Как определить теплопроводность материала

Раз мне не нравятся теплоизоляционные материалы, что сплошь и рядом впаривают фирмачи, я вынужден искать им замену более экологичную и дешевую. Но вот вопрос: как определить, какой толщины слой должен быть? Каков коэффициент теплопроводности, например, у опилкобетона той или другой марки? А если вообще насыпной?

Удельная теплоемкость материалов

Теплоемкость – это физическая величина, описывающая способность того или иного материала накапливать в себе температуру от нагретой окружающей среды. Количественно удельная теплоемкость равна количеству энергии, измеряемой в Дж, необходимой для того, чтобы нагреть тело массой 1 кг на 1 градус. Ниже представлена таблица удельной теплоемкости наиболее распространенных в строительстве материалов.

Для того, чтобы рассчитать теплоемкость того или иного материала, необходимо обладать такими данными, как:

  • вид и объем нагреваемого материала (V);
  • показатель удельной теплоемкости этого материала (Суд);
  • удельный вес (mуд);
  • начальную и конечную температуры материала.

Характеристика показателя

Под термином теплопроводность понимается передача тепловой энергии от более нагретых предметов к менее нагретым. Обмен идет, пока не наступит температурного равновесия.

Теплопередача определяется отрезком времени, в течение которого температура в помещениях находится в соответствии с температурой окружающей среды. Чем меньше этот интервал, тем больше проводимость тепла стройматериала.

Для характеристики проводимости тепла используется понятие коэффициента теплопроводности, показывающего, сколько тепла за такое-то время проходит через такую-то площадь поверхности. Чем этот показатель выше, тем больше теплообмен, и постройка остывает гораздо быстрее. Таким образом, при возведении сооружений рекомендуется использовать стройматериалы с минимальной проводимостью тепла.

Какова теплопроводность штукатурки разных типов

Отделочный материал, применяемый при наружных и внутренних работах, при капитальном строительстве и в косметическом ремонте – это штукатурка. Ее особенности зависят от вида, а их достаточно много, так как в смесь добавляются различные элементы, которые могут повышать ее основные качества либо добавлять эстетики покрытию. Посмотрим на некоторые виды, а также определимся, что такое теплопроводность штукатурки и какой показатель у различных типов материала.

Определение

Теплопроводностью материала называют перенос внутренней энергии от более нагретых частей к менее нагретым. Механизм переноса тепла отличается в зависимости от агрегатного состояния вещества, а также распределения температур по поверхности материала. Иными словами, способность тела проводить тепло — и есть теплопроводность. Определяется она количеством теплоты, которое способно проходить через определенную толщину материала, на определенном участке за обозначенное время (естественно, для удобства расчетов все показатели равны единице). Но штукатурки отличаются слоем нанесения — значит и показатель будет другим

Виды и теплопроводность

Естественно, теплопроводность цементно-песчаной штукатурки для внешних работ будет отличной, чем теплопроводность декоративной штукатурки. Поэтому более подробно посмотрим на общие особенности некоторых видов.

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.

Диаграмма, которая иллюстрирует разницу в теплопроводности материалов

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).

Теплопроводность строительных материалов показывает количество тепла, которое он пропускает за единицу времени

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.

Читайте также:  Баня из бруса или бревна: сравнение по 10 объективным критериям

Главные параметры

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

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

Чувствительность к влаге

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

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

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

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

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

Плотность и теплоемкость

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

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

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

Коэффициент сопротивления

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

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

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

Теплопроводность различных пород древесины

Древесина — экологически чистый и практичный материал. Дерево активно применяется для внутренней отделки помещений. Материал также используется в строительстве загородных домов и заведений для туристов, в которых большую роль играет экологичность здания. При строительстве важно учесть теплопроводность дерева и многие другие параметры. Внутренняя отделка тоже требует внимания к характеристикам, ведь породы по-разному реагируют на тепло и влагу.

Разновидности и использование древесины

В строительстве применяются разнообразные породы древесины, которые принято разделять на хвойные и лиственные. К хвойным относятся такие виды:

  1. Сосна. Прочный и практичный материал для выполнения строительных работ. В нем собрано большое количество смолы, за счет чего он справляется с излишней влагой, при этом не поддается коррозии при сушке.
  2. Ель и пихта. Довольно прочные, но сучковатые материалы. Имеют приятый оттенок и незначительное количество смолы. При строительстве применяются как материал для элементов второстепенной важности.
  3. Кедр. Невзирая на то, что материал мягкий, он довольно прочный.
Читайте также:  Как лучше утеплить дом изнутри или снаружи

Лиственные породы делятся на мягкие и твердые. Это такие виды:

  1. Дуб. Высококачественный материал, обладающей высокой прочностью и надежностью. У дуба натуральный и приятный для глаза цвет. Как правило, он применяется для изготовления мебели, при возведении лестничного марша. Наиболее роскошно выглядит настоящий мореный дуб (выдержанный в воде около двух лет).
  2. Береза. Не столь прочный материал, зато однородный, за счет чего имеет максимально четко выраженную структуру. Из этого вида древесины получается качественная фанера, которая легко окрашивается и полируется.
  3. Осина. Слишком мягкий, но при этом практически не имеющий сучков вид древесины. Легко поддается обработке, но мелкие детали из осины делать не стоит.
  4. Липа. Широко применяется в производстве мебели. Прекрасно сохраняет свой первозданный вид даже после сушки. Липа устойчива к влаге.
  5. Клен. Довольно практичный материал, но весьма быстро рушится под воздействием влаги и вредителей. Неплохо красится, обрабатывается и проклеивается. Широко применяется как в строительстве, так и в изготовлении мебели.
  6. К лиственному типу также относится красное дерево. Красивый, дорогой и прочный материал. Чаще всего используется для элитного мебельного производства.

Чтобы выбрать подходящую породу, важно изучить таблицу теплопроводности древесины.

Достоинства материала

Строительство с использованием древесины имеет свои преимущества и недостатки. Главными плюсами при выборе такого материала будут:

  1. Экологичность. Самый весомый аргумент в пользу древесины — экологическая чистота. Некоторые современные материалы могут выделять пары тяжелых металлов и прочих химических элементов, что пагубно повлияет на здоровье жильцов дома.
  2. Ремонтопригодность. Части, сделанные из древесины, будет довольно легко отремонтировать в случае поломки или износа.
  3. Прочность и устойчивость ко многим внешним факторам, что делает долгим срок службы изделий из древесины. При правильной обработке этот материал будет безотказно служить долгие годы.
  4. Простота обработки.
  5. Плохая теплопроводность.
  6. Хорошие звукоизоляционные свойства.

Довольно обширный список. При этом маленькое число недостатков:

  1. Сильная зависимость свойств материала от того, в каких условиях росло дерево. Выбрать из-за этого качественный экземпляр бывает трудно.
  2. Изменения размеров из-за воздействия влажности и сухости. Но этот недостаток легко поправим обработкой.
  3. Легкая воспламеняемость.

Нельзя не учитывать высокую стоимость, связанную со сложностью добычи высококачественной древесины.

Влияние теплопроводности

От коэффициента теплопроводности древесины напрямую зависит ее способность сохранять температуру в помещении. Лидирующую позицию по сбережению тепла занимает кедр. Немного отстают ель, лиственница и другие сосновые породы. Все зависит напрямую от размера бревна (его диаметра), влажности материала, подгонки и утепления стыков.

Строение из сосны толщиной всего в 10 см можно сравнить со стеной из кирпича шириной в 58 см или железобетонной — 113 см. Правильно возведенный из дерева дом будет довольно компактным и теплым. Поэтому при строительстве нужно учитывать таблицу теплопроводности дерева.

Максимально тяжелое хвойное дерево лиственница — победитель сосны по теплопроводности. Она имеет более низкий коэффициент.

Теплопроводность дерева, позволяющая сохранять тепло, — не единственное достоинство лиственницы. Структура этого материла устойчива к влаге и довольно красива.

Сосна — наиболее распространенное и часто применяемое для строительства дерево. Более того, с финансовой стороны вопроса это еще и максимально бюджетный вариант. Сосна легко поддается обработке, способна украсить дом или баню своим внешним видом.

Таблица теплопроводности

Материал Плотность, кг/м3 Теплопроводность, Вт/(м*С) Паропроницаемость, Мг/(м*ч*Па) Эквивалентная1(при сопротивлении теплопередаче = 4,2м2*С/Вт) толщина, м Эквивалентная2(при сопротивление паропроницанию =1,6м2*ч*Па/мг) толщина, м
Железобетон 2500
Бетон 2400
Керамзитобетон 1800
Керамзитобетон 500
Кирпич красный глиняный 1800
Кирпич, силикатный 1800
Кирпич керамический пустотелый (брутто1400) 1600
Кирпич керамический пустотелый (брутто 1000) 1200
Пенобетон 1000
Пенобетон 300
Гранит 2800 14.6
Мрамор 2800 12.2
Сосна, ель поперек волокна 500
Дуб поперек волокна 700
Сосна, ель вдоль волокна 500
Дуб вдоль волокна 700
Фанера 600
ДСП 1000
Пакля 150
Гипсокартон 800
Картон облицовочный 1000
Минвата 200
Минвата 100
Минвата 50
33
Пенополистирол экструдированный 45
Пенополистирол 150
Пенополистирол 100
Пенополистирол 40

Коэффициент теплопроводности

Материалы обладают свойством проводить тепло от нагретой поверхности в более холодную область. Процесс происходит в результате электромагнитного взаимодействия атомов, электронов и квазичастиц (фононы). Основной показатель величины – коэффициент теплопроводности (λ, Вт/), определяемый как количество теплоты, проходящее через единицу площади сечения за единичный интервал времени. Малое значение положительно влияет на сохранение теплового режима.

Согласно ГОСТ 530-2012 эффективность кладки в сухом состоянии характеризуется коэффициентом теплопроводности:

  • ≤ – высокая;
  • 0.2 Теплоемкость

Необходимое количество тепла, подведенного к телу для увеличения температуры на 1 Кельвин – определение понятия «полная теплоемкость». Единица измерения: Дж/К или Дж/°C. Чем больше объем и масса тела (толщина стен и перекрытий), тем выше теплоемкость материала, лучше поддерживается благоприятный температурный режим. Наиболее точно это свойство подтверждают характеристики:

  • Удельная теплоемкость кирпича – количество тепла, необходимое для нагрева единичной массы вещества за единичный интервал времени. Единица измерения: Дж/кг*К или Дж/кг*°C. Используется для инженерных расчетов.
  • Объемная теплоемкость – количество тепла, потребляемое телом единичного объема для нагрева за единицу времени. Измеряется в Дж/м³*К или Дж/кг*°C.
Читайте также:  Какой газобетон выбрать для строительства дома
Вид изделия Удельная теплоемкость, Дж/кг*°С
Красный полнотелый 880
пустотелый 840
Силикатный полнотелый 840
пустотелый 750

Тепловая конвекция непрерывна: радиаторы нагревают воздух, который передает тепло стенам. При понижении температуры в помещениях происходит обратный процесс. Увеличение удельной теплоемкости, снижение коэффициента теплопроводности стен обеспечивают сокращение затрат на обогрев дома. Толщина кладки может быть оптимизирована рядом действий:

  • Применение теплоизоляции.
  • Нанесение штукатурки.
  • Использование пустотного кирпича или камня (исключено для фундамента здания).
  • Кладочный раствор с оптимальными теплотехническими параметрами.

Таблица с характеристиками различных видов кладок. Использованы данные СП :

Плотность, кг/м³ Удельная теплоемкость, кДж/кг*°С Коэффициент теплопроводности, Вт/м*°C

Обыкновенный г линяный кирпич на различном кладочном растворе

Цементно-песчаный 1800

Цементно-перлитовый 1600

Цементно-песчаный 1800 0.7

Пустотный красный различной плотности (кг/м³) на ЦПС

1400 1600

1300 1400

1000 1200

Морозостойкость кирпичной кладки

Устойчивость к воздействию отрицательных температур – показатель, влияющий на прочность и долговечность конструкции. Кладка в процессе эксплуатации насыщается влагой. В зимний период вода, проникая в поры, превращается в лед, увеличивается в объеме и разрывает полость, в которой находится – происходит разрушение. Морозоустойчивость, как правило, низкая, водопоглощение не должно превышать 20 %.

Определение количества циклов замораживания и оттаивания без потери прочности каждого вида изделия позволяет выявить морозоустойчивость (F). Значение получают опытным путем. В лаборатории проводят многократную заморозку в холодильных камерах и естественное оттаивание образцов.

Коэффициент морозостойкости – отношение прочности на сжатие опытного и исходного элемента. Изменение показателя более 5 %, наличие трещин, отколов сигнализируют об окончании испытаний. Марки изделий содержат характеристики по морозостойкости: F15 (20, 25, 35, 50, 75, 100, 150). Цифровой параметр указывает на количество циклов: чем выше число, тем надежнее возводимая система.

Приобретение кирпича высокой марки морозостойкости опустошит бюджет, заложенный на строительство. Меры по улучшению свойств конструкций, продлению срока эксплуатации в зонах холодного климата без увеличения расходов:

  • Применение паро- и гидроизоляции.
  • Обработка кладки гидрофобными составами.
  • Контроль, своевременное исправление дефектов.
  • Надежная гидроизоляция фундамента.

Какие факторы влияют на коэффициент теплопроводности железобетона

Уровень теплопроводимости бетона, независимо от его марки и наличия в массиве стальной арматуры, зависит от комплекса факторов. Рассмотрим показатели, каждый из которых оказывает определенное влияние на данную характеристику:

  • структура бетонного массива. При создании внутри монолита воздушных полостей процесс передачи тепла через ячеистый массив осуществляется на небольшой скорости и с минимальными потерями. Если подытожить, то увеличенная концентрация ячеек позволяет снизить потери тепла;
  • удельный вес материала. Плотность бетонного массива влияет на его структуру и, соответственно, на интенсивность процесса теплообмена. При возрастании плотности материала увеличивается степень теплопередачи и возрастает объем тепловых потерь;
  • концентрация влаги в бетонных стенах. Бетонный массив, имеющий пористую структуру, гигроскопичен. Частицы влаги, которые по капиллярам просачиваются вглубь бетона, заполняют воздушные поры и ускоряют тем самым процесс теплопередачи.
Какие факторы влияют на коэффициент теплопроводности железобетона

Выполняя расчеты необходимо учитывать, что с уменьшением влажности материала снижается степень теплопроводимости, и теряется меньшее количество тепла. Применение пористого заполнителя позволяет снизить потери тепла и обеспечить комфортный микроклимат помещения. Стройматериалы с низкой теплопроводностью целесообразно использовать для теплоизоляционных целей. Зная зависимость теплопроводности бетона от его характеристик можно выбрать оптимальный вид материала для постройки стен.

Коэффициент теплопроводности железобетона

Теплопроводность тяжелого бетона: показатели

Такие материалы также делятся на две основные группы. В строительстве могут использоваться бетоны:

  • тяжелые;
  • особо тяжелые.

При производстве второй разновидности материала применяются такие наполнители, как металлический скрап, гематит, магнетит, барит. Используются особо тяжелые бетоны обычно только при строительстве объектов, основным назначением которых является защита от радиации. В эту группу входят материалы с плотностью от 2500 кг/м3.

Обычные тяжелые бетоны изготавливают с применением таких видов наполнителя, как гранит, диабаз или известняк, изготовленные на базе горного щебня. В строительстве зданий и сооружений используется подобный материал плотностью 1600-2500 кг/м3.

Какая же может быть в данном случае теплопроводность бетона? Таблица, представленная ниже, демонстрирует показатели, характерные для разных типов тяжелого материала. Теплопроводность тяжелых бетонов

Вид бетона Особо тяжелый Тяжелый для ж/б конструкций На песке
Показатель теплопроводности Вт/(м°С) 1,28-1,74 При плотности 2500кг/м3 — 1,7 При плотности 1800-2500 кг/м3 — 0,7