами:

  • Плотность.Все утеплители изготавливаются или штабелируются (пеноизол, эковата) разной плотности. Чем меньше плотность (в изоляционной конструкции присутствует больше воздуха), тем ниже теплопроводность. И, наоборот, у очень плотной изоляции этот коэффициент выше.
  • Вещество, из которого оно произведено (основа). Например, кирпич может быть силикатным, керамическим, глиняным. От этого зависит и коэффициент теплопроводности.
  • Количество пустот. Это касается кирпича (пустотелого и сплошного) и теплоизоляции.Воздух – худший проводник тепла. Коэффициент теплопроводности 0,026. Чем больше пустот, тем ниже этот показатель.

Раствор хорошо проводит тепло, поэтому рекомендуется утеплять любые стены.

Если на пальцах объяснить

Для наглядности и понимания, что такое теплопроводность, можно сравнить кирпичную стену толщиной 2 м 10 см с другими материалами. Таким образом, 2,1 метра заложенного в стену кирпича на обычном цементно-песчаном растворе равны:

  • стена толщиной 0.9 м из керамзитобетона;
  • Брус
  • , диаметром 0,53 м;
  • стена толщиной 0,44 м из газобетона.

Если мы говорим о таких распространенных изоляционных материалах, как минеральная вата и пенополистирол, то для того, чтобы значения теплопроводности огромной кирпичной стены были равны, требуется всего 0,18 м первой теплоизоляции или 0,12 м второй. равняется тонкому слою теплоизоляции.

Сравнительная характеристика теплопроводности изоляционных, строительных и отделочных материалов, которую можно получить, изучив СНиПы, позволяет проанализировать и правильно составить пирог утеплителя (основание, утеплитель, отделка).Чем ниже теплопроводность, тем выше цена. Яркий пример – стены дома из керамоблоков или обычного качественного кирпича. Первые имеют теплопроводность всего 0,14 – 0,18 и стоят намного дороже любого, лучшего кирпича.

Строительный бизнес предполагает использование любых подходящих материалов. Основные критерии – безопасность для жизни и здоровья, теплопроводность и надежность. Далее следует цена, эстетика, универсальность и т. Д.

Рассмотрим одну из важнейших характеристик строительных материалов – коэффициент теплопроводности, так как именно это свойство во многом определяет, например, уровень комфорта в доме.

Теоретически и практически одно и то же, строительные материалы, как правило, создают две поверхности – внешнюю и внутреннюю. С точки зрения физики теплая область всегда стремится к холодной.

При нанесении на строительный материал тепло имеет тенденцию переходить от одной поверхности (более теплая) к другой (менее теплая).Здесь собственно и называется способность материала относительно такого перехода – коэффициент теплопроводности или сокращенно – КТП.

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

Характеристика КТП обычно строится на основании испытаний, когда берется опытный образец размером 100х100 см и на него воздействуют тепловым воздействием с учетом перепада температур. двух поверхностей 1 градус.Время воздействия – 1 час.

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

По умолчанию теплопроводность различных строительных материалов со значением менее 0,175 Вт / м ° C приравнивает эти материалы к категории изоляционных материалов.

Современное производство освоило технологии изготовления строительных материалов, уровень CTF которых менее 0.05 Вт / м ° С. Благодаря таким продуктам можно добиться выраженного экономического эффекта в плане расхода энергоресурсов.

Влияние факторов на уровень теплопроводности

Каждый отдельный строительный материал имеет определенную структуру и свое физическое состояние.

Это основано на:

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

Все это влияющие факторы. Химический состав и примеси также оказывают определенное влияние на уровень КТР. Количество примесей, как показала практика, особенно выразительно влияет на уровень теплопроводности кристаллических компонентов.

Изоляционные строительные материалы – это класс продукции для строительства, созданный с учетом свойств КТП, близких к оптимальным свойствам. Однако добиться идеальной теплопроводности при сохранении других качеств крайне сложно.

В свою очередь, на КТП влияют условия эксплуатации строительного материала – температура, давление, уровень влажности и т. Д.

Строительные материалы с минимумом КТП

Согласно исследованиям, сухой воздух имеет минимальную теплопроводность (около 0,023 Вт / м ° C).

С точки зрения использования сухого воздуха в структуре строительного материала, необходима конструкция, в которой сухой воздух остается внутри множества замкнутых пространств небольшого объема. Конструктивно такая конфигурация представлена ​​в виде множества пор внутри структуры.

Отсюда логический вывод: низким уровнем КТП должен обладать строительный материал, внутренняя структура которого представляет собой пористое образование.

Причем, в зависимости от предельно допустимой пористости материала, значение теплопроводности приближается к значению CTF сухого воздуха.

Созданию строительного материала с минимальной теплопроводностью способствует пористая структура. Чем больше пор разного объема содержится в структуре материала, тем лучше может быть получен КТП.

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

В частности, используются технологии:

  • вспенивание;
  • газовый пласт;
  • водозаборник;
  • набухание;
  • введение присадок;
  • создание волокнистых каркасов.

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

Величину теплопроводности можно рассчитать по формуле:

λ = Q / S * (T 1 -T 2) * t,

  • Q – количество тепла;
  • S – толщина материала;
  • T 1, T 2 – температура с обеих сторон материала;
  • т – время.

Средняя плотность и теплопроводность обратно пропорциональны пористости. Поэтому, исходя из плотности конструкции строительного материала, зависимость теплопроводности от нее можно рассчитать следующим образом:

λ = 1.16 √ 0,0196 + 0,22d 2 – 0,16,

Где: d – значение плотности. Это В. Некрасова, демонстрируя влияние плотности того или иного материала на величину его КТФ.

Влияние влаги на теплопроводность строительного материала

Опять же, судя по примерам использования строительных материалов на практике, выявляется негативное влияние влаги на КТП строительных материалов. Было замечено, что чем больше влаги подвергается строительный материал, тем выше становится значение KTP.

Они разными способами стремятся защитить материал, используемый в строительстве, от влаги. Данная мера вполне оправдана, учитывая увеличение коэффициента для мокрого стройматериала

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

Учитывая, что параметр коэффициента теплопроводности для воды равен 0.58 Вт / м ° C, становится очевидным значительное увеличение CTF материала.

Следует отметить и более негативный эффект, когда вода, попадающая в пористую структуру, дополнительно замораживается – она ​​превращается в лед.

Одной из причин отказа от зимнего строительства в пользу строительства летом следует считать именно фактор возможного промерзания некоторых видов строительных материалов и, как следствие, увеличения теплопроводности.

Таким образом, требования строительства к защите изоляционных строительных материалов от проникновения влаги становятся очевидными. Ведь уровень теплопроводности увеличивается прямо пропорционально количественной влажности.

Не менее значим и другой момент – обратное, когда структура строительного материала подвергается значительному нагреву. Чрезмерно высокая температура тоже провоцирует увеличение теплопроводности.

Это происходит из-за увеличения кинематической энергии молекул, составляющих структурную основу строительного материала.

Правда, есть класс материалов, структура которых наоборот приобретает лучшие теплопроводные свойства в режиме сильного нагрева. Один из таких материалов – металл.

Если при сильном нагреве большинство распространенных строительных материалов изменяют теплопроводность в сторону увеличения, то сильный нагрев металла приводит к обратному эффекту – КТФ металла уменьшается

Методы определения коэффициента

В этом направлении используются разные методики, но фактически все измерительные технологии объединены двумя группами методов:

  1. Стационарный режим измерения.
  2. Нестационарный режим измерения.

Стационарный метод подразумевает работу с параметрами, которые не меняются во времени или изменяются незначительно. Эта технология, судя по ее практическому применению, позволяет рассчитывать на более точные результаты CTF.

Действия, направленные на измерение теплопроводности, стационарный метод позволяет проводить в широком диапазоне температур – 20 – 700 ° С. Но в то же время стационарная технология считается трудоемкой и сложной методикой, требующей много времени. завершить.

Пример устройства, предназначенного для измерения коэффициента теплопроводности. Это один из самых передовых цифровых устройств для получения быстрых и точных результатов.

Другая технология измерения – нестационарная, кажется более упрощенной, требуя от 10 до 30 минут для выполнения работы. Однако в этом случае температурный диапазон существенно ограничен. Тем не менее методика нашла широкое применение в производственном секторе.

Таблица теплопроводности строительных материалов

Нет смысла подвергать измерениям многие существующие и широко применяемые строительные материалы.

Все эти изделия, как правило, неоднократно проходили испытания, на основании которых составлена ​​таблица теплопроводности строительных материалов, включающая практически все материалы, необходимые для строительной площадки.

Ниже представлен один из вариантов такой таблицы, где КТП – коэффициент теплопроводности:

Материал (строительный материал) Плотность, м 3 КТП сухой, Вт / мºC % влажность_1 % влажности_2 KTP при влажности_1, Вт / мºC КТП при влажности_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 асбестоцементный 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
Рубероид строительный 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 гравии) 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 (массивная конструкция) 2500 1,89 2 3 1,92 2,04
Пемза для бетона 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
Легкая минеральная вата 50 0,048 2 5 0,052 0,06
Минеральная вата толстая 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
Газопенобетон 800 0,17 15 22 0,35 0,41
Газопенобетон 1000 0,23 15 22 0,44 0,50
Газопенобетон 1200 0,29 15 22 0,52 0,58
300 0,08 8 12 0,11 0,13
Газопенобетон (пеносиликат) 400 0,11 8 12 0,14 0,15
Газопенобетон (пеносиликат) 600 0,14 8 12 0,22 0,26
Газопенобетон (пеносиликат) 800 0,21 10 15 0,33 0,37
Газопенобетон (пеносиликат) 1000 0,29 10 15 0,41 0,47
Гипсокартон строительный 1200 0,35 4 6 0,41 0,46
Керамзитовый гравий 600 2,14 2 3 0,21 0,23
Керамзитовый гравий 800 0,18 2 3 0,21 0,23
Гранит (базальт) 2800 3,49 0 0 3,49 3,49
Керамзитовый гравий 400 0,12 2 3 0,13 0,14
Керамзитовый гравий 300 0,108 2 3 0,12 0,13
Керамзитовый гравий 200 0,099 2 3 0,11 0,12
Шунгизитовый гравий 800 0,16 2 4 0,20 0,23
Шунгизитовый гравий 600 0,13 2 4 0,16 0,20
Шунгизитовый гравий 400 0,11 2 4 0,13 0,14
Поперечные волокна сосны 500 0,09 15 20 0,14 0,18
Фанера клееная 600 0,12 10 13 0,15 0,18
Сосна вдоль волокон 500 0,18 15 20 0,29 0,35
Дуб поперечный 700 0,23 10 15 0,18 0,23
Металлический 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 для строительных работ 1600 0,035 1 2 0,47 0,58
Туфобетон 1800 0,64 7 10 0,87 0,99
Картон облицовочный 1000 0,18 5 10 0,21 0,23
Многослойная строительная плита 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 (пустотелый) 1400 0,41 1 2 0,52 0,58
Кирпич (керамический) 1600 0,47 1 2 0,58 0,64
Окум для строительства 150 0,05 7 12 0,06 0,07
Кирпич (силикатный) 1500 0,64 2 4 0,7 0,81
Кирпич (массив) 1800 0,88 1 2 0,7 0,81
Кирпич (шлак) 1700 0,52 1,5 3 0,64 0,76
Кирпич (глина) 1600 0,47 2 4 0,58 0,7
Кирпич (трилистник) 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 из минеральной ваты 350 0,091 2 5 0,09 0,11
Плиты из минеральной ваты 300 0,070 2 5 0,087 0,09
Плиты из минеральной ваты 200 0,070 2 5 0,076 0,08
Плиты из 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 пенополиуритана 80 0,041 2 5 0,05 0,05
Панель из пенополиуритана 60 0,035 2 5 0,41 0,41
Легкое пеностекло 200 0,07 1 2 0,08 0,09
Пеностекло утяжеленное 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
Перлитно-цементная плита 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
Ясень гравийный бетон 1400 0,47 5 8 0,52 0,58
ДВП (ДСП) 200 0,06 10 12 0,07 0,08
ДВП (ДСП) 400 0,08 10 12 0,11 0,13
ДВП (ДСП) 600 0,11 10 12 0,13 0,16
ДВП (ДСП) 800 0,13 10 12 0,19 0,23
ДВП (ДСП) 1000 0,15 10 12 0,23 0,29
Полистиролбетон на портландцементе 600 0,14 4 8 0,17 0,20
Вермикулитовый бетон 800 0,21 8 13 0,23 0,26
Вермикулитовый бетон 600 0,14 8 13 0,16 0,17
Вермикулитовый бетон 400 0,09 8 13 0,11 0,13
Вермикулитовый бетон 300 0,08 8 13 0,09 0,11
Рубероид 600 0,17 0 0 0,17 0,17
ДВП 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
ДВП 600 0,12 10 15 0,18 0,23
ДВП 400 0,08 10 15 0,13 0,16
ДВП 300 0,07 10 15 0,09 0,14
Фанера 600 0,12 10 13 0,15 0,18
Камышовая плита 300 0,07 10 15 0,09 0,14
Цементно-песчаный раствор 1800 0,58 2 4 0,76 0,93
Металлический чугун 7200 50 0 0 50 50
Цементно-шлаковый раствор 1400 0,41 2 4 0,52 0,64
Комплексный песчаный раствор 1700 0,52 2 4 0,70 0,87
Сухая штукатурка 800 0,15 4 6 0,19 0,21
Камышовая плита 200 0,06 10 15 0,07 0,09
Цементная штукатурка 1050 0,15 4 6 0,34 0,36
Торфяная плита 300 0,064 15 20 0,07 0,08
Торфяная плита 200 0,052 15 20 0,06 0,064

Современные изоляционные материалы обладают уникальными характеристиками и используются для решения задач определенного спектра.Большинство из них предназначены для обработки стен дома, но есть и специфические, предназначенные для обустройства дверных и оконных проемов, стыков кровли с несущими опорами, цокольных и чердачных помещений. Таким образом, сравнивая теплоизоляционные материалы, необходимо учитывать не только их эксплуатационные свойства, но и область применения.

Основные параметры

Оценка качества материала может основываться на нескольких основных характеристиках.Первый – это коэффициент теплопроводности, который обозначается символом «лямбда» (ι). Этот коэффициент показывает, какой объем тепла за 1 час проходит через кусок материала толщиной 1 метр и площадью 1 м² при условии, что разница температур среды на обеих поверхностях составляет 10 ° C.

Показатели коэффициента теплопроводности любых утеплителей зависят от многих факторов – от влажности, паропроницаемости, теплоемкости, пористости и других характеристик материала.

Чувствительность к влаге

Влага – это количество влаги, содержащейся в изоляции. Вода хорошо проводит тепло, а пропитанная ею поверхность поможет охладить комнату. Следовательно, заболоченный теплоизоляционный материал потеряет свои качества и не даст желаемого эффекта. И наоборот: чем он водоотталкивающий, тем лучше.

Паропроницаемость – параметр, близкий к влажности. В числовом выражении он представляет собой объем водяного пара, проходящего через 1 м2 изоляции за 1 час, при условии, что разница в потенциальном давлении пара составляет 1 Па и температура среды такая же.

Обладая высокой паропроницаемостью, материал можно увлажнять. В связи с этим при утеплении стен и полов дома рекомендуется установка пароизоляционного покрытия.

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


Плотность и теплоемкость

Пористость – это количество воздушных пор, выраженное в процентах от общего объема продукта. Различают закрытые и открытые поры, большие и мелкие. Важно, чтобы они были равномерно распределены в структуре материала: это говорит о качестве изделия. Пористость иногда может достигать 50%, у некоторых видов ячеистых пластиков этот показатель составляет 90-98%.

Плотность – 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 – это показатель, показывающий, сколько тепла готова аккумулировать изоляция. Биостойкость – способность материала противостоять воздействию биологических факторов, например, патогенной флоры. Огнестойкость – сопротивление изоляции огню, при этом этот параметр не следует путать с пожарной безопасностью.Есть и другие характеристики, к которым относятся прочность, износостойкость, морозостойкость, износостойкость.

Также при проведении расчетов нужно знать коэффициент U – сопротивление конструкций теплопередаче. Этот показатель не имеет ничего общего с качествами самих материалов, но знать его нужно, чтобы сделать правильный выбор среди множества утеплителей. Коэффициент U – это отношение разницы температур на двух сторонах изоляции к объему проходящего через нее теплового потока.Чтобы найти термическое сопротивление стен и полов, вам понадобится таблица, в которой рассчитывается теплопроводность строительных материалов.


Вы можете произвести необходимые расчеты самостоятельно. Для этого толщину слоя материала делят на коэффициент его теплопроводности. Последний параметр – если речь идет об утеплении – обязательно указывается на упаковке материала. В случае строительных элементов дома все немного сложнее: хотя их толщину можно измерить самостоятельно, коэффициент теплопроводности бетона, дерева или кирпича придется искать в специализированных руководствах.

При этом для утепления стен, потолка и пола в одном помещении часто используются материалы разных типов, так как для каждой плоскости коэффициент теплопроводности необходимо рассчитывать отдельно.

Теплопроводность основных видов изоляции

Исходя из коэффициента U, вы можете выбрать, какой тип теплоизоляции лучше использовать и какой толщины должен быть слой материала. В таблице ниже представлена ​​информация о плотности, паропроницаемости и теплопроводности популярных утеплителей:


Достоинства и недостатки

При выборе теплоизоляции необходимо учитывать не только ее физические свойства, но и такие параметры, как простота монтажа, необходимость в дополнительном уходе, долговечность и стоимость.

Сравнение самых современных вариантов

Как показывает практика, проще всего установить пенополиуретан и пеноизол, которые наносятся на обрабатываемую поверхность в виде пены. Эти материалы пластичны, легко заполняют полости внутри стен здания. Недостатком вспениваемых веществ является необходимость использования специального оборудования для их распыления.


Как видно из приведенной выше таблицы, экструдированный пенополистирол является достойным конкурентом пенополиуритану.Этот материал поставляется в виде цельных блоков, но с помощью обычного столярного ножа можно придать любую форму. Сравнивая характеристики пенопласта и твердых полимеров, стоит отметить, что пенопласт не образует швов, и в этом его главное преимущество перед блоками.

Сравнение хлопчатобумажных материалов

Минеральная вата по свойствам похожа на пенополистирол и пенополистирол, но она «дышит» и не горит. Также он лучше сопротивляется влаге и практически не меняет своих качеств в процессе эксплуатации.Если стоит выбор между жесткими полимерами и минеральной ватой, лучше отдать предпочтение последней.

Каменная вата имеет те же сравнительные характеристики, что и минеральная вата, но стоит дороже. Эковата имеет приемлемую цену и проста в установке, но имеет низкую прочность на сжатие и со временем прогибается. Стекловолокно тоже проседает и к тому же крошится.

Сыпучие и органические материалы

Для теплоизоляции дома иногда используются сыпучие материалы – перлит и бумажные гранулы.Они отталкивают воду и устойчивы к патогенным факторам. Перлит экологически чистый, не горит и не оседает. Тем не менее сыпучие материалы для утепления стен используются редко; с их помощью лучше оборудовать полы и потолки.

Среди органических материалов следует выделить лен, древесное волокно и пробку. Они безопасны для окружающей среды, но могут гореть, если не пропитаны специальными веществами. Кроме того, древесное волокно подвержено биологическим факторам.


В целом, если брать во внимание стоимость, практичность, теплопроводность и долговечность утеплителей, то лучшими материалами для отделки стен и потолка являются пенополиуритан, пенопласт и минеральная вата. Другие виды утеплителей обладают специфическими свойствами, так как рассчитаны на нестандартные ситуации, и использовать такие утеплители рекомендуется только при отсутствии других вариантов.

  • 16 января 2006 г.
  • Издатель: Строительные технологии и материалы
  • .

Необходимость использования теплоизоляционных систем WDVS обусловлена ​​их высокой экономической эффективностью.

Вслед за европейскими странами в Российской Федерации приняты новые нормы термического сопротивления ограждающих и несущих конструкций, направленные на снижение эксплуатационных расходов и энергосбережение. С выходом СНиП II-3-79 *, СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» прежние нормы термического сопротивления устарели. Новые стандарты предусматривают резкое повышение необходимого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Сейчас применяемые ранее подходы в строительстве не соответствуют новым нормативным документам, необходимо изменить принципы проектирования и строительства, внедрить современные технологии.

Расчеты показали, что однослойные конструкции экономически не соответствуют новым стандартам строительной отопительной техники. Например, в случае использования высокой несущей способности железобетона или кирпичной кладки, чтобы выдержать стандарты термического сопротивления для того же материала, толщину стен необходимо увеличить до 6 и 2,3 метра соответственно, что наоборот. здравому смыслу. Если вы используете материалы с лучшей термостойкостью, то их несущая способность сильно ограничена, например, такие как пенобетон и керамзитобетон, а также пенополистирол и минеральная вата, эффективные изоляционные материалы, вообще не являются конструкционными материалами.На данный момент не существует абсолютного строительного материала, который обладал бы высокой несущей способностью в сочетании с высоким коэффициентом термического сопротивления.

Чтобы соответствовать всем строительным нормам и нормам энергосбережения, необходимо строить здание по принципу многослойных конструкций, где одна часть будет выполнять несущую функцию, а вторая – тепловую защиту здания. При этом толщина стенок остается приемлемой, соблюдается нормированное термическое сопротивление стен.Системы WDVS по своим тепловым характеристикам являются наиболее оптимальными из всех фасадных систем на рынке.

Таблица необходимой толщины изоляции для выполнения требований действующих норм термического сопротивления в некоторых городах РФ:


Таблица где: 1 – географический пункт 2 – средняя температура отопительного сезона 3 – продолжительность отопительного периода в днях 4 – градусо-сутки отопительного периода Dд, ° С * сутки 5 – нормированное значение сопротивления теплопередаче Rreq, м2 * ° С / Вт стен 6 – необходимая толщина утеплителя

Условия проведения расчетов по таблице:

1.Расчет основан на требованиях СНиП 23-02-2003
2. Для примера расчета взята группа зданий 1 – Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы и др. общежития.
3. За несущую стену в таблице взята кирпичная кладка толщиной 510 мм из глиняного рядового кирпича на цементно-песчаном растворе l = 0,76 Вт / (м * ° С)
4. Коэффициент теплопроводности принят зоны А.
5. Расчетная температура воздуха в помещении + 21 ° С «Жилая комната в холодное время года» (ГОСТ 30494-96)
6.Rreq рассчитывается по формуле Rreq = aDd + b для заданного географического положения
7. Расчет: Формула расчета общего сопротивления теплопередаче многослойных ограждений:
R0 = Rv + Rv.p + Rn. k + Ro.k + Rn Rv – сопротивление теплопередаче на внутренней поверхности конструкции
Rн – сопротивление теплопередаче на внешней поверхности конструкции
Rv.p – сопротивление теплопроводности воздушного зазора (20 мм )
Rн.к – сопротивление теплопроводности несущей конструкции
Rо.к – сопротивление теплопроводности ограждающей конструкции
R = d / ld – толщина однородного материала в м,
л – коэффициент теплопроводности материала, Вт / (м * ° С)
R0 = 0,115 + 0,02 / 7,3 + 0,51 / 0,76 + dу / l + 0,043 = 0,832 + dу / l
dу – толщина утеплителя
R0 = Rreq
Формула расчета толщины утеплителя для этих условий:
dу = л * (Rreq – 0,832)

а) – за среднюю толщину воздушного зазора между стеной и теплоизоляцией принимается 20 мм.
б) – коэффициент теплопроводности пенополистирола ПСБ-С-25Ф l = 0.039 Вт / (м * ° С) (на основании протокола испытаний)
в) – коэффициент теплопроводности фасадной минеральной ваты l = 0,041 Вт / (м * ° С) (на основании протокола испытаний)

* в таблице указаны средние значения необходимой толщины этих двух видов утеплителя.

Примерный расчет толщины стен из однородного материала с учетом требований СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

* Для сравнительного анализа использованы данные климатической зоны Москвы и Московской области.

Условия выполнения расчетов по таблице:

1. Нормированное значение сопротивления теплопередаче Rreq = 3,14
2. Толщина однородного материала d = Rreq * l

Таким образом, из таблицы видно, что для возведения здания из однородного материала, отвечающего современным требованиям термического сопротивления, например, из традиционной кирпичной кладки, даже из перфорированного кирпича, толщина стен должна быть не менее 1 .53 метра.

Для того, чтобы наглядно показать, какая толщина материала необходима для удовлетворения требований к термическому сопротивлению стен из однородного материала, был проведен расчет с учетом конструктивных особенностей использования материалов, были получены следующие результаты:

В этой таблице приведены расчетные данные по теплопроводности материалов.

По таблице для наглядности получается следующая диаграмма:

Страница в разработке

  • Изолированная шведская печь

    Изолированная шведская плита (УШП) – один из типов неглубокого фундамента.Технология пришла из Европы. У этого типа фундамента есть два основных слоя. Нижний теплоизоляционный слой предотвращает промерзание почвы под домом. Верхний слой…

  • Пленка – пошаговая инструкция по технологии SFTK («мокрый фасад»)

    При поддержке СИБУРа, Ассоциации производителей и продавцов пенополистирола, а также в сотрудничестве с компаниями «КРАЙСЕЛ РУС», «ТЕРМОКЛИП» и «АРМАТ-ТД», уникальный учебный фильм по технологии производства гипсовых теплоизоляционных фасадов…

    В феврале 2015 года был выпущен очередной обучающий видеоролик по фасадным системам. Как правильно сделать элементы декора для украшения дачи – об этом пошагово на видео.

    • При поддержке СИБУРа прошла I практическая конференция «Полимеры в теплоизоляции»

      27 мая в Москве прошла I практическая конференция «Полимеры в теплоизоляции», организованная Информационно-аналитическим центром Rupec и Журнал «Нефтегазовая Вертикаль» при поддержке СИБУРа.Основными темами конференции стали тенденции в …

    • Артикул – масса, диаметр, ширина изделий из черных металлов (арматура, угол, швеллер, двутавр, трубы)

      1. Артикул: диаметр, вес погонного метра арматуры, сечение, марка стали

    • Системы БОЛАРС ТВД-1 и БОЛАРС ТВД-2 абсолютно пожаробезопасны!

      Системы БОЛАРС ТВД-1 и БОЛАРС ТВД-2 абсолютно пожаробезопасны! К такому выводу пришли специалисты после проведения огнестойких испытаний фасадных систем теплоизоляции BOLARS TM.Системам присвоен класс пожарной опасности К0 – самый безопасный. Огромный …

    Пред. След.

    Сравнительный анализ высокоэффективных теплоизоляционных материалов | Венкатараман

    Целью исследования является сравнительное исследование изоляционных материалов, покрытых аэрогелем, с другими доступными изоляционными материалами, а также проверка эффективности специально созданного прибора. В качестве образцов использовали композиции с соотношением 50:50 из шести нетканых материалов из полиэфира / полиэтилена, обработанных аэрогелем.Изготовлен прибор для измерения стационарных теплофизических свойств (теплоизоляционных свойств) при отрицательных температурах. Результаты прибора коррелировали с результатами анализатора аламбета и теплопроводности. Экспериментальные данные хорошо коррелировали с теоретически рассчитанными данными. Результаты были статистически проанализированы и показали, что по сравнению с другими тканями, температура не оказывала большого влияния на теплопроводность нетканых материалов, обработанных аэрогелем.Было обнаружено, что образцы тканей на основе аэрогеля обладают значительно высоким термическим сопротивлением даже при экстремальных температурах. Различия в термическом поведении образцов, обработанных аэрогелем, были связаны с различиями в толщине. Инструменты, изготовленные на заказ, оказались эффективными для измерения теплопроводных свойств тканей. Сделанные выводы позволили понять, как можно производить новое оборудование на заказ и исследовать альтернативные методы измерения температуры.

    Ключевые слова: теплоизоляция, тепловые измерения, теплопередача, аэрогель

    Текстиль выполняет важную функцию защиты человека от экстремальных климатических условий.Они должны обеспечивать сочетание теплоизоляции и физиологического комфорта. Теплоизоляция – важный параметр для обеспечения комфорта человеку, носящему одежду. Смесь волокон, воздуха и влаги определяет термические свойства текстиля. Различные комбинации тканей, покрытий и обработок пробуются для различных областей применения. В многослойной одежде нетканый материал широко используется в качестве теплоизоляционного слоя. 1 Физические и структурные параметры волокнистых структур сильно влияют на теплоизоляционные свойства. 2 При отрицательных температурах средний слой многослойной одежды значительно защищает человеческое тело. Теплообмен наиболее высок в областях, где кожа соприкасается с тканью. 1

    Аэрогель кремнезема – это высокопористый материал с низкой плотностью, известный своими сверхизолирующими характеристиками. В химическом отношении кремнеземный аэрогель представляет собой диоксид кремния (SiO2), неорганический материал, производимый из кварцевого песка. 3 Явление теплопередачи в аэрогеле кремнезема связано с его сложной непористой структурой. 4,5

    Теплообмен происходит за счет теплопроводности, конвекции и излучения. Электропроводность в текстиле обусловлена ​​прикреплением волокна к волокну. 6 Полная теплопроводность ткани обусловлена ​​неоднородной системой воздуха и ткани. 7 Тепловые свойства измеряются с помощью приборов, изготовленных на принципах термодинамических систем. Стандартные методы измерения и методы для оценки тепловых свойств текстиля необходимо сравнить для дальнейшего совершенствования методов и инструментов.Fohr et al. 8 направлено на изучение влияния погодных условий и деятельности человека на выбор одежды пользователем. Их модель учитывает возникновение конденсации или испарения в соответствии с условиями окружающей среды и их вариациями.

    Было обнаружено, что традиционные методы устойчивого состояния не подходят для тканей из-за того, что явление многофазности делает процесс выравнивания тепла медленным и нестабильным. С 1987 года исследуются возможности применения нестационарных переходных методов к волокнистым материалам. 9,10 Традиционные стационарные методы неудобны из-за времени, необходимого для проведения измерения, и ограниченного размера тестовых образцов. Существует ряд методов измерения теплопроводности, каждый из которых подходит для ограниченного диапазона материалов, в зависимости от тепловых свойств и температуры среды. Тепловые свойства ткани будут определять не только ее теплоту при носке, но и то, насколько теплой или прохладной будет ткань при первом обращении.Некоторыми из приборов для измерения теплопередачи являются Togmeter (BS 4745, 1971), 11 Guarded hot plate (ASTM D 1518-85, 1990), 12 Alambeta (SENSORA, 1990) 13 и анализатор теплопроводности ( TCi). Уже доступны исследования изоляционных материалов разной толщины, содержащих аэрогель. 14 Были проведены исследования термических свойств полиэфирных / полиэтиленовых нетканых одеял, пропитанных аэрогелем различной толщины при различных температурах. 15 Было обнаружено, что теплопроводность и температуропроводность обратно пропорциональны массовой плотности, которая связана с объемной долей волокна в структуре ткани и, в основном, с частицами аэрогеля, присутствующими в композите. 15

    В этом исследовании Alambeta и анализатор теплопроводности использовались для измерения различных типов изоляционных материалов и были сопоставлены. Целью исследования является сравнительное исследование изоляционных материалов, обработанных аэрогелем, с другими доступными изоляционными материалами.Поскольку исследование также важно для проверки тканей на отрицательные температуры, был использован специально созданный прибор 15 , и результаты были проанализированы. Сравнение существующих методов измерения даст представление о производстве нового индивидуального оборудования и изучении альтернативных методов.

    Материалы

    Для этого исследования были использованы различные образцы, как указано в таблице 1. Были использованы композиции с соотношением 50:50 шести нетканых материалов из полиэфира / полиэтилена, обработанных аэрогелем.Образец h2 представляет собой структуру из нетканого материала с перфорированной стойкой с иглами, имеющую один слой полотна ПП (верхний слой) + один слой полотна полипропилена фильерного производства, имеющего полиамидные нановолокна, полученные выдуванием из расплава с обеих сторон (средний слой) + один слой полотна ПП (нижний слой). Образец h3 представляет собой структуру из нетканого материала с иглопробивной стойкой, имеющую один слой полотна ПП (верхний слой) + два слоя полотна ПП фильерного способа производства, имеющего полиамидные нановолокна, полученные выдуванием из расплава, с обеих сторон (средний слой) + один слой полотна ПП (нижний слой). Стойки из нетканого материала бывают разного состава.Образец M1 из патента Elastic Gros Braun № M123A2046 и образец M2 производятся компанией POLARTEC со 100% полиэстером и альфа-изоляцией 100 г / м2. Типом использованного аэрогеля был гидрофобный аморфный аэрогель диоксида кремния, который наиболее подходит для применения в текстильном материале, который обеспечивает суперизолирующие свойства, как указано в таблице 2, аэрогеля диоксида кремния в гибкой форме. Он отлично подходит для изоляционных материалов при температуре окружающей среды и ниже окружающей среды. Частицы аэрогеля добавляли во время термического скрепления нетканого полотна.Были выбраны образцы разной толщины, которые широко используются в большинстве текстильных изоляционных материалов.

    No образца

    Описание

    Толщина (мм)

    Вес (г / м2 )

    Плотность (кг / м3 )

    S1

    Обработка аэрогелем
    нетканые материалы

    3.424

    272,56

    79,66

    S2

    6.212

    499,46

    80,42

    S3

    6.608

    440,7

    66.73

    S4

    8.06

    535,1

    66,39

    S5

    11,12

    733,7

    65,99

    S6

    13.8

    942,7

    68,33

    h2

    Иглопробивная структура из нетканого материала Struto

    9.336

    402

    43.06

    h3

    Иглопробивная структура из нетканого материала Struto

    8.048

    407,5

    50,64

    M1

    Elastic Gros Braun, патент № M123A2046

    1,848

    101,8

    55,2

    М2

    POLARTEC из 100% полиэстера

    1.522

    104,1

    68.384

    Таблица 1 Описание образца

    S. No.

    Недвижимость

    Диапазон значений

    1

    Размер частиц

    0.1-0,7 мм

    2

    Диаметр пор

    ~ 20 нм

    3

    Плотность частиц

    120-140 кг / м3

    4

    Химия поверхности

    Полностью гидрофобный

    5

    Теплопроводность

    0.012Вт / мК при 25˚C

    Таблица 2 Свойства аморфного аэрогеля кремнезема

    Плотность – это коэффициент массы и объема. Чтобы получить представление о влиянии поверхностной плотности на тепловые свойства, были измерены ткани с сопоставимой плотностью разной толщины и их соответствующие веса. Разницу в плотности в образцах, обработанных аэрогелем, можно объяснить структурой ткани, а также в нетканых материалах, обработанных аэрогелем, процентным содержанием частиц аэрогеля, присутствующих в волокне.Плотность [кг / м 3 ] рассчитывается как отношение поверхностной массы (G [г / м 2 ]) к толщине (h [мм]). Приблизительная объемная пористость всех образцов, обработанных аэрогелем, составляла около 93%. Поскольку образцы тканей были созданы из многослойных нетканых структур и рассчитать среднюю плотность волокон сложно. 15

    Плотность ткани (кг / м 3 ) рассчитывается как отношение поверхностной массы (G (г / м 2 )) к толщине (h (мм)).

    Плотность ткани = GhMathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVCI8FfYJH8YrFfeuY = Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbb a9q8WqFfeaY = biLkVcLq = JHqpeea0 = as0Fb9pgeaYRXxe9vr0 = vr 0 = vqpWqaaeaabiGaciaacaqabeaadaqaaqaaaOqaaKqzGeGaamOrai aadggacaWGIbGaamOCaiaadMgacaWGJbaeaaaaaaaaa8qacaGGGcGa amiraiaadwgacaWGUbGaam4CaiaadMgacaWG0bGaamyEaiabg2da9K qbaoaalaaakeaajugibiaadEeaaOqaaKqzGeGaamiAaaaaaaa @ 4835 @ (1)

    Методы

    Микроскопический анализ : Образцы нетканого материала были охарактеризованы с помощью SEM (VEGA TESCAN Inc.США) на 30 кВ и конфокальный микроскоп (конфокальный сканирующий инфракрасный лазерный микроскоп OLYMPUS, LEXT LS3000-IR). СЭМ обеспечивает подробные изображения образцов с высоким разрешением с помощью сфокусированного электронного луча по поверхности и обнаружения вторичного или обратно рассеянного электронного сигнала. Он обеспечивает изображения с увеличением до ~ X50 000, что позволяет видеть детали субмикронного масштаба, то есть далеко за пределами диапазона оптических микроскопов. Это полезно для характеристики частиц и дефектов в материале, а также для исследования зеренной структуры и эффектов сегрегации в структуре ткани.

    Прибор для измерения воздухопроницаемости

    Принцип действия прибора для измерения воздухопроницаемости FX 3300 основан на измерении воздушного потока, проходящего через ткань при определенном градиенте давления Δp. В этом приборе любая часть ткани может быть помещена между чувствительными круглыми зажимами (дисками) без разрушения одежды. Поскольку ткань прочно закреплена по окружности (чтобы воздух не выходил), размеры ткани не играют никакой роли.Между зажимами и рамой прибора также достаточно места, что позволяет проводить измерения на больших образцах. 14

    Измерение тепловых свойств

    Существует множество методов и методик измерения теплопроводности, каждый из которых подходит для ограниченного диапазона материалов, в зависимости от тепловых свойств и температуры среды. Методы испытаний для определения тепловых свойств любого материала можно разделить на стационарные и переходные.Основное различие между этими двумя методами заключается в том, что в установившемся режиме требуется, чтобы образец достиг стабильной температуры испытания, и, следовательно, требует много времени. Методы переходного состояния выполняют измерения в процессе нагрева или охлаждения и могут выполняться быстро.

    Связь между тепловым потоком и температурным градиентом: закон Фурье : Эмпирическая зависимость между скоростью проводимости в материале и температурным градиентом в направлении потока энергии была впервые сформулирована Фурье в 1822 году 16 , который пришел к выводу, что « тепловой поток за счет теплопроводности пропорционален величине температурного градиента и противоположен ему по знаку ».Для процесса однонаправленной проводимости это наблюдение может быть выражено уравнением (2):

    Q = λAL (T1 − T2) MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVCI8FfYJH8YrFfeuY = Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbb a9q8WqFfeaY = biLkVcLq = JHqpeea0 = as0Fb9pgeaYRXxe9vr0 = vr 0 = vqpWqaaeaabiGaciaacaqabeaadaqaaqaaaOqaaKqzGeGaamyuai abg2da9KqbaoaalaaakeaajugibiabeU7aSjaadgeaaOqaaKqzGeGa amitaaaajuaGdaqadaGcbaqcLbsacaWGubWcdaWgaaqaaKqzadGaaG ymaaWcbeaajugibiabgkHiTiaadsfalmaaBaaabaqcLbmacaaIYaaa leqaaaGccaGLOaGaayzkaaaaaa @ 479A @ (2)

    Скорость теплового потока пропорциональна разнице температур между двумя телами.Образец ткани толщиной L с разницей температур (T1-T2) испытывает тепловой поток Q, где λ – константа пропорциональности, называемая теплопроводностью (Вт / мK).

    Определение теплопроводности в установившемся режиме : Теплопроводность в установившемся режиме рассчитывалась по уравнению (3):

    λ = Qd (T1 − T2) MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVCI8FfYJH8YrFfeuY = Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbb a9q8WqFfeaY = biLkVcLq = JHqpeea0 = as0Fb9pgeaYRXxe9vr0 = vr 0 = vqpWqaaeaabiGaciaacaqabeaadaqaaqaaaOqaaKqzGeGaeq4UdW Maeyypa0tcfa4aaSaaaOqaaKqzGeGaamyuaiaadsgaaOqaaKqbaoaa bmaakeaajugibabaaaaaaaaapeGaamivaSWdamaaBaaabaqcLbmape GaaGymaaWcpaqabaqcLbsapeGaeyOeI0IaamivaSWdamaaBaaabaqc LbmapeGaaGOmaaWcpaqabaaakiaawIcacaGLPaaaaaaaaa @ 46E9 @ [Вт / мК] (3)

    Где q – количество тепла, проходящего через единицу площади образца за единицу времени [Вт / м2]; d – расстояние между двумя сторонами образца [м]; T1 – температура на более теплой стороне образца [K]; T2 – температура на более холодной стороне образца [K]. 15

    Количество переданного тепла q указано в уравнении (4):

    q = QAMathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVCI8FfYJH8YrFfeuY = Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbb a9q8WqFfeaY = biLkVcLq = JHqpeea0 = as0Fb9pgeaYRXxe9vr0 = vr 0 = vqpWqaaeaabiGaciaacaqabeaadaqaaqaaaOqaaKqzGeGaamyCai abg2da9KqbaoaalaaakeaajugibiaadgfaaOqaaKqzGeGaamyqaaaa ааа @ 3BE2 @ (4)

    Где Q – количество тепла, проходящего через основание образца [Вт].Базовая площадь образца [м2].

    Инструмент ALAMBETA

    Alambeta моделирует сухую кожу человека, и ее принцип зависит от математической обработки динамики теплового потока, проходящего через тестируемую ткань, из-за различных температур нижней измерительной пластины (22˚C) и измерительной головки (32˚C). Когда образец вставлен, измерительная головка опускается вниз, касается тканей, и уровни теплового потока обрабатываются в компьютере, и оцениваются теплофизические свойства измеряемого образца.Он позволяет измерять следующие тепловые параметры: теплопроводность, коэффициент поглощения тепла, тепловое сопротивление и толщину образца. Измерение длится всего несколько минут. Таким образом, возможны надежные измерения на влажных тканях, поскольку влажность образца во время измерения остается почти постоянной. 14

    Анализатор теплопроводности C-Therm (TCi) : Принцип работы прибора (TCi) основан на последовательно включенных проводниках относительно направления теплового потока.Отношение падения температуры на проводниках равно отношению их термического сопротивления. Таким образом, если последовательно измерить падение температуры на материале с известным термическим сопротивлением (стандартное сопротивление) и на испытуемом образце, то можно оценить тепловое сопротивление испытуемого образца.

    TCi (рис. 1), разработанный компанией C-Therm, измеряет теплопроводность небольшого образца с использованием метода модифицированного источника переходной плоскости (MTPS). TCi состоит из датчика, устройства управления мощностью и компьютерного программного обеспечения, как показано на рисунке 1.Источник тепла спирального типа расположен в центре датчика, где вырабатывается тепло. Вырабатываемое тепло попадает в материал через датчик, при этом на источнике нагрева быстро происходит падение напряжения. Анализатор теплопроводности C-Therm Tci позволяет определять точные значения теплопроводности и термического эффекта нетканого материала, обработанного аэрогелем, при отрицательных температурах без тщательной подготовки образца или повреждения образца. Этот высокоточный метод основан на методе источника переходной плоскости (TPS).Основное различие между традиционными и модифицированными методами TPS (MTPS) заключается в том, что модифицированный метод предлагает односторонний интерфейс по сравнению с требованиями двустороннего интерфейса традиционной версии. Метод MTPS имеет много преимуществ по сравнению с другими доступными методами тестирования, например защищенная горячая пластина, горячая проволока или горячий зонд. Неинвазивный характер датчиков MTPS C-Therm TCi позволяет тестировать материалы любого размера на месте или в лабораториях без разрушения образца.Более того, тестирование можно провести за секунды и получить стабильные и точные результаты. C-ThermTCi состоит из датчика, устройства управления мощностью и компьютерного программного обеспечения, как показано на рисунке 1. Источник нагрева спирального типа расположен в центре датчика, где вырабатывается тепло. Вырабатываемое тепло попадает в материал через датчик, при этом на источнике нагрева быстро происходит падение напряжения. Теплопроводность рассчитывается по данным падения напряжения. Для этого использовался стандартный метод испытаний EN 61326-2-4: 2006 15 .

    Рис. 1 Анализатор теплопроводности C-Therm (TCi).

    Прибор, изготовленный по индивидуальному заказу: Новый прибор работает в соответствии с передачей тепла в установившемся состоянии, как описано в BS 4745: 1971. Метод нагрева с одной пластиной использовался в качестве эталона для изготовления этого прибора на рисунке 2. В методе с одной пластиной (рисунок 3) испытуемый образец помещается на нагреваемую нижнюю пластину, покрытую 100% хлопком в качестве внешней ткани, поскольку Вопрос теплового контакта тоже очень важен.Во время измерения к исследуемому образцу прикладывали фиксированное давление (10 г / см2), что обеспечивает хороший контакт без деформации текстильной структуры. Температура поверхности внешней ткани измеряется инфракрасным термометром.

    Рисунок 2 Принципиальная схема специализированного прибора для измерения тепловых свойств.

    Рис. 3 Принципиальная схема вновь изготовленного прибора (метод одной пластины).

    Прибор использовали для определения температуры в различных местах ткани, обработанной аэрогелем. По этим измерениям были рассчитаны теплопроводность и термическое сопротивление. Образец помещали в климатическую температурную систему (камеру), работающую в диапазоне температур от (-70˚C до + 180˚C). Прибор измеряет перенос тепла через текстильный материал. Образец для испытаний помещали на цилиндрическую нагревательную плиту, которая подключена к водяной бане цифрового термостата, где температура кожи поддерживается на уровне ~ 33 ° C, как показано на рисунке 2.Образец для испытаний помещали на горячую плиту, а внешнюю ткань (100% гладкую хлопчатобумажную ткань) накладывали на образец для испытаний, прикладывая вес 10 г с каждой стороны. Для измерения изменений температуры использовались две термопары и датчики теплового потока. Первый (T1) закрепляется на поверхности испытуемого образца, которая касается горячей пластины, а второй (T2) закрепляется на поверхности, покрытой внешней тканью. Нагревательная плита была отрегулирована на постоянную температуру кожи, а климатическая система температуры была отрегулирована на контролируемую постоянную разность температур.Датчики теплового потока действуют на обе поверхности ткани. С помощью термопар можно измерить разницу температур между верхней и внутренней стороной испытуемого образца. Инфракрасный термометр использовался для измерения изменений температуры на поверхности внешней ткани. Основной принцип измерения подразумевает измерение и обработку тепловых потоков в зависимости от времени.

    Прибор измеряет параметры:

    1. Температура поверхности испытуемого образца, контактирующей с кожей (T1),
    2. Температура на поверхности ткани, которая контактирует с внешней тканью (T2),
    3. Температура внутри климатической температурной камеры, которая устанавливается как температура окружающей среды от (+ 25˚C до -25˚C) (T3) и
    4. Температура на поверхности внешней ткани, измеряемая инфракрасным термометром (T4) 15 .

    Эксперименты с использованием различных методов измерения теплопроводности, теплового сопротивления, тепловой конвекции, воздухопроницаемости и микроскопического анализа были проведены для всех образцов ткани. Перед проведением измерений все образцы кондиционировали в стандартных атмосферных условиях (20 ± 2 ° C, 65% ± 2% относительной влажности) в течение 24 часов. Для каждого образца были взяты средние значения по 10 измерениям и рассчитаны средние значения тепловых свойств.Статистический анализ протестированных данных проводился с использованием программного обеспечения для анализа данных ORIGIN LAB (origin pro 8).

    Микроскопический анализ

    Отложение аэрогеля в ткани между волокнами наблюдалось на рисунке 4. На рисунках 5a и 5b показаны изображения, полученные с помощью конфокального микроскопа. На изображениях отчетливо видны частицы аэрогеля, находящиеся между волокнами. Межволоконные промежутки хорошо видны на рисунке 5а. Микропространство между волокнами заполнено частицами аэрогеля.На рис. 5b показан тот же образец при большем увеличении. Видно, что аэрогель покрывает поверхность отдельных волокон и равномерно распределяется в структуре. СЭМ-изображения показаны на рисунке 4. Можно четко наблюдать отложение аэрогеля на волокнах. Эти изображения дают более четкое представление об осаждении частиц аэрогеля кремнезема на поверхности волокна. Расположение волокон играет жизненно важную роль в определении плотности и, следовательно, пористости нетканых материалов.

    Рис. 4 СЭМ-изображения нетканых материалов, обработанных аэрогелем.

    Рис. 5 Изображения, полученные на конфокальном микроскопе для нетканого материала, обработанного аэрогелем.

    Воздухопроницаемость

    Воздухопроницаемость – это мера потока воздуха, проходящего через заданный участок ткани. Этот параметр в значительной степени влияет на тепловые комфортные свойства тканей.Принято считать, что воздухопроницаемость ткани зависит от ее воздушной пористости, которая, в свою очередь, влияет на ее открытость. Благодаря большей пористости получается более проницаемая ткань. Результаты статистического анализа показали, что значения воздухопроницаемости испытанных нетканых материалов имеют значимость (p = 0,005). На рис. 6 показана воздухопроницаемость ткани при различных уровнях давления. Результат показывает, что воздухопроницаемость прямо пропорциональна уровню давления.При сравнении десяти тканей воздухопроницаемость выше у образцов M1 и M2. Это может быть связано с тем, что воздухопроницаемость связана с пористой структурой ткани и прямо пропорциональна проценту пористости ткани. Также было замечено, что при повышении уровня давления увеличивается и расход. Независимо от различных уровней давления воздухопроницаемость образцов от S1 до h3 была низкой. Это можно объяснить слоистой структурой и высокой пористостью.

    Рис. 6 Воздухопроницаемость ткани при различных уровнях давления.

    Сравнение Alambeta и TCi

    Теплопроводность : Теплопроводность – это передача тепла от одной части тела к другой, с которой она контактирует. Теплопроводность (λ) определяется как способность материала передавать тепло и измеряется в ваттах на квадратный метр площади поверхности при градиенте температуры 1 К на единицу толщины 1 м.Теплопроводность не всегда постоянна. Основными факторами, влияющими на теплопроводность, являются плотность материала, влажность материала и температура окружающей среды. С увеличением плотности, влажности и температуры окружающей среды увеличивается и теплопроводность. Важную роль играет внутренняя структура материалов. Материалы с очень небольшим количеством твердого вещества и большой долей пустот имеют самую низкую теплопроводность. Теплопроводность воздуха постоянна при определенной температуре; Теплопередача в ткани может подвергаться некоторым изменениям в зависимости от различной теплопроводности составляющих волокон.Объемная доля волокон в ткани представлена ​​плотностью ткани, которая связана с объемной долей воздуха, задержанного в ткани (или пористостью ткани). Для нетканых материалов плотность является основным фактором, способствующим теплопередаче через ткани. На рисунке 7 показано сравнение теплопроводности, рассчитанной для составляющего волокнистого материала от Alam beta и TCi. Теплопроводность нетканых материалов зависит от многих факторов, включая температуру окружающей среды, теплопроводность твердых полимерных материалов, а также размерные и структурные параметры ткани, такие как плотность ткани, пористость ткани и расположение волокон.Результаты дисперсионного анализа (ANOVA) показывают, что плотность ткани влияет на значения теплопроводности нетканого материала, обработанного аэрогелем (p = 0,005).

    Рисунок 7 Теплопроводность (Alambeta & TCi).

    Термическое сопротивление : Термическое сопротивление зависит от толщины и теплопроводности ткани и является очень важным параметром с точки зрения теплоизоляции, а также пропорционально структуре ткани.Первоначальные измерения толщины тканей проводились в расслабленных условиях. Рисунок 8 показывает, что термическое сопротивление образца S1, S2, h2, h3, M1 и M2 ниже, чем у образцов S4, S5 и S6. Было обнаружено, что образцы с большей толщиной имеют более высокое термическое сопротивление независимо от различных давлений. За счет увеличения толщины увеличивается теплоизоляция и снижаются тепловые потери за счет изолированного тканью пространства. Это может быть связано с присутствием в ткани частиц аэрогеля.Из рисунка 8 видно, что нет большой разницы в тепловом сопротивлении при разных уровнях давления. В идеальном случае, когда все образцы (от S1 до S6) имеют одинаковую теплопроводность, линия на рисунке 8 должна иметь точку пересечения, равную 0, и наклон, равный 1 / теплопроводность. Интересно, что линия, рассчитанная методом наименьших квадратов, следует этому предположению и примерно все испытанные образцы имеют одинаковую теплопроводность. Статистический анализ показывает, что толщина ткани имеет очень значительное влияние на термическое сопротивление (p = 0.004).

    Рисунок 8 Термическое сопротивление (Alambeta & TCi).

    Корреляция TCi и Alambeta при комнатной температуре : Прибор TCi и Alambeta коррелировали на основе результатов теплопроводности и теплового сопротивления, измеренных при комнатной температуре. Результаты по теплопроводности инструментов показали лучшую корреляцию (R2> 0,62), как показано на рисунке 9 (R-квадрат – статистическая мера того, насколько близки данные к подобранной линии регрессии).Из-за преобладания в пористой структуре образцов низкой проводимости замкнутого воздуха, проводимость ткани в основном постоянна для тканей разной толщины.

    Рисунок 9 Корреляция теплопроводности.

    Следовательно, теплоизоляция пропорциональна толщине ткани. Общее тепловое сопротивление передаче тепла от тела к окружающей среде включает три эффективных компонента, а именно: сопротивление теплопередаче от поверхности материала к окружающей среде, тепловое сопротивление самого материала одежды и тепловое сопротивление воздуха, заключенного внутри ткани.Корреляция двух приборов для определения теплового сопротивления показана на рисунке 10. Тепловое сопротивление обоих приборов хорошо коррелирует со значением около R2> 0,93. Корреляция доказывает, что два прибора подходят для измерения тепловых свойств только при комнатной температуре.

    Влияние температуры на теплопроводность и сопротивление : Температурные колебания в каждой точке для испытуемых образцов менялись с изменением температуры климатической камеры (температуры окружающей среды).Температура материалов определяется тепловой энергией в виде кинетической энергии неупорядоченного движения молекул. 15 Температурный градиент является важным фактором при расчете теплопроводности испытуемых образцов. Эта разница в температурном градиенте может быть связана с разным типом нетканого материала. Аэрогель является основным компонентом в структуре нетканого материала, блокирующим воздушные карманы внутри своей высокопористой структуры, которая обеспечивает теплоизоляцию и, таким образом, считается полезной для таких применений.Теплопроводность при различных температурах воздействия (от + 25 ° C до -25 ° C) в ходе экспериментов показана на рисунке 11. Из рисунка видно, что изменения температуры ткани быстро увеличиваются на начальной стадии воздействия. Это может быть связано с тем, что разница температур между образцом ткани и открытым воздухом высока на ранней стадии процесса экспонирования. По мере стабилизации температуры вариации уменьшались. Можно заметить, что разница температур между внутренней и внешней поверхностями испытуемого образца увеличивалась по мере увеличения толщины образца.Более объемный образец с более низкой плотностью и большим количеством воздушных пор внутри оказался более эффективным в изоляции потока тепла от горячей пластины к внешней среде. Это означает, что человеческое тело может дольше поддерживать температуру кожи с изоляционным материалом большей толщины и большей пористости. 15

    Теплопроводность увеличивается с увеличением плотности ткани, а также при постоянной толщине ткани; и ниже плотности 60 кг / м3 увеличение толщины ткани приводит к повышенной теплоизоляции и уменьшению колебаний температуры ткани (до оптимального уровня).Увеличение отношения веса к толщине вызывает увеличение эффективной теплопроводности из-за увеличения контакта волокна с волокном и плотности упаковки. Это вызывает увеличение извилистости, то есть средней длины свободного пробега для фотонов, и поэтому меньше тепла проходит через каналы в нетканом материале. 15 Независимо от формы материала нетканый материал, обработанный аэрогелем, действует как изолирующий слой с постоянной проводимостью. Из рисунка 11 видно, что теплопроводность образцов не показала существенной разницы в зависимости от температуры окружающей среды.Из-за открытой пористой структуры и нерегулярной сетки пор аэрогеля, присутствующего в структуре ткани, теплопроводность твердых тел и газовая теплопроводность также уменьшаются. Это уменьшение происходит из-за эффекта Кнудсена, когда возбужденные молекулы газа, которые входят в структуру с открытыми порами кремнеземного аэрогеля, сталкиваются с поверхностью аэрогеля и передают свою энергию поверхности. Это уменьшает движение газа, тем самым ограничивая газовую теплопроводность аэрогеля кремнезема.Также обнаружено, что газовую теплопроводность можно снизить на 33%, поместив аэрогель в вакуум. Образец 1 показал более низкую проводимость по сравнению с другими образцами из-за относительно более высокого процента содержания аэрогеля. Образцы, обработанные аэрогелем, показали лучшую теплоизоляцию по сравнению с другими образцами при экстремальных температурах. 15

    Рисунок 10 Корреляция теплового сопротивления.

    Рис. 11 Теплопроводность (новый прибор).

    Определение термического сопротивления при различных температурах : Термическое сопротивление (сопротивление тепловому потоку) обратно пропорционально теплопроводности λ. Поскольку λ примерно постоянна для данного состава материала, термическое сопротивление примерно пропорционально толщине ткани. Таким образом, толщина одежды определяет ее термическое сопротивление и обеспечивает защиту от холода.Потери тепла зависят от толщины изоляции и покрытия кожи. Зимняя одежда, как правило, закрывает большую часть тела, чем летняя. На рисунке 12 показано, как температура окружающей среды влияет на результат в почти линейной зависимости между толщиной ткани (выраженной как объем изоляционного материала на единицу площади ткани) и изоляцией. Равномерное распределение тепла обеспечивает лучшую изоляцию в очень холодных условиях. Теплоизоляция увеличивается с толщиной из-за увеличения количества замкнутого воздуха, тогда как если толщина остается постоянной, то теплоизоляция уменьшается с увеличением веса, поскольку количество замкнутого воздуха уменьшается.На значение теплоизоляции пористого нетканого материала низкой плотности влияет сжатие, и, следовательно, слоистая структура нетканого материала, обработанного аэрогелем, обеспечивает лучшую изоляцию из-за хорошей восстанавливаемости при сжатии. 15 Можно заметить, что образцы 2, 3, 4, 5 и 6 имеют более высокое сопротивление по сравнению с образцами 1, h2 и h3. Таким образом, можно утверждать, что толщина и присутствующий аэрогель оказали более сильное влияние на изоляцию по сравнению с составом материала.Одно интересное наблюдение заключается в том, что тепловое сопротивление выше при более низких температурах, несмотря на почти одинаковую проводимость при всех температурах (Рисунок 12). Это в основном связано с природой непористого воздуха в конструкции, который обеспечивает более высокую изоляцию при гораздо более высоком температурном градиенте. Однако после определенного уровня стабилизации их теплоизоляционная способность снижается, и сопротивление также заметно снижается. 15

    Рисунок 12 Термическое сопротивление (новый прибор).

    Был исследован с помощью одностороннего дисперсионного анализа (ANOVA) с уровнем достоверности 95%. Наблюдалась значительная разница (p <0,05). Результат дисперсионного анализа (ANOVA) представлен как F-статистика и связанные с ней степени свободы с пределом значимости (значение p). Здесь F-статистика ANOVA представляет собой соотношение вариации между группами и вариации внутри группы. Большая буква F свидетельствует против H0 (нулевая гипотеза), поскольку указывает на то, что между группами больше различий, чем внутри групп.ANOVA был проведен для анализа результатов с уровнем достоверности 95%. Наблюдалась значительная разница (p <0,05) в свойствах термического сопротивления и проводимости нетканых материалов разной толщины.

    Корреляция экспериментальных и теоретических данных

    Корреляция между экспериментальными и теоретическими данными показана на рисунках 13 и 14. Теоретически рассчитанные данные коррелировали с данными измерений трех приборов, а именно, аламбета, TCi и прибора, изготовленного по индивидуальному заказу.Теоретические данные были рассчитаны по формулам, приведенным ниже:

    Рис. 13 Теплопроводность (экспериментальные данные и теоретические данные).

    Коэффициент теплопроводности при параллельном расположении λhP (верхний предел) равен

    λhp = Pλa + (1 − P) λfMathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVCI8FfYJH8YrFfeuY = Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbb a9q8WqFfeaY = biLkVcLq = JHqpeea0 = as0Fb9pgeaYRXxe9vr0 = vr 0 = vqpWqaaeaabiGaciaacaqabeaadaqaaqaaaOqaaKqzGeGaeq4UdW wcfa4aaSbaaSqaaKqzGeGaamiAaiaadchaaSqabaqcLbsacqGH9aqp caWGqbGaeq4UdWwcfa4aaSbaaSqaaKqzGeGaamyyaaWcbeaajugibi abgUcaRKqbaoaabmaakeaajugibiaaigdacqGHsislcaWGqbaakiaa wIcacaGLPaaajugibiabeU7aSjaadAgaaaa @ 4B92 @ (5)

    Для серийных устройств коэффициент теплопроводности λhS (нижний предел) определяется как

    .

    λhs = λa λfPλf + π (1 − P) λaMathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVCI8FfYJH8YrFfeuY = Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbb a9q8WqFfeaY = biLkVcLq = JHqpeea0 = as0Fb9pgeaYRXxe9vr0 = vr 0 = vqpWqaaeaabiGaciaacaqabeaadaqaaqaaaOqaaKqzGeGaeq4UdW 2cdaWgaaqaaKqzadGaamiAaiaadohaaSqabaqcLbsacqGH9aqpjuaG daWcaaGcbaqcLbsacqaH7oaBjuaGdaWgaaWcbaqcLbmacaWGHbaale qaaKqzGeaeaaaaaaaaa8qacaGGGcGaeq4UdWwcfa4aaSbaaSqaaKqz adGaamOzaaWcbeaaaOWdaeaajugibiaadcfacqaH7oaBjuaGdaWgaa WcbaqcLbmacaWGMbaaleqaaKqzGeGaey4kaSIaeqiWdaxcfa4aaeWa aOqaaKqzGeGaaGymaiabgkHiTiaadcfaaOGaayjkaiaawMcaaKqzGe Gaeq4UdW2cdaWgaaqaaKqzadGaamyyaaWcbeaaaaaaaa @ 5C38 @ (6)

    Реальный состав волокон и воздушных фаз может быть представлен линейной комбинацией параллельных и последовательных структур.Компромисс состоит в том, чтобы вычислить среднюю теплопроводность полого волокна λh как среднее арифметическое между верхним и нижним пределом.

    λh = λhp + λhs2MathType @ MTEF @ 5 @ 5 @ + = feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVCI8FfYJH8YrFfeuY = Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbb a9q8WqFfeaY = biLkVcLq = JHqpeea0 = as0Fb9pgeaYRXxe9vr0 = vr 0 = vqpWqaaeaabiGaciaacaqabeaadaqaaqaaaOqaaKqzGeGaeq4UdW wcfa4aaSbaaSqaaKqzadGaamiAaaWcbeaajugibiabg2da9Kqbaoaa laaakeaajugibiabeU7aSLqbaoaaBaaaleaajugWaiaadIgacaWGWb aaleqaaKqzGeGaey4kaSIaeq4UdWwcfa4aaSbaaSqaaKqzadGaamiA aiaadohaaSqabaaakeaajugibiaaikdaaaaaaa @ 4BB5 @ (7)

    Параллельная / последовательная структура дает прогноз из первых рук и дает разумную точность прогнозирования для практического применения благодаря своей простоте.Теоретически рассчитанные и экспериментальные данные представлены в таблице 3.

    No образца

    Плотность ткани (кг / м 3 )

    λ л.с.

    λ hs

    Рассчитано, λh
    Вт.м -1 .K -1

    Экспериментальная (теплопроводность)

    Расчетное тепловое сопротивление

    Экспериментальный (термическое сопротивление)

    TCi

    Аламбета

    Изготовлено на заказ

    TCi

    Аламбета

    Изготовлено на заказ

    S1

    79.66

    0,0394

    0,0255

    0,0324

    0,034

    0,0251

    0,0207

    0,1053

    0,1006

    0,1368

    0,1687

    S2

    80.42

    0,0396

    0,0256

    0,0325

    0,0333

    0,0276

    0,0364

    0,1907

    0,1868

    0,2252

    0,1702

    S3

    66.73

    0,037

    0,0253

    0,0311

    0,0335

    0,0274

    0,0386

    0,2122

    0,1972

    0,241

    0,181

    S4

    66.39

    0,0369

    0,0253

    0,0311

    0,0414

    0,0315

    0,0469

    0,2591

    0,1948

    0,2611

    0,2219

    S5

    65.99

    0,0368

    0,0253

    0,031

    0,0396

    0,0336

    0,0459

    0,358

    0,2805

    0,3278

    0,2886

    S6

    68.33

    0,0373

    0,0253

    0,0313

    0,0407

    0,0368

    0,0416

    0,4408

    0,3387

    0,3753

    0,3291

    h2

    43.06

    0,0358

    0,0255

    0,0306

    0,044

    0,0312

    0,0458

    0,3047

    0,2122

    0,1824

    0,1672

    h3

    50.64

    0,0372

    0,0256

    0,0313

    0,0434

    0,0326

    0,0479

    0,2563

    0,1854

    0,1686

    0,1678

    M1

    55.2

    0,032

    0,0251

    0,0285

    0,042

    0,0328

    0,0324

    0,0647

    0,043

    0,0558

    0,0557

    М2

    68.39

    0,0339

    0,0253

    0,0296

    0,043

    0,0359

    0,0322

    0,0514

    0,036

    0,0433

    0,0563

    Таблица 3 Расчетные и экспериментальные данные

    Из (Рисунок 13) (Рисунок 14) видно, что корреляция между расчетными и экспериментальными данными теплопроводности была около R2 = 0.54, а тепловое сопротивление было около R2 = 0,95 для всех инструментов. Поскольку корреляция между теоретическим расчетом и экспериментальными данными хорошая, мы можем сделать вывод, что данные, полученные в результате экспериментов, теоретически совместимы.

    Рисунок 14 Термическое сопротивление (экспериментальные данные и теоретические данные).

    Целью данного исследования было изучение термодинамических свойств различных изоляционных материалов при комнатной температуре.Эксперименты Alambeta и TCi подтвердили, что теплопроводность волокнистых материалов была значительной. Было обнаружено, что термическое сопротивление (Rct) ткани, которое зависит от пограничного слоя воздуха, прямо пропорционально толщине ткани. При сравнении различных образцов было обнаружено, что образец с обработкой аэрогелем имеет более высокое термическое сопротивление (Rct). С увеличением процента нанопористости увеличивается и воздухопроницаемость за счет структуры на основе аэрогеля. Независимо от различных уровней давления воздухопроницаемость нетканого материала, обработанного аэрогелем, и нетканого материала, перфорированного иглой, была незначительной.В случае одежды для холодной погоды чрезвычайно важно повышенное тепловое сопротивление. Инструменты, изготовленные на заказ, оказались эффективными, поскольку они измеряли устойчивые теплофизические свойства (теплоизоляционные свойства) даже при отрицательных температурах. Проведен сравнительный анализ тепловых свойств при различных отрицательных температурах. Результаты показали, что температура не оказывает большого влияния на теплопроводность нетканых материалов, обработанных аэрогелем.Было обнаружено, что образцы тканей на основе аэрогеля обладают значительно низкой теплопроводностью и высоким термическим сопротивлением даже при экстремальных температурах. Это может быть связано с плотностью ткани и влиянием аэрогеля, присутствующего в структурах, и оказывает значительное влияние на термические свойства нетканых материалов, обработанных аэрогелем. Различия в термическом поведении образцов, обработанных аэрогелем, были связаны с различиями в толщине. Данные, полученные в результате экспериментов, были сопоставлены с теоретически рассчитанными данными и оказались в хорошем соответствии.

    Эта работа была поддержана чешско-индийским проектом [номер гранта: DEBEL-19027] и проектом № L1213 программы NPU в Чешской Республике.

    Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов при публикации статьи.

    1. Матусяк М. Исследование теплоизоляционных свойств многослойных тканей. Волокна и текстиль в Восточной Европе . 2006; 14 (5): 98‒102.
    2. Frydrych I, Dziworska G, Bilska J.Сравнительный анализ теплоизоляционных свойств тканей из натуральных и искусственных целлюлозных волокон. Волокна и текстиль в Восточной Европе . 2002; 39: 40–44.
    3. Hunt AJ, Jantzen CA, Cao W. Аэрогель – высокоэффективный изоляционный материал при давлении 0,1 бар. В: Могилы Р.С., Высоцкий Д.К., редакторы. Изоляционные материалы: испытания и применение . Американское общество испытаний и материалов, Филадельфия, США; 1991. с. 455.
    4. Кистлер СС.Когерентные вспененные аэрогели. J Physical Chemistry-US . 1931; 36 (1): 52–64.
    5. Xie T, He YL, Hu ZJ. Теоретическое исследование теплопроводности композиционного изоляционного материала из силикагеля и аэрогеля. Международный Журнал тепломассообмена . 2013; 58: 540–552.
    6. Мартин Младший, Ягненок Германия. Измерение теплопроводности нетканых материалов динамическим методом. Текстильный исследовательский журнал. , 1987; 57 (12): 721–727.
    7. Mao N, Russell SJ. Теплоизоляционные свойства дистанционных тканей с механически интегрированной поверхностью шерстяных волокон. Текстиль Research Journal . 2007; 77 (12): 914–922.
    8. Fohr J, Couton PD, Treguier G. Динамическая передача тепла и воды через многослойные ткани. Текстильный исследовательский журнал. 2002; 72 (1): 1–12.
    9. Шнайдер AM, Hoschke BN. Передача тепла через влажные ткани. Журнал исследований текстиля . 1992; 62 (2): 61–66.
    10. Британские стандарты. Метод определения термического сопротивления тканей согласно BS 4745 . Британский институт стандартов, Лондон, Великобритания; 1971.
    11. ASTM. Стандартный метод испытания теплопередачи текстильных материалов, в ASTM D 1518-85, West Conshohocken, Филадельфия, США; 1990.
    12. Sensora. Инструкции по эксплуатации приборов аламбета, перметест .Зарегистрированная компания в г. Либерец, г. Либерец, Чехия. 1990.
    13. Венкатараман М., Мишра Р., Милитки Дж. И др. Нанопористые волокнистые материалы на основе аэрогеля для теплоизоляции. Волокна и Полимеры . 2014; 5 (7): 1444–1449.
    14. Венкатараман М., Мишра Р., Винер Дж. И др. Новые методы анализа тепловых характеристик покрытых аэрогелем одеял при экстремальных температурах, Журнал Текстильного института., 2014; 106 (7): 736–747.
    15. Фурье Ж. Аналитическая теория тепла. Нью-Йорк, США; 1995. стр. 1‒489.
    16. Аль-Сулейман Ф.А., Ягуб Н. Аль-Нассар, Эсмаил М.А. Мохеймер. Численное прогнозирование теплопроводности волокон. Тепло и массообмен . 2006; 42 (5): 449–456.

    Рефбэков

    • На данный момент рефбеков нет.

    Авторские права (c) 2020 Mohanapriya MohanapriyaRajesh RajeshJiri Jiri

    Исследование теплопроводности ПТГ в вакууме при комнатной температуре: AIP Advances: Том 8, № 5

    Как упоминалось ранее, полная теплопередача ПТГ в вакууме включает твердую проводимость и излучение.Итак, теплопроводность шести типов HGM (T17, T20, T22, T25, T32 и T40) в вакууме при комнатной температуре была рассчитана на основе твердой проводимости, излучения и полной теплопроводности по уравнениям (1) – (4), результаты показаны в Таблице II и представлены на Рис. 4. Как видно из Таблицы II и Рис. 4, проводимость твердого тела постепенно увеличивалась (с 9,6627E-04 до 5,0256E-03 Вт / м · К), а излучение медленно снижалось (от 4.7073E-03 до 9.6683E-04 Вт / м · K) от T17 до T40, расчетная теплопроводность показывала тенденцию сначала к снижению, а затем к увеличению.Расчетная теплопроводность шести типов ПТГ в вакууме при комнатной температуре находилась в диапазоне от 3,9802E-03 до 5,9925E-03 Вт / м · К. Однако теплопроводность ПТГ различной истинной плотности находилась в диапазоне 0,05-0,095 Вт / м · К без вакуума при комнатной температуре, согласно предыдущему исследованию. 17 17. Б. Ли, Дж. Юань, З. Ан и Дж. Чжан, Материалы Письма 65 (12), 1992–1994 (2011). https://doi.org/10.1016/j.matlet.2011.03.062 Это указывает на то, что теплопроводность ПТГ может сильно уменьшаться в вакууме при комнатной температуре согласно расчетам.Для проверки расчетов и изучения вакуумных изоляционных свойств ПТГ были проведены эксперименты, основанные на методе TPS, по измерению теплопроводности шести типов ПТГ без вакуума и высокого вакуума при комнатной температуре. Теплопроводность шести типов ПТГ ( Т17, Т20, Т22, Т25, Т32 и Т40) без вакуума и в высоком вакууме при комнатной температуре были измерены с помощью вышеупомянутого измерительного прибора. Результаты показаны в таблице III и представлены на рис. 5. Как видно из результатов, теплопроводность шести типов HGM при комнатной температуре находилась в диапазоне 4.От 2030E-02 до 6.3300E-02 Вт / м · К (без вакуума) и от 3.8160E-03 до 4.9660E-03 Вт / м · К (в вакууме). Среди них минимальная теплопроводность в высоком вакууме составила 3,8160E-03 Вт / м · К, полученная для образца Т22. Результаты показали, что экспериментальная теплопроводность HGM без вакуума при комнатной температуре была аналогична предыдущему исследованию. 17 17. Б. Ли, Дж. Юань, З. Ан и Дж. Чжан, Материалы Письма 65 (12), 1992–1994 (2011). https://doi.org/10.1016/j.matlet.2011.03.062 Результаты также показали, что экспериментальная теплопроводность ПТГ соответствовала результатам расчетов, и все они были уменьшены в 8-13 раз при высоком вакууме по сравнению с нет вакуума.Различия в теплопроводности ПТГ без вакуума и высокого вакуума в основном были вызваны газовой проводимостью и конвекцией между частицами, которые не учитывались в высоком вакууме. Теплопроводность HGM резко снизилась бы, если бы HGM находились в условиях высокого вакуума. Таким образом, ПТГ имеют потенциальное применение в области вакуумной изоляции, особенно в материале сердечника вакуумной изоляционной панели. Теплопроводность твердого тела, излучение, расчетные значения и экспериментальные значения при высоком вакууме и комнатной температуре представлены на рис.6. Как видно из рис. 6, тенденции расчетных значений и экспериментальных значений были аналогичны. Это указывает на то, что уравнения (1) – (4) подходят для расчета теплопроводности ПТГ. Из рисунка 6 также видно, что лучистая теплопередача играла основную роль в общей теплопередаче для образцов T17, T20, T22 и T25, а твердотельная проводимость играла основную роль в общей теплопередаче для образцов T32 и T40. Из Таблицы II и Рис. 6 видно, что теплопроводность твердой проводимости увеличилась с T17 до T40 в основном за счет увеличения объемной плотности HGM.Твердая проводимость HGM зависела от насыпной плотности и твердых материалов и не зависела от степени вакуума в соответствии с уравнениями (2) и (3). Если твердые материалы HGM остаются постоянными, увеличение объемной плотности от T17 до T40 (0,1000-0,2404 г / см 3 , показано в таблице I) приводит к увеличению твердой фракции (0,0698-0,1565, показано в таблице I), что приводит к проводимость твердых тел увеличилась (9.6627E-04-5.0256E-03 Вт / м · К, как показано в Таблице II). Теплопроводность радиационного теплообмена снизилась с T17 до T40, что в основном было связано с уменьшением отношения среднего размера частиц к твердой фракции (d / δ s ) ПТГ.Радиационная теплопередача увеличивается с увеличением отношения среднего размера частиц к твердой фракции, в то время как коэффициент излучения поверхности (ε) HGM остается постоянным в соответствии с уравнением (4). Теплопроводность излучения снизилась с 4,7073E-03 Вт / м · К до 9,6683E-04 Вт / м · К (от T17 до T40, как показано в Таблице II) как отношение среднего размера частиц к твердой фракции (d / δ s , показанное в таблице I) уменьшилось с 940,00 до 192,94. Таким образом, радиационная теплопередача ПТГ зависит не только от среднего размера частиц, но и от твердой фракции.Следовательно, теплопроводность в высоком вакууме может быть дополнительно снижена за счет уменьшения среднего размера частиц HGM (уменьшенная радиационная теплопередача), при этом объемная плотность HGM остается постоянной (проводимость твердого тела остается постоянной).

    Зависимость теплопроводности матов из целлюлозного волокна и матов из древесной стружки от плотности: исследование кажущейся теплопроводности крупных пор | Journal of Wood Science

    Зависимость плотности в значениях

    k

    На рисунке 3 показаны отношения между плотностью мата и значениями k для двух типов матов.{2} = \, 0. 5 3 7) $$

    (6)

    Статистический анализ разницы между двумя уравнениями регрессии показал, что не было значительной разницы между уравнениями. (5) и (6). Это указывает на то, что значение k матов CF не зависит от направления теплового потока в соответствии с максимально возможной точностью измерения в этом эксперименте. Напротив, маты WS показали плохую корреляцию между плотностью и значением k . Обнаружилась статистически значимая корреляция ( P <0.{2} = \, 0. 1 1 8) $$

    (7)

    Подробное исследование значимости различий между средними значениями k для двух направлений теплового потока было проведено для двух диапазонов плотности мата: нижней половины (60–80 кг / м 3 ) и верхняя половина (80–100 кг / м 3 ). Результаты показали, что не было значительной разницы в плотности нижней половины мата, но была небольшая разница в 2% (вверх <вниз) в верхней половине.{2} = \, 0,0 9 5) $$

    (9)

    Из уравнения. (8) было обнаружено, что значение k мата CF увеличивается примерно на 5% с каждыми 10 кг / м 3 увеличения плотности мата. Это говорит о том, что количество тепловых мостиков (которые способствуют теплопередаче за счет теплопроводности), образованных волокнами, увеличивается с увеличением плотности мата. Однако более пристальное рассмотрение рис. 3 показывает, что для плотностей более 50 кг / м 3 значение k имеет тенденцию к выравниванию.Дальнейшее изучение этого вопроса потребует большего количества экспериментальных данных с большим диапазоном плотностей мата.

    Хотя значимая корреляция ( P <0,01) была также обнаружена для матов WS, коэффициент корреляции был очень низким. Поэтому зависимость плотности матов WS от плотности k намного ниже, чем у матов CF; фактически наклон уравнения регрессии примерно в четыре раза больше для матов CF. Это можно объяснить распределением по размерам крупных пор в матах WS, поскольку маты с более низкой плотностью имеют тенденцию иметь более крупные крупные поры, в которых может происходить большая конвективная теплопередача, что приводит к более высоким значениям k .

    Разница в значениях

    k между матами CF и WS

    В этом эксперименте мы исследовали маты CF и WS с плотностью 60 кг / м 3 . На рис. 4 сравнивается внешний вид двух видов мата при такой плотности. Значения k , полученные из уравнений регрессии для матов CF и WS с плотностью 60 кг / м 3 , составляют 0,0364 и 0,0456 Вт / (мК) соответственно. Таким образом, значение k мата WS было в 1,25 раза выше, чем у мата CF.Если предположить, что сами материалы CF и WS имеют одинаковое твердое значение k , и, следовательно, теплопередача посредством твердой проводимости происходит в одинаковой степени при одинаковой плотности мата, указанная выше разница в значениях k , вероятно, вызвана разница в теплоотдаче через крупные поры.

    Рис.4

    Внешний вид поверхности мата CF ( слева ) и мата WS ( справа ) с плотностью 60 кг / м 3

    Теплопроводность и проводимость – NETZSCH Thermal Academy

    Теплопроводность и коэффициент диффузии являются наиболее важными теплофизическими параметрами материала для описания теплопередающих свойств материала или компонента.

    Теплопроводность (λ в единицах Вт / (м • К)) описывает перенос энергии в форме тепла через тело массы в результате температурного градиента (см. Рис. 1). Согласно второму закону термодинамики, тепло всегда течет в направлении более низкой температуры. Соотношение между переносимым теплом в единицу времени (dQ / dt или тепловой поток Q) и температурным градиентом (ΔT / Δx) через область A ( площадь, через которую тепло течет перпендикулярно с постоянной скоростью) описывается уравнением теплопроводности.

    Таким образом, теплопроводность – это специфическое свойство материала, используемое для характеристики устойчивого теплопереноса. Его можно рассчитать с помощью следующего уравнения:

    Температуропроводность ( a с единицей измерения 2 / с) – это специфическое свойство материала для характеристики нестационарной теплопроводности. Это значение описывает, насколько быстро материал реагирует на изменение температуры.

    Для прогнозирования процессов охлаждения или моделирования температурных полей необходимо знать коэффициент температуропроводности; это необходимое условие для решения дифференциального уравнения Фурье для нестационарной теплопроводности.

    Обзор значений теплопроводности и температуропроводности выбранных материалов приведен в таблице 1.

    Таблица 1: Значения теплопроводности и температуропроводности для различных материалов

    Мрамор
    Материал Теплопроводность / Вт / (м • К) Температуропроводность / мм 2 / с
    Алюминий 237 98,8
    Сталь 81 22.8
    Медь 399 117
    Плавленый кремнезем 1,40 0,87
    Гипс 0,51 0,47
    Полиэтилен 0,35 0,15
    2,8 1,35

    Источник: www.chemie.de/lexikon Информацию о теплопроводности других материалов можно найти в разделах «Тепловые свойства элементов», «Тепловые свойства керамики» и «Тепловые свойства». полимеров ».

    Представленные методы определения теплопроводности и температуропроводности отличаются друг от друга, прежде всего, рекомендуемой геометрией образца и достижимыми диапазонами температуропроводности и теплопроводности. Обзор подходящих размеров образцов показан в таблице 1.

    Таблица 1: Установленная геометрия образца

    или прямоугольный
    LFA GHP HFM * TCT
    Форма образца Квадратный Круглый или прямоугольный Прямоугольный (кубовидный)
    Количество деталей на образец 1 2 1 2
    Диаметр и / или длина кромки 6 мм до 25.4 мм 300 мм x 300 мм от 150 мм x 150 мм до 300 мм x 300 мм (или от 305 мм x 305 мм до 610 мм x 610 мм Не менее 200 мм x 100 мм (стандарт: 230 мм x 114 мм)
    Макс.толщина 6 мм 100 мм 100 мм (или 200 мм) 76 мм
    Мин. толщина 0,01 мм, в зависимости от свойств образца Прибл. 1 мм, в зависимости от образца Прибл. 5 мм 50 мм

    * Для разных размеров образца доступны две модели HFM

    Из-за их относительно большой емкости для образцов, HFM (измерители теплового потока) , GHP (Guarded Hot Plates) и TCT (Тестер теплопроводности, метод горячей проволоки) – методы прямого определения теплопроводности – в основном используются для неоднородных материалов образцов (изоляционных материалов).TCT 426 был специально разработан для испытаний огнеупорных материалов и керамики.

    Лазерные или световые импульсные аппараты (LFA) сконфигурированы для работы только с намного меньшими размерами образцов. Стандартные образцы имеют размер 12,7 мм и толщину от 2 до 3 мм.

    Обзор различных значений теплопроводности в зависимости от используемого метода можно увидеть на рисунке 1, а диапазоны температур – на рисунке 2.

    Метод лазерной или световой вспышки восходит к исследованиям Parker et al.в 1961 г.

    При проведении измерения нижняя поверхность плоскопараллельного образца (см. рис. 1) сначала нагревается коротким энергетическим импульсом. Результирующее изменение температуры на верхней поверхности образца затем измеряется инфракрасным детектором. Типичный ход сигналов представлен на рисунке 2 (красная кривая). Чем выше коэффициент температуропроводности образца, тем круче нарастание сигнала.

    Используя половинное время (t1 / 2, значение времени на половине высоты сигнала) и толщину образца (d), коэффициент температуропроводности (a) и, наконец, теплопроводность (λ) можно рассчитать с помощью формулы на рисунке 2. .Кроме того, удельная теплоемкость (cp) твердых тел может быть определена с использованием высоты сигнала (ΔTmax) по сравнению с высотой сигнала эталонного материала.

    Исследования LFA обычно занимают гораздо меньше времени, чем измерения теплопроводности с помощью GHP (охраняемая горячая плита), HFM (измеритель теплового потока) или TCT (тестер теплопроводности).

    Для точного измерения коэффициента температуропроводности a метод мгновенного измерения зарекомендовал себя как быстрый, универсальный и точный метод прямого измерения.NETZSCH предлагает в общей сложности три модели (LFA 467 HyperFlash , LFA 457 MicroFlash ® и LFA 427), которые охватывают широкий спектр материалов и диапазонов температур.

    Теплопроводность (λ) изоляционных материалов может быть определена непосредственно с помощью пластинчатых приборов (HFM = Heat Flow Meter или GHP = Guarded Hot Plate): сюда входит HFM 436 Lambda с его новыми расширенными возможностями измерения и GHP 456 Titan ® охраняемая горячая плита, это абсолютный метод, который не требует калибровки.

    Для определения теплопроводности огнеупорных материалов лучше всего подходит метод горячей проволоки (TCT = Тестер теплопроводности).

    Перечисленные выше инструменты работают в соответствии с соответствующими приборами и нормами использования.

    В частности, к ним относятся:

    Для LFA: ASTM E1461, DIN EN 821-2, DIN 30905, ISO 22007-4, ISO 18755
    Для HFM: ASTM C518, ISO 8301, DIN EN 12667, JIS A 1412
    Для TCT: ISO 8894, ASTM C1113, EN 993-14 / 15, DIN 51046

    Экспериментальное исследование характеристик пористых изоляционных материалов при временной влажности

  • [1] Yuen W.W., Takara E. и Cunnington G., «Комбинированная теплопроводная / радиационная теплопередача в высокопористых волокнистых изоляционных материалах: теория и эксперимент», 6-я совместная конференция ASME-JSME по теплотехнике , ASME-JSME, январь 2003 г., стр. 201–209.

  • [2] Цинь М., Беларби Р., Айт-Мохтар А. и Нильссон Л. О., «Совместная теплопередача и влагообмен в многослойных строительных материалах», Construction and Building Materials , Vol. 23, № 2, февраль 2009 г., стр. 967–975. https: // doi.org / 10.1016 / j.conbuildmat.2008.05.015

  • [3] Del Coz Díaz JJ, Альварес-Рабанал FP, Gencel O., García Nieto PJ, Alonso-Martínez M., Navarro-Manso A. и Prendes- Геро Б., «Гигротермическое исследование легких бетонных пустотелых кирпичей: новый предложенный экспериментально-численный метод», Energy and Buildings , Vol. 70, февраль 2014 г., стр. 194–206. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.11.060

  • [4] Арслан О. и Козе Р., «Термоэкономическая оптимизация толщины изоляции с учетом конденсированного пара в зданиях», Энергия и здания , Vol.38, № 12, 2006, с. 1400–1408. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2006.02.012

  • [5] Караманос А., Хадиараку С. и Пападопулос AM, «Влияние температуры и влажности на тепловые характеристики каменной ваты. ” Энергетика и строительство , Vol. 40, № 8, январь 2008 г., стр. 1402–1411. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2008.01.004

  • [6] Lakatos Á. и Калмар Ф., «Анализ водопоглощения и теплопроводности пенополистирольных изоляционных материалов», Building Services Engineering Research and Technology , Vol.34, № 4, ноябрь 2013 г., стр. 407–416. https://doi.org/10.1177/0143624412462043

  • [7] Содрай Ф. и Лакатос А., «Измерения теплопроводности некоторых обычно используемых изоляционных материалов после смачивания», Журнал экологической инженерии и менеджмента , Vol. 13, № 11, 2014, с. 2881–2886. https://doi.org/10.30638/eemj.2014.324

  • [8] Лакатос А., «Вызванные влажностью изменения строительных физических параметров изоляционных материалов», Наука и технологии для искусственной среды , Vol.22, № 3, 2016, с. 252–260. https://doi.org/10.1080/23744731.2016.1131567

  • [9] Ван Ю., Чжао З., Лю Ю., Ван Д., Ма К. и Лю Дж. «Комплексная коррекция теплопроводности. влажных пористых строительных материалов со статическим распределением влаги и влагопереносом », Energy , Vol. 176, июнь 2019 г., стр. 103–118. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.03.178

  • [10] Тиан С., Шао С. и Лю Б., «Исследование переходного энергопотребления холодильных складов: моделирование и пример. Исследование », Energy , Vol.180, август 2019 г., стр. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.04.217

  • [11] Хухи М., «Комбинированный эффект теплопроводности полистирольного изоляционного материала, зависящий от теплопроводности и влагопереноса: влияние на энергетические характеристики здания. , ” Энергетика и строительство , Vol. 169, июнь 2018 г., стр. 228–235. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.03.055

  • [12] Кецебас А. и Кайвечи М., «Влияние на оптимальную толщину изоляции, стоимость и экономию расчетной температуры хранения в холодных хранилищах в Турция », Энергетическое образование, наука и технологии, часть A: Наука и исследования в области энергетики. Т. 25, №1–2, 2010 г., стр. 117–127.

  • [13] Будаиви И. и Абду А., «Влияние изменения теплопроводности влажной волокнистой изоляции на энергетические характеристики зданий в жарко-влажных условиях», Energy and Buildings , Vol. 60, май 2013 г., стр. 388–399. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.01.035

  • [14] Thomas WC, Bal GP и Onega RJ, Тепло и влагообмен в стекловолоконном кровельном изоляционном материале , ASTM International , 1983, стр.582–601. https://doi.org/10.1520/stp29473s

  • [15] Шапиро А.П., Мотакеф С., «Неустойчивый тепло- и массообмен с фазовым переходом в пористых плитах: аналитические решения и экспериментальные результаты», International Journal of Heat and Mass Transfer , Vol. 33, № 1, 1990, с. 163–173. https://doi.org/10.1016/0017-9310(90)-S

  • [16] Tao YX, Besant RW и Rezkallah KS, «Неустойчивый тепло- и массообмен с фазовыми изменениями в изоляционной плите: обледенение. Эффекты », International Journal of Heat and Mass Transfer , Vol.34, № 7, 1991, стр. 1593–1603. https://doi.org/10.1016/0017-9310(91)-6

  • [17] Tao YX, Besant RW и Rezkallah KS, «Переходный тепловой отклик стекловолоконной изоляционной плиты с гигроскопическими эффектами. , ” International Journal of Heat and Mass Transfer , Vol. 35, No. 5, 1992, pp. 1155–1167. https://doi.org/10.1016/0017-9310(92)-S

  • [18] Пеухкури Р., Роде К. и Хансен К.К., «Неизотермический перенос влаги через изоляционные материалы», Building and Environment , Vol.43, № 5, май 2008 г., стр. 811–822. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2007.01.021

  • [19] ISO – ISO 12572: 2016, «Гигротермические характеристики строительных материалов и изделий – Определение свойств пропускания водяного пара – метод чашки», ”2001 г., https://www.iso.org/standard/64988.html.

  • [20] Лист технических данных, https://www.sd3d.com/wp-content/uploads/2017/06/MaterialTDS-PLA_01.pdf.

  • [21] Боналес Л. Дж., Родригес А. К.и Санс П. Д., «Теплопроводность льда, приготовленного в различных условиях», Международный журнал пищевых свойств , Vol. 20, No. Sup 1, 2017, стр. 610–619. https://doi.org/10.1080/10

    2.2017.1306551

  • [22] Озель Г., Ачиккалп Э., Гёргюн Б., Ямик Х. и Канер Н., «Определение оптимальной толщины изоляции с использованием окружающей среды и жизни. Анализ затрат цикла на основе предпринимательского подхода, Технологии и оценки устойчивой энергетики , Vol.11 сентября 2015 г., стр. 87–91. https://doi.org/10.1016/j.seta.2015.06.004

  • [23] Моффат Р. Дж. «Описание неопределенностей экспериментальных результатов», Experimental Thermal and Fluid Science , Vol. 1, № 1, январь 1988 г., стр. 3–17. https://doi.org/10.1016/0894-1777(88)-X

  • [24] Абду А.А. и Будайви И.М., «Сравнение измерений теплопроводности строительных изоляционных материалов при различных рабочих температурах», журнал Journal строительной физики , Vol.29, № 2, октябрь 2005 г., стр. 171–184. https://doi.org/10.1177/174425

    56291

  • [25] Скьявони С., Д’Алессандро Ф., Бьянки Ф. и Асдрубали Ф., «Изоляционные материалы для строительного сектора: обзор и сравнительный анализ», ” Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики , Vol. 62, сентябрь 2016 г., стр. 988–1011. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.05.045

  • [26] Адитья Л., Махлия Т. М. И., Рисманчи Б., Нг Х. М., Хасан М. Х., Мецелаар Х. С. К., Мураза О. и Адития Х. Б., «Обзор изоляционных материалов для энергосбережения в зданиях», Обзор возобновляемых и устойчивых источников энергии , Vol. 73, июнь 2017 г., стр. 1352–1365. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.02.034

  • [27] engel YA, Тепло- и массообмен: практический подход , McGraw – Hill, New York, 2007, стр. 127 –186, гл. 3.

  • % PDF-1.4 % 121 0 объект > эндобдж xref 121 93 0000000016 00000 н. 0000002211 00000 н. 0000002468 00000 н. 0000002499 00000 н. 0000002564 00000 н. 0000003265 00000 н. 0000003713 00000 н. 0000003780 00000 н. 0000003997 00000 н. 0000004093 00000 п. 0000004154 00000 п. 0000004248 00000 п. 0000004358 00000 п. 0000004480 00000 н. 0000004631 00000 н. 0000004728 00000 н. 0000004847 00000 н. 0000004949 00000 н. 0000005068 00000 н. 0000005199 00000 п. 0000005332 00000 н. 0000005465 00000 н. 0000005596 00000 н. 0000005727 00000 н. 0000005860 00000 н. 0000005990 00000 н. 0000006117 00000 н. 0000006252 00000 н. 0000006419 00000 н. 0000006586 00000 н. 0000006778 00000 н. 0000006897 00000 н. 0000006993 00000 п. 0000007089 00000 н. 0000007185 00000 н. 0000007281 00000 п. 0000007377 00000 н. 0000007473 00000 н. 0000007569 00000 п. 0000007665 00000 н. 0000007761 00000 н. 0000007857 00000 н. 0000007950 00000 н. 0000008045 00000 н. 0000008139 00000 п. 0000008234 00000 н. 0000008328 00000 п. 0000008424 00000 н. 0000008519 00000 н. 0000008614 00000 п. 0000008709 00000 п. 0000008938 00000 н. 0000009733 00000 н. 0000010323 00000 п. 0000010345 00000 п. 0000010869 00000 п. 0000011305 00000 п. 0000012365 00000 п. 0000012387 00000 п. 0000012687 00000 п. 0000012946 00000 п. 0000013906 00000 п. 0000013929 00000 п. 0000014229 00000 п. 0000014384 00000 п. 0000015111 00000 п. 0000015446 00000 п. 0000016450 00000 п. 0000017531 00000 п. 0000017553 00000 п. 0000017734 00000 п. 0000017978 00000 п. 0000018302 00000 п. 0000018696 00000 п. 0000019702 00000 п. 0000019724 00000 п. 0000020618 00000 п. 0000020640 00000 п. 0000021660 00000 п. 0000021683 00000 п. 0000022771 00000 п. 0000022793 00000 п. 0000023497 00000 п. 0000028396 00000 п. 0000034565 00000 п. 0000035467 00000 п. 0000037744 00000 п. 0000037838 00000 п. 0000038477 00000 п. 0000057811 00000 п. 0000074893 00000 п. 0000002604 00000 н. 0000003243 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 122 0 объект > эндобдж 123 0 объект [ 124 0 р ] эндобдж 124 0 объект > >> эндобдж 125 0 объект > эндобдж 212 0 объект > транслировать Hb“f`a`g` Ȁ

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.