Теплопроводность в доме: Теплопроводность стен дома, расчет теплопроводности

Теплопроводность в доме

Главная » Разное » Теплопроводность в доме

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

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

Отсутствие теплоизоляции дома скажется на температуре воздуха внутри помещения

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

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

Тепловая проводимость любого материала зависит от множества параметров:

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

Теплопроводность, плотность и водопоглощение некоторых строительных материалов

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

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

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

Нужно знать! У теплоизоляционных материалов значения показателя теплопроводности минимальны.

Теплопроводность готового здания. Варианты утепления конструкций

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

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

Теплопотери неутепленного частного дома

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

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

Сравнительный график коэффициентов теплопроводности некоторых строительных материалов и утеплителей

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

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

Необходимая тепло- и гидроизоляция для сохранения тепла в частном доме

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

Таблица коэффициента теплопроводности строительных материалов:

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

REMOO В ВАШЕЙ ПОЧТЕ

remoo.ru

Теплопроводность основных строительных материалов

Из чего построить дом? Его стены должны обеспечить здоровый микроклимат без лишней влаги, плесени, холода. Это зависит от их физических свойств: плотности, водостойкости, пористости. Самым главным является теплопроводность строительных материалов, означающая их свойство пропускать сквозь себя тепловую энергию при разнице температур. Для того, чтобы количественно оценить этот параметр, используют коэффициент теплопроводности.

Для того, чтобы кирпичный дом был таким же теплым, как и деревянный сруб (из сосны), толщина его стен должна втрое превышать толщину стен сруба.

Что такое коэффициент теплопроводности

Эта физическая величина равна количеству теплоты (измеряемой в килокалориях), проходящей через материал толщиной 1 м за 1 час. При этом разница температур на противоположных сторонах его поверхности должна быть равной 1 °С. Исчисляется теплопроводность в Вт/м град (Ватт, деленный на произведение метра и градуса).

Использование данной характеристики продиктовано необходимостью грамотного подбора типа фасада для создания максимальной теплоизоляции. Это необходимое условие для комфорта живущих или работающих в здании людей. Также теплопроводность строительных материалов учитывается при выборе дополнительного утепления дома. В данном случае ее расчет особенно важен, так как ошибки приводят к неправильному смещению точки росы и, как следствие – стены мокнут, в доме сыро и холодно.

Сравнительная характеристика теплопроводности строительных материалов

Коэффициент теплопроводности материалов различный. К примеру, у сосны этот показатель равен 0,17 Вт/м град, у пенобетона – 0,18 Вт/м град: то есть, по способности сохранять тепло они примерно идентичны. Коэффициент теплопроводности кирпича – 0,55 Вт/м град, а обыкновенного (полнотелого) – 0,8 Вт/м град. Из всего этого следует, что для того, чтобы кирпичный дом был таким же теплым, как и деревянный сруб (из сосны), толщина его стен должна втрое превышать толщину стен сруба.

Практическое использование материалов с низкой теплопроводностью

Современные технологии производства теплоизолирующих материалов предоставляют широкие возможности для строительной индустрии. Сегодня совершенно не обязательно строить дома с большой толщиной стен: можно удачно комбинировать различные материалы для возведения энергоэффективных построек. Не очень высокую теплопроводность кирпича можно компенсировать использованием дополнительного внутреннего или наружного утеплителя, например, пенополистирола, коэффициент теплопроводности которого – всего 0,03 Вт/м град.

Взамен дорогих домов из кирпича и не эффективных с точки зрения энергосбережения монолитных и каркасно-панельных домов из тяжелого и плотного бетона сегодня строят здания из ячеистого бетона. Его параметры такие же, как у древесины: в доме из данного материала стены не промерзают даже в самые холодные зимы.

Потери тепла дома в процентном соотношении.

Такая технология позволяет возводить более дешевые здания. Это связано с тем, что низкий коэффициент теплопроводности строительных материалов упростил возведение минимальными затратами по финансированию. Уменьшается также и время, затрачиваемое на строительные работы. Для более легких сооружений не требуется устраивать тяжелый глубоко заглубленный фундамент: в ряде случаев достаточно легкого ленточного или столбчатого.

Особенно привлекательным данный принцип строительства стал для возведения легких каркасных домов. Сегодня с использованием материалов низкой теплопроводности возводится все больше коттеджей, супермаркетов, складских помещений и производственных зданий. Такие строения могут эксплуатироваться в любой климатической зоне.

Принцип каркасно-щитовой технологии строительства заключается в том, что между тонкими листами фанеры или плит OSB помещается теплоизолятор. Это может быть минеральная вата либо пенополистирол. Толщина материала выбирается с учетом его теплопроводности. Тонкие стены вполне справляются с задачей тепловой изоляции. Таким же образом устраивается кровля. Данная технология позволяет в короткие сроки возводить здание с минимальными финансовыми затратами.

Сравнение параметров популярных материалов для изоляции и возведения домов

Пенополистирол и минеральная вата заняли лидирующие позиции при утеплении фасадов. Мнения специалистов разделились: одни утверждают, что вата накапливает конденсат и пригодна к эксплуатации лишь при одновременном использовании с паронепроницаемой мембраной. Но тогда стены теряют дышащие свойства, и качественное применение оказывается под вопросом. Другие уверяют, что создание вентилируемых фасадов решает данную проблему. При этом пенополистирол имеет низкую проводимость тепла и хорошо дышит. У него она пропорционально зависит от плотности листов: 40/100/150 кг/м3 = 0,03/0,04/0,05 Вт/м*ºC.

Еще одна важная характеристика, которую обязательно учитывают при строительстве – паропроницаемость. Она означает возможность стен пропускать изнутри влажность. При этом не происходят потери комнатной температуры и нет необходимости проветривать помещение. Низкая теплопроводность и высокая паропроницаемость стен обеспечивают идеальный для проживания человека микроклимат в доме.

Исходя из этих условий, можно определить самые эффективные дома для проживания человека. Наиболее низкой проводимостью тепла обладает пенобетон (0,08 Втм*ºC) при плотности 300 кг/м3. Этот строительный материал имеет также одну из самых высоких степеней паропроницаемости (0,26 Мг/м*ч*Па). Второе место по праву занимает древесина, в частности – сосна, ель, дуб. Их теплопроводность достаточно низкая (0,09 Вт/м*ºC) при условии обработки дерева поперек волокон. А паропроницаемость этих сортов наиболее высокая (0,32 Мг/м*ч*Па). Для сравнения: использование сосны, обработанной вдоль волокон, повышает выпуск тепла до 0,17-0,23 Вт/м*ºC.

Таким образом, для возведения стен подходят лучше всего пенобетон и древесина, так как они обладают лучшими параметрами по обеспечению экологической чистоты и хорошего микроклимата внутри помещений. Для изоляции фасада подходят пенополиуретан, пенополистирол, минеральная вата. Отдельно следует сказать о пакле. Ее закладывают для исключения мостиков холода во время кладки сруба. Она увеличивает и без того отличные свойства деревянного фасада: коэффициент проводимости тепла у пакли самый низкий (0,05 Вт/м*ºC), а паропроницаемость самая высокая (0,49 Мг/м*ч*Па).

osnovam.ru

Сравнительный анализ теплотехнических свойств домов из разных материалов

Постоянный рост затрат на отопление жилья заставляет задуматься о выборе технологии строительства с максимальными показателями по энергоэффективности. Строительство энергосберегающих домов является сегодня не прихотью, а острой необходимостью, закрепленной законодательно в федеральном законе РФ за № 261-ФЗ «Об энергосбережении».

Эффективность стеновой конструкции жилого дома напрямую зависит от показателей по теплопотерям, которые происходят через разные элементы ограждающих конструкций дома. Основное тепло теряется именно через наружные стены. Вот почему их теплопроводность серьезно влияет на микроклимат внутри помещений. Нет смысла говорить об эффективных стеновых конструкциях без учета показателей теплопроводности. Стена может быть толстая, прочная и дорогая, но вовсе не энергоэффективная.

Возникает закономерный вопрос, какой дом теплее, а точнее, какой из популярных в нашей стране материалов лучше сохраняет тепло? Простое сравнение коэффициентов теплопередачи в данном случае является не совсем корректным. Прежде всего, следует оценивать способность сохранять тепло внешней ограждающей конструкцией, как единой системы.

Рассмотрим загородные дома, построенные по различным технологиям, с различными типами стен, и посмотрим какой дом имеет наименьшие потери тепла.

В малоэтажном жилищном строительстве наибольшее распространение получили следующие виды домов:

• каменные
• деревянные
• каркасные

Каждый из названных вариантов имеет несколько подвидов, параметры которых существенно различаются. Для получения объективного ответа на вопрос, какой дом самый теплый, сравнивать будем только лучшие образцы по одному из числа представленных в списке.

Кирпичный дом представляет собой надежное, долговечное жилище и пользуется популярностью у наших сограждан. Его прочность и стойкость к неблагоприятным факторам среды обуславливается большой плотностью материала.

Кирпичные стены неплохо сохраняют тепло, но все же требуют постоянного отопления помещений. В противном случае, зимой кирпич впитывает влагу и под весом кладки начинает разрушаться. Если длительное время держать кирпичный дом без отопления, его придется прогревать до нормальной температуры около трех дней.

Минусы кирпичных построек:

• Высокая теплопередача и потребность в дополнительной теплоизоляции. Без теплоизоляционного слоя толщина кирпичной стены, способной удерживать тепло, должна быть не менее 1,5 м.
• Невозможность периодического (сезонного) использования здания. Кирпичные стены хорошо впитывают тепло и влагу. В холодный сезон полный прогрев дома займет не менее трех суток, а на полное устранение излишней влаги уйдет не менее месяца.
• Толстый цементно-песчаный шов, скрепляющий кирпичную кладку, имеет в три раза больший коэффициент теплопроводности по сравнению с кирпичом. Соответственно теплопотери через кладочные швы еще более значительны, чем через сам кирпич.

Технология теплого дома из кирпича требует дополнительного утепления с внешней стороны стены плитами утеплителя.

Дома из дерева

Комфортная атмосфера быстрее создается в доме, построенном из дерева. Этот материал практически не охлаждается и не нагревается, поэтому температура внутри помещения быстро стабилизируется. При достаточной толщине стен такие дома можно не утеплять, поскольку дерево само по себе может служить термоизоляцией.

Однако, для того, чтобы деревянный дом был теплым, толщина наружных стен из сплошной древесины должна составлять более 40 см, из клееного бруса 35-40 см, а из оцилиндрованного бревна более 50 см. Стоимость строительства такого жилья очень высока. Остается, либо игнорировать современные требования и строить дом, например, из бруса толщиной минимум 20-22 см или из бревен диаметром 24-28 см (при этом понимать, что расходы на отопление будут достаточно высокими, особенно если в доме нет магистрального газа), либо стены деревянного дома все же придется дополнительно утеплять.

Людям, которые на первое место ставят комфорт и целесообразность, лучше подумать об утеплении деревянного дома. Тогда дерево создаст в доме оптимальный микроклимат, а утепление обеспечит экономию на отоплении. По сравнению с кирпичом теплопотери деревянного дома значительно меньше. Но все же, для того, чтобы теплый дом из дерева был еще и экономичным, ему требуется дополнительная теплоизоляция.

Дома из каркаса

По своим характеристикам каркасная технология строительства выглядит намного лучше кирпичного или деревянного дома и не требует дополнительного утепления. Если в зоне климата, где планируется строительство загородного дома, зимой бывают низкие температуры, то каркасная технология является самым идеальным вариантом.

Технология каркасного домостроения подразумевает слой термоизоляции внутри стен, который позволяет оградить помещения от наружного холода. Большим плюсом постройки каркасного дома, в сравнении с деревянным или кирпичным, является высокая энергоэффективность при очень небольшой толщине стен.

Данная технология позволяет возводить абсолютно разные по своему функциональному назначению объекты:

• Каркасные дома для сезонного проживания.Например, каркасно-щитовые, дома из СИП-панелей и прочие «эконом» варианты, используемые, в основном,

  как летние дачи.

• Теплые каркасные дома для постоянного проживания.Например, здания на монолитном фундаменте, с утеплением стен не менее 200 мм, с внутренними инженерными коммуникациями.

В каркасно-щитовых домах и домах из СИП-панелей для поддержания тепла требуется постоянно работающий обогреватель, поскольку тепло в таком доме не задерживается надолго. Хотя прогревается данное строение довольно быстро, всего за несколько часов. Такие дома больше подходят для временного проживания.

Качественный каркасный дом для постоянного проживания, за счет своей многослойности и других конструкционных особенностей, позволяет минимизировать потери тепла, не оставляя ощущения влажности помещения в холодное время года. Такое жилье не требует постоянного подогрева и может долго сохранять внутреннее тепло.

Особенно высокими параметрами энергоэффективности обладают здания, построенные по технологии 3D каркас, стены которого имеют три смещенные между собой слоя утепления общей толщиной 250 мм, которые перекрывают деревянные элементы каркаса, ликвидируя в стенах «мостики холода». Кроме того, внешним слоем утеплителя закрыты цокольное и межэтажное перекрытия, поэтому в доме даже в лютые морозы всегда теплые полы.

Чтобы понять, какой загородный дом является самым теплым среди всех, сравним коэффициенты теплопроводности материалов разных стеновых конструкций.

Коэффициент теплопроводности – эта величина, которая показывает удельную теплопроводность материала внешних стен. Низкая теплопроводность стен дома способствует продолжительному сохранению тепла внутри помещения и обеспечивает отличные условия проживания. В противном случае стены пропускают холод и потребуется больше мощности в системе отопления.

Теплопроводность каменного дома

Рассмотрим коэффициенты теплопроводности материалов каменных домов:

• Железобетон – 1,5 Вт/(м∙К)
• Силикатный кирпич – 0,70 Вт/(м∙К)
• Керамический сплошной – 0,56 Вт/(м∙К)
• Керамический пустотелый – 0,47 Вт/(м∙К)

Чем выше коэффициент теплопередачи, тем хуже теплозащита стеновой конструкции. Как видим, сами по себе материалы, из которых строятся каменные дома, имеют довольно высокий коэффициент теплопередачи. Следуя требованиям СНиП для того чтобы построить каменный дом, толщина его внешних стен должна достигать просто ошеломляющих цифр. Например, дом из бетона должен иметь толщину стен в 2,5 метра, а из кирпича – в 1,5 метра. Это огромные материальные затраты. Сегодня, таким образом уже никто не строит.

Чтобы удерживать тепло внутри дома у кирпича просто не хватает теплопроводности, поэтому кирпичные стены всегда дополнительно утепляют. Для теплоизоляции обычно применяются материалы типа пенополистирола. Сверху утеплителя внешние стены дома обкладывают декоративным кирпичом или другим облицовочным материалом.

Теплопроводность деревянного дома

Если сравнивать деревянный или кирпичный дом, какой из них лучше сохраняет тепло? Ответ будет явно в пользу древесины.

Дерево, по сравнению с кирпичом или бетоном, в разы теплее. Влияние на теплопроводность оказывает плотность материала. У пористого материала всегда более низкий коэффициент теплопередачи, соответственно стены такой постройки более теплые. Древесина имеет хорошие показатели теплопроводности – 0,18 Вт/(м∙К). Это минимум в три раза ниже, чем у кирпича, и примерно на 30% меньше, чем у газосиликатных и пенобетонных блоков. Разница очевидна.

Каркасные дома из бруса и бревна имеют определенные преимущества за счет лучших характеристик материала. Однако основным недостатком деревянной конструкции является высокая ветропроницаемость и низкая герметичность. Крайне сложно обеспечить высокую точность сопряжения деревянных элементов, особенно в углах дома. Джутовые или полимерные уплотнители лишь частично решают данную проблему. Следствием этого является наличие большого количества «мостиков холода» по всей площади стеновой конструкции. Наибольшие потери тепла в деревянном доме сосредоточены именно в местах сквозных промерзаний, ликвидировать которые возможно только с помощью дополнительного утепления стен.

Теплопроводность каркасного дома

По ряду своих характеристик обычные канадские каркасные дома с толщиной стен 150 мм выглядят более привлекательно, чем каменные или деревянные. Это связано с тем, что каркасный дом обладает наименьшим среди прочих технологий и стройматериалов коэффициентом теплопроводности – 0,038 Вт/(м∙К). Получается, что его теплопроводность в 5 раз меньше, чем у дома из цельной древесины. Если сравнивать теплопроводность каркасного дома с кирпичным, то разница составляет почти 15 раз.

Среди перечисленных наилучшие показатели демонстрируют дома по технологии 3D каркас. Внешняя стена, возведенная по этой технологии, имеет коэффициент теплопроводности 0,0022 Вт/(м∙К). Данный показатель в 40 раз меньше, чем у профилированного бруса и более чем в 200 раз ниже, чем у кирпича. Такие высокие показатели энергоэффективности достигаются за счет структуры тройного каркаса и трех перекрестных слоев базальтового утеплителя.

Внешние стены дома по технологии 3D каркас не имеют «мостиков холода» и обеспечивают надежное сохранение тепла даже при экстремально низких температурах. Отсутствие контакта между элементами внешней и внутренней несущей конструкции полностью исключает возможность промерзания стен.

В последние годы в сегменте малоэтажного жилищного строительства происходят значительные изменения. Экономические условия вынуждают население отказываться от традиционных материалов в пользу более прогрессивных технологий.

Наружная стена состоит из отдельных элементов, совокупность и взаимодействие которых определяет способность жилого здания сохранять тепло. В этом отношении самые худшие характеристики у традиционной кирпичной кладки. Высокая теплопроводность даже у лучших образцов кирпича, практически исключает возможность его использования без дополнительного утепления. Воздушный зазор в двухрядной стене и использование пустотелого керамического кирпича лишь незначительно снижают теплопотери. Подобные строительные конструкции однозначно нуждаются в дополнительном утеплении.

Сравнивать какой дом лучше каркасный или кирпичный по теплотехническим характеристикам даже некорректно. Преимущество первого выглядит просто подавляющим. При прочих равных условиях системы отопления, для того, чтобы прогреть кирпичные стены, бывает необходимо несколько суток. Каркасный дом, возведенный, например, с использованием технологии 3D каркас, полностью протапливается в течение двух часов и в дальнейшем хорошо сохраняет тепло.

Этот же фактор позволяет точно ответить на вопрос: брус или каркас что лучше? Какое жилое строение является более эффективным с точки зрения способности сохранения тепла? Преимущества каркаса здесь также весомые. Деревянный брус или бревно имеют неплохие показатели тепловодности, но дом из бруса все же не лишен технологических недостатков в виду наличия большого количества «мостиков холода».

Простое сравнение показателей теплопроводности кирпича и 3D каркас явно в пользу последнего. Ответ на вопрос, из чего строить самый теплый дом, очевиден и однозначен. Решая данный вопрос, правильнее говорить все же о деревянном каркасном доме по технологии 3D каркас, в котором применение многослойной структуры позволяет устранить все недостатки других технологий загородного домостроения.

Здания по технологии 3D каркас являются не только самыми теплыми каркасными домами для постоянного проживания, но также являются лидерами по энергоэффективности. В этом мнения многих специалистов совпадают: 3D каркас обладает исключительной способностью к сохранению тепла, имеет параметры «пассивного дома» и рекомендован для использования на всей территории нашей страны в качестве энергоэффективного жилья.

НУЖЕН ТЕПЛЫЙ ДОМ ДЛЯ КРУГЛОГОДИЧНОГО ПРОЖИВАНИЯ?

ЗВОНИТЕ НАМ ПО ТЕЛЕФОНУ +7(495) 363-06-08 ИЛИ ЗАДАЙТЕ СВОЙ ВОПРОС В ФОРМЕ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

dekardkarkas. ru

Сравнение теплопотерь домов из разного материала

Принято считать, что для средней полосы России мощность отопительных систем должна рассчитываться исходя из соотношения 1 кВт на 10 м2 отапливаемой площади. Что говорится в СНиП и каковы реальные расчетные теплопотери домов, построенных из различных материалов?

СНиП указывает на то, какой дом можно считать, скажем так, правильным. Из него мы позаимствуем строительные нормы для Московского региона и сравним их с типичными домами, построенными из бруса, бревна, пенобетона, газобетона, кирпича и по каркасным технологиям.

Как должно быть по правилам (СНиП)

СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» определяет «Нормируемое значение сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций» жилых помещений в диапазоне от 2,1 до 8,2 м2·°С/Вт в зависимости от их положения и градусо-суток. Градусо-сутки – условная величина, выраженная в средней разнице температур внутри и снаружи, помноженная на количество дней отопительного сезона. Чтобы узнать нормативные значения градусо-суток отопительного периода обратимся к таблице 4.1 Справочного пособия к СНиП 23-01-99. При поддерживаемой температуре внутри помещения на уровне 22 градусов для Московского региона мы получим значение 5400, следовательно (опираясь на таблицу соответствия в СНиП 23-02-2003), искомое значение сопротивления теплопередаче стен у нас будет 2,8 м2·°С/Вт. Это соответствует стене каркасного дома с утеплителем из минеральной ваты толщиной ~100 мм. Из той же таблицы возьмем значения сопротивления для пола/потолка (3,7 м2·°С/Вт) и окон (0,45 м2·°С/Вт). Таким образом, в доме по СНиПу утепление крыши и пола должно быть эквивалентно 140 мм минваты, а стеклопакеты двухкамерными с обычными стеклами (см. теплопроводность стеклопакетов).

Однако взятые нами значения в 5400 градусо-суток для московского региона являются пограничными к значению 6000, по которому в соответствии со СНиПом сопротивление теплопередаче стен и кровли должно составлять 3,5 и 4,6 м2·°С/Вт соответственно, что эквивалентно 130 и 170 мм минеральной ваты с коэффициентом теплопроводности λА=0,038 Вт/(м·°К).

Как в реальности

Зачастую люди строят «каркасники», бревенчатые, брусовые и каменные дома исходя из доступных материалов и технологий. Например, чтобы соответствовать СНиП, диаметр бревен сруба должен быть больше 70 см, но это абсурд! Потому чаще всего строят так, как удобнее или как больше нравится.

Для сравнительных расчетов мы воспользуемся удобным калькулятором теплопотерь, который расположен на сайте его автора. Для упрощения расчетов возьмем одноэтажное прямоугольное помещение со сторонами 10 х 10 метров. Одна стена глухая, на остальных по два небольших окна с двухкамерными стеклопакетами, плюс одна утепленная дверь. Крыша и потолок утеплены 150 мм каменной ваты, как наиболее типичный вариант.

Кроме теплопотерь через стены есть еще понятие инфильтрации – проникновения воздуха через стены, а также понятие бытового тепловыделения (от кухни, приборов и т.п.), которое по СНиП приравнивается к 21 Вт на м2. Но мы это учитывать сейчас не будем. Равно как и потери на вентиляцию, потому как это требует и вовсе отдельного разговора. Разница температур принята за 26 градусов (22 в помещении и -4 снаружи – как усредненное за отопительный сезон в московском регионе).

Итак, вот итоговая диаграмма сравнения теплопотерь домов из различных материалов:

Пиковые теплопотери рассчитаны для наружной температуры -25°С. Они показывают, какой максимальной мощности должна быть система отопления. «Дом по СНиП (3,5, 4,6, 0,6)» – это расчет исходя из более строгих требований СНиП к тепловому сопротивлению стен, кровли и пола, который применим к домам в чуть более северных регионах, нежели чем Московская область. Хотя, зачастую, могут применяться и к ней.

Главный вывод – если при строительстве вы руководствуетесь СНиП, то мощность отопления следует закладывать не 1 кВт на 10 м2, как принято считать, а на 25-30% меньше. И это еще без учета бытового тепловыделения. Однако соблюсти нормы не всегда получается, а детальный расчет отопительной системы лучше доверить квалифицированным инженерам.

Также вам может быть интересно: — Теплопроводность стеклопакетов: сравнительная таблица — Чем дешевле отапливать дом (газ, дрова, электричество, уголь, дизель) — Чем лучшие дрова отличаются от плохих

Оценка статьи: (1 голосов, среднее: 5,00 из 5) Загрузка. ..

dacha.news

---

Смотрите также

• Дизайн шкафов в прихожую
• Схема подключения датчика движения для освещения
• Москитные сетки на деревянные окна своими руками
• Септик топас или танк
• Чем можно вывести жирное пятно
• Стропильная система двухскатной крыши своими руками
• Кабель для подключения интернета
• Сколько 1 кв метр метров
• Мангал барбекю для дачи
• Установка лестничных ограждений
• Крепление стропильной системы

Идеальный дом: теплопроводность строительных материалов (таблица)

Содержание

1. Понятие теплопроводности
2. Теплотехнический расчет стен из различных материалов
3. Расчет необходимой толщины однослойной стены
4. Расчет сопротивления теплопередачи стены
5. Стена из газобетонного блока
6. Стена из керамзитобетонного блока
7. Стена из керамического блока
8. Стена из силикатного кирпича
9. Последовательность действий
10. Коэффициент теплопроводности вакуума
11. Что такое «точка росы»
12. Допустимые значения
13. Часть 5. Принцип определения значения сопротивления теплопередачи в многослойной стене.
14. Коэффициент теплопроводности
15. Коэффициент для различных видов монолита
16. Факторы влияющие на коэффициент
17. Теплопроводность и утепление зданий
18. Как производится расчет
19. Факторы, влияющие на величину теплопроводности
20. Расчет толщины стены по теплопроводности вручную по формулам или калькулятором
21. Сравнение проводимости тепла у самых распространённых утеплителей
22. Коэффициент теплопроводности
23. Основные виды коэффициентов теплопередачи материала. Таблица + примеры
24. Влияние теплопроводности на микроклимат внутри помещения
25. Понятие теплопроводности на практике
26. Факторы, влияющие на величину теплопроводности
27. Таблица показателей
28. Расчет толщины стен
29. Часть 3. Минимально допустимое значение сопротивления стен для различных климатических зон.

Понятие теплопроводности

Теплопроводность

– это такое физическое свойство материала, при которой тепловая энергия внутри тела переходит от самой горячей его части к более холодной. Значение показателя теплопроводности показывает степень потери тепла жилыми помещениями. Зависит от следующих факторов:

Количественно оценить свойство предметов пропускать тепловую энергию можно посредством коэффициента теплопроводности

Очень важно сделать грамотный выбор строительных материалов, утеплителя для достижения наибольшего сопротивления теплопередачи. Просчёты или неразумная экономия в будущем могут привести к ухудшению микроклимата в помещении, сырости в здании, мокрым стенам, душным комнатам

А главное – к большим расходам на отопление.

Для сравнения ниже представлена таблица теплопроводностей материалов и веществ.

Таблица 1

Самые высокие значения имеют металлы, низкие – теплоизоляционные предметы.

Теплотехнический расчет стен из различных материалов

Среди многообразия материалов для строительства несущих стен порой стоит тяжелый выбор.

Сравнивая между собой различные варианты, одним из немаловажных критериев на который нужно обратить внимание является «теплота» материала. Способность материала не выпускать тепло наружу повлияет на комфорт в помещениях дома и на затраты на отопление

Второе становится особенно актуальным при отсутствии подведенного к дому газа

Способность материала не выпускать тепло наружу повлияет на комфорт в помещениях дома и на затраты на отопление. Второе становится особенно актуальным при отсутствии подведенного к дому газа.

Теплозащитные свойства строительных конструкций характеризует такой параметр, как сопротивление теплопередаче (Ro, м²·°C/Вт).

По существующим нормам (СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий.

Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003), при строительстве в Самарской области, нормируемое значение сопротивления теплопередачи для наружных стен составляет Ro.норм = 3,19 м²·°C/Вт. Однако, при условии, что проектный удельный расход тепловой энергии на отопление здания ниже нормативного, допускается снижение величины сопротивления теплопередачи, но не менее допустимого значения Ro.тр =0,63·Ro. норм = 2,01 м²·°C/Вт.

В зависимости от используемого материала, для достижения нормативных значений, необходимо выбирать определенную толщину однослойной или конструкцию многослойной стены. Ниже представлены расчеты сопротивления теплопередаче наиболее популярных вариантов конструкций наружных стен.

Расчет необходимой толщины однослойной стены

В таблице ниже определена толщина однослойной наружной стены дома, удовлетворяющая требованиям норм по теплозащите.

Требуемая толщина стены определена при значении сопротивления теплопередачи равном базовому (3,19 м²·°C/Вт).

Допустимая — минимально допустимая толщина стены, при значении сопротивления теплопередачи равном допустимому (2,01 м²·°C/Вт).

№ п/п	Материал стены	Теплопроводность, Вт/м·°C	Толщина стены, мм
Требуемая	Допустимая
1	Газобетонный блок	0,14	444	270
2	Керамзитобетонный блок	0,55	1745	1062
3	Керамический блок	0,16	508	309
4	Керамический блок (тёплый)	0,12	381	232
5	Кирпич (силикатный)	0,70	2221	1352

Вывод: из наиболее популярных строительных материалов, однородная конструкция стены возможна только из газобетонных и керамических блоков. Стена толщиной более метра, из керамзитобетона или кирпча, не представляется реальной.

Расчет сопротивления теплопередачи стены

Ниже представлены значения сопротивления теплопередаче наиболее популярных вариантов конструкций наружных стен из газобетона, керамзитобетона, керамических блоков, кирпича, с отделкой штукатуркой и облицовочным кирпичом, утеплением и без. По цветной полосе можно сравнить между собой эти варианты. Полоса зеленого цвета означает, что стена соответствует нормативным требованиям по теплозащите, желтого — стена соответствует допустимым требованиям, красного — стена не соответствует требованиям

Стена из газобетонного блока

1	Газобетонный блок D600 (400 мм)	2,89 Вт/м·°C
2	Газобетонный блок D600 (300 мм) + утеплитель (100 мм)	4,59 Вт/м·°C
3	Газобетонный блок D600 (400 мм) + утеплитель (100 мм)	5,26 Вт/м·°C
4	Газобетонный блок D600 (300 мм) + вентилируемый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм)	2,20 Вт/м·°C
5	Газобетонный блок D600 (400 мм) + вентилируемый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм)	2,88 Вт/м·°C

Стена из керамзитобетонного блока

1	Керамзитобетонный блок (400 мм) + утеплитель (100 мм)	3,24 Вт/м·°C
2	Керамзитобетонный блок (400 мм) + замкнутый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм)	1,38 Вт/м·°C
3	Керамзитобетонный блок (400 мм) + утеплитель (100 мм) + вентилируемый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм)	3,21 Вт/м·°C

Стена из керамического блока

1	Керамический блок (510 мм)	3,20 Вт/м·°C
2	Керамический блок тёплый (380 мм)	3,18 Вт/м·°C
3	Керамический блок (510 мм) + утеплитель (100 мм)	4,81 Вт/м·°C
4	Керамический блок (380 мм) + замкнутый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм)	2,62 Вт/м·°C

Стена из силикатного кирпича

1	Кирпич (380 мм) + утеплитель (100 мм)	3,07 Вт/м·°C
2	Кирпич (510 мм) + замкнутый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм)	1,38 Вт/м·°C
3	Кирпич (380 мм) + утеплитель (100 мм) + вентилируемый воздушный зазор (30 мм) + облицовочный кирпич (120 мм)	3,05 Вт/м·°C

Последовательность действий

Первым делом, нужно выбрать строительные материалы, которые будете использовать для постройки дома. После этого рассчитываем термическое сопротивление стены по описанной выше схеме. Полученные величины следует сравнивать с данными таблиц. Если они совпадают или оказываются выше, хорошо.

Если величина ниже, чем в таблице, тогда нужно увеличить толщину утеплителя или стены, и снова выполнить подсчет. Если в конструкции присутствует воздушная прослойка, которая вентилируется наружным воздухом, тогда в учет не следует брать слои, находящиеся между воздушной камерой и улицей.

Коэффициент теплопроводности вакуума

Интересно рассмотреть с этой точки зрения коэффициент теплопроводности вакуума. Он близок нулю — причем, чем вакуум глубже вакуум, тем его теплопроводность ближе к нулевой. Почему? Дело в том, что в вакууме крайне низкая концентрация материальных частиц, которые способны переносить тепло. Но тепло в вакууме всё же передаётся — при помощи излучения. Так, например, чтобы довести до минимума теплопотери, термос делают с двойными стенками, откачивая между ними воздух. А также делают «серебрение». На том же качестве, что зеркальная поверхность отражает излучение лучше, основаны свойства таких материалов, как фольгированный пенофол и другие подобные изоляционные материалы.
Ниже смотрим познавательные видеоматериалы для более полного представления такого физического понятия, как теплопроводность, на конкретных примерах.

Что такое «точка росы»

На завершающем этапе вычислений потребуется правильно расположить утеплитель, коробки оконных блоков в толще стен. Это необходимо для смещения точки росы наружу, в противном случае избавиться от влаги на стеклах, внутренних стенах с началом отопительного сезона не получится.

Точкой росы называют температурный барьер, при достижении которого из теплого воздуха в эксплуатируемом помещении, имеющим высокую относительную влажность, начинает конденсироваться вода. Для увеличения ресурса силовых конструкций точку росы необходимо вывести за наружную поверхность стены, чтобы кирпич. Древесина, бетон не разрушался под действием влаги.

Кроме того, смещение точки росы внутрь слоя утеплителя приведет к увеличению расхода энергоносителя для обогрева жилища уже на третий сезон эксплуатации. Тплоизолятор намокнет, снизится его теплосопротивление.

Неправильная установка оконных блоков приводит к аналогичной ситуации – откосы будут стабильно влажными всю зиму. Поэтому, нормативы СНиП рекомендуют смещение внутренней плоскости оконного блока:

• заподлицо с внутренней стеной в срубах, кирпичных коттеджах с кладкой в 1,5 кирпича
• отступ от наружной плоскости стены от 12,5 см при значительной толщине кладки

Выбор конструкционных, облицовочных, теплоизоляционных материалов должен осуществляться комплексно. Паропропускная способность отдельных слоев стены должна снижаться изнутри наружу. Принцип этого метода становится понятнее на простом примере:

• если облицевать фасады коттеджа, выложенные из газобетонных блоков, керамическим кирпичом, клинкером без вентиляционного зазора
• влажный воздух из помещений свободно преодолеет материал стены, будет остановлен облицовкой
• блоки начнут разрушаться в агрессивной среде, снизится ресурс здания

Кроме того, замерзающая нутрии блоков вода будет расширяться, дополнительно разрушая кладку, ослабляя силовой каркас коттеджа. Проблема решается заменой керамики на сайдинг, деревянные облицовки либо созданием вентиляционного зазора, через который влага сможет отводиться воздушными массами.

Присоединяйтесь к обсуждению! Нам было бы интересно узнать вашу точку зрения, оставьте свое мнение

Допустимые значения

Выполняя теплотехнический расчет наружной стены, учитывают также и регион, в котором будет располагаться дом:

• Для южных регионов с теплыми зимами и небольшими перепадами температур можно возводить стены небольшой толщины из материалов со средней степенью теплопроводности – керамический и глиняный обожженный одинарный и двойной, кирпич, пено- и газобетон большой плотности. Толщина стен для таких регионов может быть не более 20 см.
• В то же самое время для северных регионов целесообразнее и экономически выгоднее строить ограждающие стеновые конструкции средней и большой толщины из материалов с большим термическим сопротивлением – оцилиндрованное бревно, газо- и пенобетон средней плотности. Для таких условий возводят стеновые конструкции толщиной до 50–60 см.
• Для регионов с умеренным климатом и чередующимися по температурному режиму зимами подходят стены из материалов с высоким и средним значением термического сопротивления – газо- и пенобетон, брус, оцилиндрованное бревно среднего диаметра. В таких условиях толщина стеновых ограждающих конструкций с учетом утеплителей составляет не более 40–45 см.

Часть 5. Принцип определения значения сопротивления теплопередачи в многослойной стене.

Если вы планируете построить стену из нескольких видов материала (например, строительный камень+минеральный утеплитель+штукатурка), то R рассчитывается для каждого вида материала отдельно (по этой же формуле), а потом суммируется:

R_общ= R₁+ R₂+…+ R_n+ R_a.l где:

R₁-R_n — термосопротивления различных слоев

R_a.l – сопротивление замкнутой воздушной прослойки, если она присутствует в конструкции (табличные значения берутся в СП 23-101-2004, п. 9, табл. 7)

Пример расчета толщины минераловатного утеплителя для многослойной стены (шлакоблок — 400 мм, минеральная вата — ? мм, облицовочный кирпич — 120 мм) при значении сопротивления теплопередаче 3,4 м2*Град С/Вт (г. Оренбург).

R=Rшлакоблок+Rкирпич+Rвата=3,4

Rшлакоблок = δ/λ = 0,4/0,45 = 0,89 м2×°С/Вт

Rкирпич = δ/λ = 0,12/0,6 = 0,2 м2×°С/Вт

Rшлакоблок+Rкирпич=0,89+0,2 = 1,09 м2×°С/Вт (

Rвата=R-(Rшлакоблок+Rкирпич) =3.4-1,09=2,31 м2×°С/Вт

δвата=Rвата·λ=2,31*0,045=0,1 м=100 мм (принимаем λ=0,045 Вт/(м×°С) – среднее значение теплопроводности для минеральной ваты различных видов).

Коэффициент теплопроводности

В поисках хорошего материала для строительства необходимо определить, как меняется степень теплопроводности в зависимости от типа и модели монолита.

Коэффициент для различных видов монолита

Для сравнения показателей теплопроводности следует ознакомиться с таблицей, охватывающей свойства всех типов материала. Наименьшая степень присутствует у пористых конструкций:

1. Сухие блоки и газонаполненный бетон обладают небольшой теплопроводностью. Она зависит от показателей плотности. Если удельный вес блока составляет 0,6 т/м³, коэффициент составит 0,14. При плотности 1 т/м³ — 0,31. Если влажность находится на базовом уровне, показатели увеличатся от 0,22 до 0,48. При повышении влажности — от 0,25 до 0,55.
2. Бетон с наполнением керамзитом. С учетом значений плотности определяется теплопроводность. Изделие с плотностью 0,5 т/м³ получит показатель 0,14. По мере увеличения плотности до 1,8 т/м³ свойство вырастет до 0,66.

Еще коэффициент зависит от применяемых наполнителей. Так, если (2,4 т/м³) будет иметь в составе щебенку, параметр составит 1,51.

При использовании шлака теплопроводность составит 0,3-0,7. Изделия на основе кварцевого или перлитового песка с плотностью 0,8-1 получат проводимость тепла 0,22-0,41.

Факторы влияющие на коэффициент

Степень проводимости бетона любой марки определяется множеством факторов. В их числе:

1. Структура массива. Если в монолите присутствуют воздушные полости, передача тепла будет медленной и без больших потерь. По мере увеличения пористости теплоизоляция улучшается.
2. Удельный вес массива. Монолит обладает разной плотностью, которая определяет его структуру и интенсивность обмена тепла. При росте показателей плотности растет и теплоотдача. В результате конструкция быстрее лишается тепла.
3. Содержание влаги в стенах из бетона. Массивы с пористой структурой гигроскопичны. Остатки влаги, находящейся в капиллярах, могут просачиваться в бетон и заполнять воздушные поры, способствуя быстрой передаче тепла.

При выполнении расчетов нужно учитывать, что снижение влажности минимизирует проводимость тепла, из-за чего уровень теплопотерь становится невысоким.

С помощью пористых компонентов можно защитить постройку от быстрого расходования тепла и обеспечить хорошие климатические условия в здании. Изделия с низкой теплопроводностью эффективны при изоляции помещений, поэтому их применяют в северных регионах с суровыми зимами.

Теплопроводность и утепление зданий

Приступая к организации эффективной теплозащиты частного жилища, важно обращать внимание на тип материала, из которого создаются стены. С учетом специфики конструкции и эксплуатационных свойств, выделяют такие разновидности бетонных масивов:

1. Конструкционные. Необходимы при возведении капитальных стен. Их характеризует повышенная устойчивость к нагрузкам и способность быстро пропускать тепловую энергию.
2. Материалы для теплоизоляции. Задействуются при обустройстве помещений с минимальными нагрузками на стены. Обладают небольшим весом, пористым строением и малой теплопередачей.

Чтобы в помещении всегда сохранялась комфортная температура, рекомендуется использовать для возведения стен разные виды бетона. Однако в таком случае показатели толщины стен будут меняться. Оптимальный уровень проводимости тепла возможен при таких параметрах толщины:

1. Пенобетон — не больше 25 см.
2. Керамзитобетон — до 50 см.
3. Кирпичи — 65 см.

Как производится расчет

Для сохранения тепла внутри дома и сокращения потерь тепловой энергии несущие стены делаются многослойными. Чтобы рассчитать толщину слоя изоляции, необходимо руководствоваться следующей формулой — R=p/k.

Она имеет следующую расшифровку:

• R — показатель устойчивости к скачкам температуры;
• p — толщина слоя в метрах;
• k — Проводимость тепла монолитом.

С помощью такой формулы можно благополучно выполнить расчет с помощью простого калькулятора. Это решается путем разделения толщины на коэффициент теплопроводности.

Факторы, влияющие на величину теплопроводности

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

Зависимость теплопроводности газобетона от плотности.

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.

Расчет толщины стены по теплопроводности вручную по формулам или калькулятором

Рассчитать толщину стены не так просто. Для этого нужно сложить все коэффициенты теплопроводности материалов, которые были использованы для сооружения стены. К примеру, кирпич, штукатурный раствор снаружи, плюс наружная облицовка, если такая будет использоваться. Внутренние выравнивающие материалы, это может быть все та же штукатурка или гипсокартонные листы, другие плитные или панельные покрытия. Если есть воздушная прослойка, то учитывают и ее.

Толщина стен из разных стройматериалов с одинаковым тепловым сопротивлением

Есть так называемая удельная теплопроводность по регионам, которую берут за основу. Так вот расчетная величина не должна быть больше удельной. В таблице ниже по городам дана удельная тепловая проводимость.

РегионМоскваСанкт-ПетербургРостовСочи

Теплопроводность

3,14

3,18

2,75

2,1

То есть, чем южнее, тем общая теплопроводность материалов должна быть меньше. Соответственно, можно уменьшать и толщину стены. Что касается онлайн-калькулятора, то предлагаем ниже посмотреть видео, на котором разбирается, как правильно пользоваться таким расчетным сервисом.

Сравнение проводимости тепла у самых распространённых утеплителей

Чтобы иметь представление о проводимости тепла разных материалов, предназначенных для утепления, нужно сравнить их коэффициенты (Вт/м*К), приведённые в следующей таблице:

Как видно из вышеприведённых данных, показатель проводимости тепла таких строительных материалов, как теплоизоляционные, варьируется от минимального (0,019) до максимального (0,5). Все теплоизоляционные материалы имеют определённый разброс показаний. СНиПы описывают каждый из них в нескольких видах – в сухом, нормальном и влажном. Минимальный коэффициент проводимости тепла соответствует сухому состоянию, максимальный – влажному.

Коэффициент теплопроводности

Показателем теплопроводности материалов служит коэффициент теплопроводности

Говоря о теплопроводности, также имеют в виду количественные характеристики способности тел к проведению тепла. Способность того или иного вещества проводить тепло различна. Ее измеряют такой единицей, как коэффициент теплопроводности, означающем удельную теплопроводность. В численном выражении данная характеристика равняется количеству тепла, проходящего сквозь тот или материал толщиною в 1 м и площадью 1 кв.м/сек при единичном температурном диапазоне.

Прежде предполагалось, что тепловая энергия передается в зависимости от перетекания теплорода тел от одного к другому. Впрочем, впоследствии опыты опровергли само понятие теплорода в качестве самостоятельного вида материи. В наше время считается, что явление теплопроводности обусловлено естественным стремлением объектов к состоянию, максимально близкому к термодинамическому равновесию, что и проявляется выравниванием их температур.

Основные виды коэффициентов теплопередачи материала. Таблица + примеры

Расчёт необходимого утеплителя, если это касается внешних стен дома исходит от регионального размещения здания. Чтобы объяснить наглядно как он происходит, в таблице ниже, приведённые цифры будут касаться Красноярского края.

Вид материала	Теплопередача, Вт/(м*°С)	Толщина стен, мм	Иллюстрация
3Д панели		5500
Лиственные породы деревьев с влажностью 15%	0,15	1230
Бетон на основе керамзита	0,2	1630
Пеноблок с плотностью 1 тыс. кг/м³	0,3	2450
Хвойные породы деревьев вдоль волокон	0,35	2860
Дубовая вагонка	0,41	3350
Кирпичная стена на растворе из цемента и песка	0,87	7110
Железобетонные перекрытия	1,7	13890

Каждое здание имеет разные сопротивления теплопередачи материалов. Таблица ниже, которая является выдержкой из СНиПа, ярко это демонстрирует.

Влияние теплопроводности на микроклимат внутри помещения

Среди большого разнообразия материалов бетонный массив считается достаточно популярным. Его ключевым свойством считается степень теплопередачи. Чтобы избежать непредвиденных теплопотерь, нужно учитывать это значение еще при составлении проекта теплоизоляции. В таком случае постройка будет как надежной и долговечной, так и комфортной для пребывания.

Если определить коэффициент теплопроводности бетона и найти подходящие материалы теплоизоляции, это позволит получить такие преимущества:

• снизить затраты тепловой энергии;
• уменьшить расходы на отопление;
• организовать в помещении комфортный микроклимат.

Зависимость микроклимата в доме от степени теплопередачи объясняется следующими особенностями:

1. По мере роста значений увеличивается интенсивность подачи тепла. В результате помещение быстрее остывает, но так же быстрее прогревается.
2. Если теплопередача снижается, тепло долго удерживается внутри здания и не выходит наружу.

В результате степень проводимости тепловой энергии становится ключевым фактором, определяющим комфорт пребывания в доме. В зависимости от особенностей материала, он может обладать разной структурой и свойствами, а также теплопроводностью. Перед выбором блоков нужно внимательно изучить их эксплуатационные свойства и подготовить грамотный проект.

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.

Факторы, влияющие на величину теплопроводности

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

В начале измерения принимается начальное стационарное состояние температуры. Измерительный датчик и образец образуют две полубесконечные области. Линейная часть кривой параметризуется используемой емкостью плоского источника и теплоизоляционными свойствами обоих смежных полупространств.

В общем случае расчет значения теплопроводности может быть выражен уравнением. Во время практических измерений результаты измерений на эталонных материалах были применены для выбора оптимального интервала измерения и оптимальной выходной мощности источника тепла в отношении максимизации результатов измерений точно и воспроизводимости.

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)

Определение коэффициента теплопроводности строительных материалов с использованием нестационарного плоского измерительного оборудования. Нестационарное плоское измерительное оборудование благодаря своей конструкции обладает многими выгодными свойствами. В этом аппарате можно легко и быстро измерить значение коэффициента теплопроводности в случае любого строительного материала.

Само измерение длится всего несколько секунд, и поэтому можно определить значение коэффициента теплопроводности в зависимости от влажности испытуемого образца. Плоский датчик обеспечивает возможность определения коэффициента теплопроводности значительно неоднородных материалов. Требования, касающиеся размера выборки, по сравнению с другими методами существенно меньше. По этим причинам можно определить коэффициент теплопроводности даже в части строительных изделий, поскольку со стандартными образцами тепловые технические свойства могут сильно отличаться от свойств конечных продуктов. Точность измерения. Как и в случае любого метода измерения, даже в случае нестационарного плоского измерительного прибора наибольшая ошибка исходит из тестового образца. Если поверхность испытываемого образца неравномерна.

• Скорость измерения.
• В отличие от классических методов этот метод несравненно быстрее.
• Гибкость измерений.

Измерительное устройство может благодаря своим благоприятным свойствам применяться для определения измерения коэффициента теплопроводности в большом разнообразии материалов и изделий, например.

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

b – справочная величина температурного коэффициента;

t – температура.

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 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.

Что такое теплопроводность? Знать об этой величине необходимо не только профессионалам-строителям, но и простым обывателям, решившим самостоятельно построить дом.

Каждый материал, используемый в строительстве, имеет свой показатель этой величины. Самое низкое его значение – у утеплителей, самое высокое – у металлов. Поэтому необходимо знать формулу, которая поможет рассчитать толщину как возводимых стен, так и теплоизоляции, чтобы получить в итоге уютный дом.

Расчет толщины стен

Стены должны быть теплыми! Что такое теплые? Это по теплопроводности опережающие СНиП! Для начала нужно разобраться какими они должны быть в соответствии со СНиПом. Это не так сложно, как кажется на первый взгляд.

Первым делом возникает вопрос: «а сколько дней в году длиться отопительный сезон?», может нам вообще ничего отапливать не надо и живем мы в Индии. Однако суровые реальности подсказывают, что из 365 дней 202 температура воздуха ≤ 8 °C. Но это в моей Липецкой области, а в вашей наверняка другие цифры. Какие? На этот вопрос вам ответит СНиП 23-01-99. В нем ищем таблицу №1 в ней ищем 11 столбик и свой населенный пункт. Цифра на пересечении и есть количество дней где температура ниже 8 градусов.

Зачем все это было нужно? Для того чтобы открыть СНиП 23-02-2003, найти в нем формулу, и определить градусо-сутки отопительного периода. Величина показывает температурную разницу наружного и внутреннего воздуха, то есть «на сколько нагревать». Умноженную на количество этих суток, то есть «сколько суток нагревать»

Ну узнали. Толк-то от этого какой? А такой! На Данном этапе мы получаем какую-то цифру, в моем случае получилась 5050. По этой цифре, того же самого СНиПа в таблице 4 ищем чему равно нормируемое значение сопротивление теплопередаче стен (3-й столбик). Получается что-то между 2,8-3,5 путем интерполяции находим точное значение (если надо и интересно) или берем максимальное. У меня получилось 3,2°С/Вт.

Теперь, чтобы посчитать толщину стены, нам необходимо воспользоваться формулой R = s / λ (м2•°С/Вт). Где R — сопротивление теплопередаче, s — толщина стены (м), а λ — теплопроводность. Теперь представим, что мы решили построить свою стену из газосиликатных блоков, полностью. В моем случае это блоки Липецкого силикатного завода. Нужно узнать коэффициент теплопроводности. Для этого идем на сайт производителя вашего материала, находим свой материал и смотрим описания характеристик. В моем случае это блоки из ячеистого бетона и коэффициент теплопроводности равен 0,10-0,14. Возьмем 0,14 (влажность и все такое). По вышеуказанной формуле нам нужно найти S. S = R * λ, то есть S = 3,2 * 0,14 = 0,45 м.

Хорошая получилась стена. И дорогая. Наверное есть способ сэкономить. Что если мы возьмем блок толщиной 20 см и сделаем из него стену. Получим сопротивление теплопередачи у такой стены равное 1,43 (м2•°С/Вт), а в нашем регионе 3,2 (м2•°С/Вт). Маловато будет! А что если мы сделаем многослойную стену и снаружи стены используем пенопласт, а лучше минеральную вату, потому как они с примерно одинаковыми коэффициентами теплопроводности, но минвата экологически чище и не горит к томуже. Да и мышки ее как-то не жалуют. Нам осталось добрать теплопередачи. 3,2 — 1,43 = 1,77 (м2•°С/Вт). Теперь тут опять все просто. Так как стена у меня трехслойная и снаружи еще обложена кирпичом, то нужно подобрать утеплитель который лучше всего подходит для этого дела. Я выбрал ROCKWOOL КАВИТИ БАТТС максимально обозначенная теплопроводность у него λ = 0,041 Вт/(м·К) по ней и посчитал, S = 1.77 * 0.041 = 0.072. У меня получилась стена из газосиликатного блока 20 см и 7 см каменной ваты. Согласитесь лучше чем 45 см газосиликата? А может плюнуть на все и сделать каркасник с утеплителем? Можно))) в Канаде и многих европейских странах все так и делают. Но мы то русские! Поэтому обложим все это хозяйство облицовочным кирпичом, и будет у нас красиво и практично! Почему мы в расчет не принимали облицовочный кирпич? Просто он не несет никаких энергосберегающих функций. Более того в нем необходимо сделать вентиляционные зазоры. Но это уже другая история.

В конечном итоге, решив, что требования СНиПов постоянно повышаются, я сделал утеплитель толщиной 10 см. Тем более, что стоило это не на много дороже.

Часть 3. Минимально допустимое значение сопротивления стен для различных климатических зон.

Минимально допустимое термосопротивление рассчитывается для анализа теплотехнических свойств проектируемой стены для различных климатических зон. Это нормируемая (базовая) величина, которая показывает, каким должно быть термосопротивление стены в зависимости от региона. Сначала вы выбираете материал для конструкции, просчитываете термосопротивление своей стены (часть 1), а потом сравниваете с табличными данными, содержащимися в СНиП 23-02-2003. В случае, если полученное значение окажется меньше установленного правилами, то необходимо либо увеличить толщину стены, либо утеплить стену теплоизоляционным слоем (например, минеральной ватой).

Согласно п. 9.1.2 СП 23-101-2004, минимально допустимое сопротивление теплопередаче R_о (м2·°С/Вт) ограждающей конструкции рассчитывается как

R_о = R₁+ R₂+R₃, где:

R₁=1/α_вн, где α_вн – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м2 × °С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003;

R₂ = 1/α_внеш, где α_внеш — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, Вт/(м2 × °С), принимаемый по таблице 8 СП 23-101-2004;

R₃ – общее термосопротивление, расчет которого описан в части 1 настоящей статьи.

При наличии в ограждающей конструкции прослойки, вентилируемой наружным воздухом, слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью, в этом расчете не учитываются. А на поверхности конструкции, обращенной в сторону вентилируемой воздухом снаружи прослойки, следует принимать коэффициент теплоотдачи α_внеш равным 10,8 Вт/(м2·°С).

Таблица 2. Нормируемые значения термосопротивления для стен по СНиП 23-02-2003.

Жилые здания для различных регионов РФ	Градусо-сутки отопительного периода, D, °С·сут	Нормируемые значения сопротивления теплопередаче , R, м2·°С/Вт, ограждающих конструкций для стен
Астраханская обл., Ставропольский край, Краснодарский край	2000	2,1
Белгородская обл., Волгоградская обл.	4000	2,8
Алтай, Красноярский край, Москва, Санкт Петербург, Владимирская обл.	6000	3,5
Магаданская обл.	8000	4,2
Чукотка, Камчатская обл., г. Воркута	10000	4,9
	12000	5,6

Уточненные значения градусо-суток отопительного периода,  указаны в таблице 4.1 справочного пособия к СНиП 23-01-99* Москва, 2006.

Теплопроводность | rhvac.ru

 

Для определения тепловых потерь стен, крыш, перекрытий, фундаментов на практике в большинстве случаев достаточно использовать вот такое простое равенство

Термическое сопротивление  R (м2*С/Вт) = толщина материала D (м) / коэффициент теплопроводности  U (Вт/м*С).

Чем выше значение R (сопротивление стены теплопередаче), тем лучше теплотехнические свойства конструкции, тем более теплым будет дом. Для каждого региона значение коэффициента сопротивления теплопередачи (R) разные.

Расчетное термическое сопротивление конструкций R для загородного дома, строящегося на территории Санкт-Петербурга программа “Поток 2005” для расчетов теплопотерь зданий принимает равным 2,93 м2*C/Вт. 

Коэффициент теплопроводности U (Вт/м*С) – это оценка теплотехнических характеристик различных видов строительных материалов. Чем меньше U, тем выше теплотехнические свойства материалов и строительных конструкций дома и меньше потери тепла.

Коэффициенты теплопроводности некоторых строительных материалов и требуемая толщина конструкции при их использовании.

 

Материал	Теплопроводность	Толщина при R=2,93	Толщина при R=4,15
Кирпич RAUF 2. 1 NF	0,27 Вт/м*С	0,79 м	1,12 м
Газобетон AEROC Hard	0,183 Вт/м*С	0,54 м	0,76 м
Брус	0,15 Вт/м*С	0,44 м	0,62 м
Isover	0,044 Вт/м*С	0,13 м	0,18 м
Rocwool	0,039 Вт/м*С	0,11 м	0,16 м
Пенопласт	0,037 Вт/м*С	0,11 м	0,15 м
Эковата	0,041 Вт/м*С	0,12 м	0,17 м
Керамзит	0,148 Вт/м*С	0,43 м	0,60 м

 

Объективнее и логичнее оценивать конечную конструкцию в целом.

 

Для примера расчет коэффициента теплопроводности стены дома.

 

Материал	Толщина (м)	Теплопроводность (Вт/м*С)	Сопротивление (м2*С/Вт)
Брус	0,15	0,15	1,0
Вата минер.	0,05	0,05	1,0
Зазор воздушн.	0,05	0,03	1,67
Кирпич	0,15	0,63	0,24
Итого:	0,4 м	0,102 Вт/м*С	3,91 м2*С/Вт

 

 

Расчет коэффициента теплопроводности монолитной плиты фундамента.

 

Слои материала	Толщина (м)	U-Value (Вт/м*С)	R (м2*С/Вт)
Ж/б 2500 кг/м3	0,320	1,690	0,189
Пеноплекс	0,100	0,03	3,333
Щебень	0,200	1,40	0,143
Песок	0,200	1,30	0,154
Грунт	1,0	1,05	0,952
Пеноплекс	0,050	0,03	1,667
Итого:	1,870 м	0,29 Вт/м*С	6,438 м2*С/Вт

 

Для сравнения рассчитаем коэффициент теплопроводности стены дома, построенного по технологии несъемной опалубки «VELOX» 

 

Слои материала	Толщина м	Теплопроводность Вт/м*С	Сопротивление м2*С/Вт
Штукатурка	0,020	0,90	0,022
Velox WS	0,035	0,11	0,318
ж/б 2500кг/м3	0,150	1,69	0,089
Пенополистирол ПСБ-С-35	0,100	0,041	2,439
Velox WS	0,035	0,11	0,318
Штукатурка	0,020	0,90	0,022
Итого:	0,360 м	0,112 Вт/м*с	3,209 м2*С/Вт

 

и коэффициент теплопроводности стены каркасного дома.

 

Материал	Толщина (м)	U-value (Вт/м*С)	R (м2*С/Вт)
Штукатурка	0,010	0,930	0,01
Пенопласт	0,050	0,064	0,79
ОСП	0,009	0,290	0,3
ISOVER	0,150	0,050	3,0
ОСП	0,009	0,290	0,3
Гипсокартон	0,012	0,210	0,05
Итого:	0,240 м	0,054 Вт/м*С	4,45 м2*С/Вт

Теплопередача посредством теплопроводности

Силы, определяющие теплопроводность, и способы ее применения

Теплопередача — одна из основных физических сил, управляющих всеми реакциями на этой планете. Теплопередача, управляемая законами термодинамики, позволяет использовать энергию и применять ее для питания бесчисленных повседневных систем. Механизм теплообмена объясняется первым законом термодинамики. Этот закон гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, а только передана между системами. Неизбежно, когда энергия передается между двумя системами, часть энергии теряется в окружающей среде. Эта потеря энергии происходит в виде тепла и может также упоминаться как тепловая энергия. Тепловая энергия, содержащаяся в системе, отвечает за температуру окружающей среды.

Методы теплопередачи

Существует три метода, облегчающих теплопередачу. Эти методы известны как проводимость, конвекция и излучение.

Излучение переносит тепло с помощью электромагнитных волн и не связано с каким-либо взаимодействием между веществами. Тепло, которое исходит от солнца, является примером излучения.

Конвекция происходит в жидкостях и газах и описывает перемещение тепла из одного места в другое, чему способствует движение жидкостей. При нагревании жидкости расширяются и становятся менее плотными. Горячая жидкость поднимается и вытесняет находящуюся над ней холодную жидкость, толкая ее вниз к источнику тепла. Эта холодная жидкость будет нагреваться и подниматься вверх, создавая постоянный поток жидкости из области с высокой температурой в область с низкой температурой. Конвекция объясняет, как плинтусные радиаторы могут обогреть всю комнату. Горячий воздух, вырабатываемый радиаторами, быстро поднимается вверх, толкая холодный воздух вниз к нагревателю на полу, создавая постоянный поток воздуха.

Теплопередача посредством теплопроводности включает передачу тепла между двумя материалами в результате поверхностного контакта. Между материалами не происходит обмена веществом, только энергией. Этот тип теплопередачи происходит в твердых материалах и вызывается колебаниями частиц. Под воздействием потока энергии частицы в твердом теле начинают покачиваться, вращаться и вибрировать, создавая кинетическую энергию. Типичным примером проводимости является процесс нагревания сковороды на плите. Тепло от горелки передается непосредственно на поверхность сковороды. Температура является мерой количества кинетической энергии, перерабатываемой частицами в образце вещества. Чем больше кинетическая энергия материала, тем выше будет его внутренняя температура.

Рисунок 1: Схема механизмов теплопередачи

Теплообмен в металлах

Вещество с высокой кинетической энергией также будет иметь высокую теплопроводность. Теплопроводность описывает, насколько эффективно материал может пропускать через себя тепло. Он определяется скоростью потока энергии на единицу площади по сравнению с градиентом температуры. Большинство значений электропроводности выражаются в ваттах на метр на градус Кельвина Вт/м•К.

Теплопроводность объясняет, почему ходьба босиком по холодному плиточному полу кажется намного прохладнее, чем ходьба по ковру, хотя оба они имеют комнатную температуру. Плитка и камни имеют более высокую теплопроводность, чем ковер и ткани, поэтому они могут отводить тепло от ног с гораздо большей скоростью, благодаря чему плитка кажется прохладной на ощупь.

Металлы являются примером материала с высокой теплопроводностью, который может быстро передавать тепло. Внутренняя структура молекулы металла содержит свободные электроны, которые могут свободно перемещаться в объеме материала. Эти свободные электроны быстро сталкиваются с другими частицами, заставляя внутреннюю структуру металла вибрировать быстрее и быстрее нагреваться. Эти быстрые вибрации способствуют потоку энергии и тепла по всему металлу.

Такие металлы, как медь, алюминий и серебро, часто используются для изготовления тепловых приборов и инструментов. Медные трубы — это провода, которые чрезвычайно популярны для использования в доме для быстрой передачи энергии и тепла из одной области в другую. Алюминий имеет чрезвычайно схожие тепловые свойства с медью и часто используется в качестве экономичной замены для выполнения тех же функций. Серебро является одним из наиболее широко используемых металлов для тепловых применений. Более 35% всего серебра, производимого в США, используется в электронике или электротехнике. Спрос на серебро продолжает расти, поскольку оно становится важнейшим компонентом в производстве солнечных батарей. Другие материалы с высокой теплопроводностью, такие как алмазы, также имеют множество практических применений. Алмазный порошок часто используется в электронике для отвода тепла от чувствительных участков и защиты их от перегрева.

Рис. 2. Стандартные солнечные панели, которые часто изготавливаются из серебра

 

Теплопередача в неметаллах

Неметаллические материалы используют фононы для передачи тепла по градиенту от холодной области к теплой. Пластмассы, пенопласт и дерево — все это примеры материалов с низкими значениями теплопроводности. Эти материалы известны как изоляторы и могут ограничивать поток тепла. Изоляторы имеют множество чрезвычайно полезных применений, которые могут защитить энергию от потери в окружающую среду. Пена является чрезвычайно полезным изоляционным материалом для дома и строительства. Более 50% всей бытовой энергии используется для обогрева или охлаждения дома. Использование материала с высокой теплопроводностью для изоляции дома может существенно снизить количество энергии, необходимой для обогрева или охлаждения здания. Цены на энергоносители во всем мире постоянно растут, что делает идеальным сохранение как можно большего количества электроэнергии и тепла для снижения счетов за электроэнергию.

Заключение

Теплопроводность является чрезвычайно важным свойством материала, которое позволяет тысячам производственных систем функционировать должным образом и эффективно. В каждой экосистеме постоянно происходит обмен теплом в виде потерянной энергии. Использование тепловой энергии для промышленных и практических процессов привело к созданию превосходных энергосберегающих технологий, которые используются ежедневно. Теплопроводность, излучение и конвекция — это разные способы прохождения тепла через систему. Структура, плотность и состав материала являются факторами, которые могут влиять на теплопроводность образца. Материалы с высокими или низкими значениями теплопроводности используются для различных повседневных применений. Хотя это сильно недооценено, жизнь не была бы такой же без теплопередачи и теплообмена.

Ссылки
Шинде С. и Гоэла Дж. (2006). Материалы с высокой теплопроводностью. Нью-Йорк: Спрингер. doi:10.1007/b106785]
Учебное пособие по физике. (н.д.). Получено с https://www.physicsclassroom.com/class/thermalP/Lesson-1/Methods-of-Heat-Transfer
Что такое тепловая энергия? (н.д.). Получено с https://www.khanacademy.org/science/physics/work-and-energy/work-and-energy-tutorial/a/what-is-thermal-energy

Рекомендуемое изображение: https://unsplash. ком

Автор: Каллиста Уилсон | Младший технический писатель | Thermtest

Тепловые свойства обычных строительных материалов

Связанные ресурсы: теплопередача

Тепловые свойства обычных строительных материалов

Техника теплопередачи
Гражданское строительство и проектирование

Тепловые свойства 9004 Некоторые строительные материалы 9004 Важнейшими свойствами строительных материалов являются их прочность, вес, долговечность и Стоимость. С точки зрения энергосбережения их наиболее важными свойствами являются способность поглощать и передавать тепло. Тепловые свойства материалов определяют скорость теплопередачи между внутренней частью и вне здания, количество тепла, которое может быть сохранено в материале, и количество тепла который поглощается поверхностью за счет теплопроводности и излучения. Скорость теплопередачи через строительные материалы в свою очередь определяет величину потерь и притоков тепла в здании. Эта информация важна для определения правильной и наиболее эффективной конструкции оборудования для обогрева помещений, необходимого для поддержания желаемых условий окружающей среды в помещении.

Плотность		Проводимость	Удельная теплоемкость
Материал	кг/м 3 (фунт/фут 3 )	Вт/м·К (БТЕ/ч фут°F)	Дж/кг К (БТЕ/фунт°F)	Коэффициент излучения
Настенная панель
Фанера из пихты Дугласа	140 (8,7)	0,11 (0,06)	2 720 (0,65)	–
Гипсокартон	1 440 (90)	0,48 (0,27)	840 (0,20)	–
ДСП	800 (50)	0,14 (0,08)	1 300 (0,31)	–
Кирпичная кладка
Красный кирпич	1 200 (75)	0,47 (0,27)	900 (0,21)	0,93
Белый кирпич	2000 (125)	1,10 (0,64)	900 (0,21)	–
Бетон	2 400 (150)	2,10 (121)	1050 (0,25)	–
Лиственные породы	–	–	1 630 (0,39)	–
Дуб	704 (44)	0,17 (0,10)	–	0,09 (строганный)
Береза ​​	704 (44)	0,17 (0,10)	–	–
Клен	671 (42)	0,16 (0,09)	–	–
Ясень	642 (40)	0,15 (0,09)	–	–
Хвойные породы	–	–	1 630 (0,39)	–
Дуглас	559 (35)	0,14 (0,08)	–	–
Красное дерево	420 (26)	0,11 (0,06)	–	–
Сосна южная	614 (38)	0,15 (0,09)	–	–
Кедр	375 (23)	0,11 (0,06)	–	–
Сталь (мягкая)	7 830 (489)	45,3 (26,1)	500 (0,12)	0,12 (очищенный)
Алюминий
Сплав 1100	2 740 (171)	221 (127,7)	896 (0,21)	0,09 (коммерческий лист)
Бронза	8 280 (517)	100 (57,8)	400 (0,10)	–
Жесткая изоляция из пеноматериала	32,0 (2,0)	0,033 (0,02)	–	–
Стекло (натриевая известь)	2 470 (154)	1,0 (0,58)	750 (0,18)	0,94 (гладкая)

Источники: ASHRAE Handbook of Fundamentals , 2001; Holman, J. P., 1976.

Теплопередача через здания | JLC Online

В среднем более половины годовой энергии, потребляемой домохозяйствами, уходит на отопление и кондиционирование воздуха. Около 27% идет на нагрев воды, освещение и охлаждение вместе взятых, а оставшиеся 21% — на все остальное — от стиральных и сушильных машин до зарядных устройств для мобильных телефонов, компьютеров и всех других устройств, которые мы используем дома.

Количество энергии, потребляемой для отопления и охлаждения домов, значительно зависит от географического положения, размера дома, типа конструкции, а также используемого оборудования и топлива. Но большая часть энергии домохозяйств, которая используется для отопления и охлаждения, ясно и ясно говорит о важности понимания того, как тепло проходит через здания. Механизмы теплового потока не только влияют на устанавливаемые нами системы отопления и охлаждения, но и определяют, как мы строим «тепловое разделение» между внутренним и наружным пространством.

Essential Concepts

Независимо от климата или дома тепло всегда ведет себя предсказуемым образом, и это полезно для понимания того, как тепло проходит через конструкции. При оценке энергоэффективности любой конструкции следует помнить о следующих основных принципах:

• Тепло всегда перемещается из более теплых областей в более холодные. Зимой мы обогреваем внутреннюю часть дома, поэтому направление теплового потока – изнутри наружу. Летом, когда на улице жарче, направление меняется на противоположное.
• Чем больше разница температур, тем быстрее течет тепло. Если внутри 70°F, а снаружи 75°F, через корпус проходит не так много энергии, и разница не очень заметна. Но если внутри 70°F, а снаружи 0°F, тепловой поток большой, и разница сразу заметна. (Примечание: поток тепла оказывает большое влияние на комфорт, то есть на то, как мы относимся к теплу или его отсутствию.)
• Воздух содержит пары влаги. Чем теплее воздух, тем больше влаги он может удерживать. Если воздух достаточно охлаждается, чтобы влага из воздуха конденсировалась на поверхности дома, это может оказать огромное влияние на долговечность здания. (Механика потока влаги сама по себе представляет собой целую серию уроков. Следите за новостями.)

Тепло в зависимости от температуры

Тепло – это не то же самое, что температура. Тепло — это кинетическая энергия; температура является мерой того, насколько интенсивна эта кинетическая энергия. Чтобы проиллюстрировать это, представьте себе два сосуда с водой: в одном 10 галлонов, а в другом 1 галлон. Температура воды в обоих контейнерах составляет 50°F. Хотя они имеют одинаковую температуру, больший контейнер удерживает в 10 раз больше тепла, чем меньший. Большой контейнер имеет большую тепловую массу и, следовательно, имеет большую теплоемкость.

Теплопередача

Тепло передается через строительные конструкции главным образом тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Теплопроводность — это передача тепловой энергии непосредственно через твердые материалы от молекулы к молекуле. Движение материала не играет роли в передаче тепла.

Строительные материалы проводят энергию с разной скоростью. Металлы, такие как медь и сталь, например, обладают высокой проводимостью, а это означает, что тепловая энергия проходит через них с очень эффективной скоростью. С другой стороны, войлок из стекловолокна и жесткий пенопласт имеют низкую проводимость. Материалы с плохой проводимостью служат изоляторами, когда их помещают между более проводящими материалами в сборке, такой как стена или крыша. Поток тепла через сборку материалов заметно замедляется изоляционными материалами. Древесина находится где-то посередине по проводимости. Это плохой изолятор, если он не измельчен и не имеет большого количества воздушных карманов между древесными волокнами. (Секрет большинства изоляционных материалов заключается в воздушных карманах, которые нарушают проводящий поток тепла через материал.)

Скорость кондуктивного теплового потока измеряется как значение U, а сопротивление тепловому потоку измеряется его обратным значением R.

Значение U = скорость теплопередачи

Значение R = сопротивление теплопередаче

Чем ниже значение U данного материала, тем меньше его проводимость. Чем выше значение U материала, тем выше его проводимость.

Конвекция — это поток тепла внутри жидкости, при котором более теплые жидкости поднимаются, а более холодные опускаются. В домах этой жидкостью является воздух; в океане или котле это вода.

В воздухе конвекцию часто называют «эффектом дыма». Когда воздух нагревается, молекулы расходятся дальше друг от друга, и воздух становится более плавучим, поднимаясь вверх. По мере того, как этот воздух поднимается, холодный воздух втягивается снизу, чтобы заменить его (подробнее см. «Основы воздушного барьера», 19 января). В котле или тепловом насосе подогретая вода циркулирует аналогичным образом, и системы трубопроводов могут быть спроектированы так, чтобы использовать этот «термосифон» для циркуляции воды.

Когда мы учитываем конвективные воздушные потоки в зданиях, мы рассматриваем следующие переменные:

• Разница температур (ΔT): Как и для всех методов теплопередачи, разница температур от одной области к другой является необходимым условием для передачи тепла.
• Время (t): продолжительность времени, в течение которого происходит движение воздуха.
• Объем воздуха (V): Объем воздуха в доме можно измерить путем умножения длины, ширины и высоты внутреннего пространства. Объем воздуха в доме остается постоянным, хотя сам воздух меняется.
• Воздухообмен в час (AC/hr): Скорость движения воздуха измеряется как воздухообмен. «Изменение» — это движение в определенное пространство и из него, например, объем воздуха в комнате (количество, используемое для балансировки воздушного потока в системе HVAC) или во всем доме (количество, используемое для измерения объема воздуха в доме). утечка).

Нажмите, чтобы увеличить

Тим Хили Все три метода теплопередачи показаны на этом чердачном участке. Кровельные материалы поглощают лучистую энергию солнца. Когда эти материалы нагреваются, они повторно излучают тепло на чердак, нагревая воздух чердака и открытые каркасы. Изоляция ограничивает поток тепла за счет проводимости через потолок; чем больше изоляция, тем больше сопротивление кондуктивному тепловому потоку. Конвекция помогает охлаждать чердак, перемещая воздух через потолочные и коньковые вентиляционные отверстия, в то время как внутреннее давление воздуха перемещает воздух через отверстия в потолке.

Излучение — это движение тепла в пространстве (не в воздухе) в виде электромагнитных волн. Энергия Солнца достигает земли посредством излучения. Воздух не влияет на излучение. Солнце и костер излучают лучистое тепло, даже когда дует ветер. Лучистое тепло перемещается со скоростью света, не нагревая пространство между источником излучения (часто называемым «лучистым телом», будь то солнце, нагретая плита, масса битумной кровли, подстилающего слоя и деревянной обшивки) и поверхностью. другого объекта.

Когда объект или сборка нагреваются лучистой энергией, энергия поглощается материалом. Чтобы нагреваться источником лучистого тепла, поверхность должна находиться в пределах прямой видимости источника тепла. Вот почему затенение работает. Мы можем поставить навес или навес между солнцем и окном, чтобы уменьшить поток лучистого тепла. В этом случае солнце нагревает навес или навес, когда энергия поглощается этими материалами.

Несколько других переменных влияют на скорость лучистого теплообмена. Помимо разницы температур, влияющей на скорость всех способов теплового потока, скорость лучистого теплового потока зависит от:

• Расстояние между двумя поверхностями. Солнце находится достаточно далеко, чтобы мы не испарились из-за его огромной энергии, как это могло бы случиться, если бы Земля была ближе к Солнцу. Точно так же, чем дальше мы находимся от костра или нагревательной плиты, тем меньше мы чувствуем их тепло.
• Оптические свойства поверхностей определяют, поглощается или отражается лучистая энергия. Например, темные поверхности поглощают лучистую энергию, а светлые или блестящие поверхности отражают лучистую энергию. Например, летом тепло, поглощаемое через крыши и окна, является двумя основными источниками поступления тепла в дома. Чтобы контролировать приток тепла, многие окна имеют очень тонкое металлическое покрытие на одной поверхности для отражения лучистого тепла. А на крышах можно использовать светлую кровлю для отражения тепла или установить лучистый барьер — слой фольги на обшивке, выходящей на чердак.
• Угол наклона поверхностей друг к другу связан с оптическими свойствами. Если одна поверхность наклонена под наклоном к другой поверхности, больше энергии будет отражаться или отскакивать от нее, чем если бы две поверхности были ближе друг к другу. Лучистая энергия движется по прямым линиям, и когда одна поверхность обращена прямо к другой, большая часть энергии теплой поверхности будет «видеть» обращенную поверхность.

Тим Хили «Радиатор» с ребристыми трубками передает тепло не только излучением, но и другими механизмами. Он в основном перемещает тепло конвекцией (воздух проходит через ребра диффузора) и теплопроводностью (тепло проходит через стенку трубы в алюминиевые ребра). Тепло исходит от ребер диффузора и обогреваемой передней панели.

Лучистая энергия является основным источником тепла в водяных системах отопления.