Теплопроводность строительных материалов

Коэффициент материалов из бетона

Бетонный раствор – это неоднородная цементно-песчаная смесь, которая имеет сложную структуру. Его коэффициент зависит от конкретного состава.

Узнать теплопроводность бетона можно по таблицам или по характеристике конкретной марки. Средние значения следующие:

  1. Теплопроводность железобетонной плиты плотностью 2,5 – 1,7.
  2. Пенобетона – 0,08-0,29.
  3. Керамзитобетона – 0,14-0,66.
  4. Красный глиняный кирпич – 0,56.
  5. Силикатный кирпич – 0,7.
  6. Блоков из газосиликата – 0,072-0,165.
  7. Теплопроводность штукатурки – 0,1-1.

Точные данные теплопроводности бетонной стены зависят от конкретных марок и их характеристик.

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.

Теплопроводность – что это такое

Теплопроводностью называется способность всех видов газов, жидкости или материалов передавать тепло. Это значит, что когда объект нагревается с одной стороны, он трансформируется в теплопроводник, т.к. передает свою энергию дальше. При охлаждении процесс происходит также.

Например, если во время приготовления пищи перемешивать продукты деревянной лопаткой, то изменений в температуре не последует. Но, если для этих целей использовать кухонную утварь из металла, то она быстро нагреется так, что держать ее станет в руке невозможно. Таких примеров теплопроводности привести можно немало.

Объяснение этого с точки зрения физики: тепловая энергия стремится от среды с высокой температурой к среде с низкой температурой. Причем ей требуется время, чтобы пройти через стройматериал. Чем больше его нужно, тем ниже скорость передачи тепла.

Внимание!

Если температура по обе стороны используемого материала одинаковая, то переход тепловой энергии не состоится.

Так,

  • теплопроводность кирпича и стали составляет 0,56 и 58Вт/м●К соответственно;
  • древесины – 0,09-0,1;
  • песка – 0,35

Можно заметить, что не все материалы обладают одинаковой теплоэффективностью, это зависит от факторов:

  1. Пористая структура свидетельствует о ее неоднородности и наличии воздуха в порах.
  2. Структура пор – небольшие размеры и их замкнутость приводит к снижению теплового потока.
  3. Плотность – чем она выше, тем больше коэффициент проводимости тепла.
  4. Влажность – негативный фактор, который повышает скорость теплопередачи. Поэтому надо качественно произвести гидроизоляцию сооружения, правильно сделать вентиляцию и использовать влагоустойчивые стройматериалы.

Формула теплопроводности создана с учетом воздействия температуры на это свойство материала. Выглядит она так:

λ=λ0●(1+b●t), где

  • λ0 — коэффициент теплопроводности при 0°С, измеряется который в Вт/м●℃;
  • b – справочная величина температуры;
  • t – непосредственно температура.

Коэффициент теплопроводности

Зачастую в паспорте стройматериалов указан коэффициент теплопроводности – единица измерения которого Вт/(м●℃). Она характеризует любой материал как проводник тепла. В формуле она определяется греческой буквой λ.

Внимание!

Часто в формулах можно увидеть не градусы по Цельсию, а по Кельвину, обозначающиеся как K. Суть от этого не меняется.

Данный коэффициент демонстрирует способность используемого материала передавать тепло на определенную дистанцию за время. При этом показатель определяет именно сырье, а его размеры значения не имеют.

Рассчитать коэффициент теплообмена можно для материала строительного и иного назначения. Например, коэффициент теплоотдачи стали использовать как теплоотвод или теплообменник. Но для больше части стройматериалов ситуация обратная – чем меньше этот показатель для стен, тем меньше тепла здание потеряет зимой.

Сопротивление теплопередаче

Коэффициент теплопередачи – это показатель, характеризующий используемый материал. Но, как показывает практика, лучше оперировать какой-то величиной, которая будет описывать теплопроводные способности определенного сооружения. Иными словами, учитываться должны особенности его строения и параметров.

Термическое сопротивление – это и есть такая величина. Можно считать, что она обратная коэффициенту теплопроводности и учитывающая толщину стройматериала. Для этого показателя существует следующее обозначение – R. Формула при этом выглядит следующим образом:

R = h/λ, где

  • R — сопротивление теплопередаче однослойной однородной ограждающей конструкции, м²•℃/Вт;
  • h — толщина этого слоя в метрах;
  • λ — коэффициент теплопроводности материала конструкции, Вт/(м•℃).

Часто стены сооружают многослойными, один слой при этом – утеплитель с низким коэффициентом теплопроводности. Благодаря такому подходу нужный показатель повышается. Это связано с тем, что надо прибавить все слои сопротивления теплопередаче, из которых состоит ограждающая конструкция. Не стоит забывать и о суммировании приграничных слоев воздуха внутри и снаружи сооружения.

Теплопроводность кирпичной стены

Теплопроводность – один из важнейших показателей, характеризующих качество возводимого сооружения. И это неудивительно: ведь от этого коэффициента зависят не только затраты на отопление помещений, но и степень комфортности проживания в доме. Также в строительных расчетах часто фигурирует коэффициент теплосопротивления (сопротивление теплоотдаче), обратный теплопроводности (чем выше первый, тем ниже второй, и наоборот).

Теплопроводность сооружения зависит от показателей используемого вида кирпича, от параметров раствора, типа кладки, применяемых строительных технологий и утепляющих материалов.

Коэффициент теплопроводности кирпичей

Данный коэффициент обозначается буквой λ и выражается в W/(m*K).

Показатель λ достаточно широко варьируется, в зависимости от типа кирпичей и способа их изготовления. В основном, на данный коэффициент влияют материал кирпича (клинкерный, силикатный, керамический) и относительное содержание пустот. До 13% пустотности кирпичи считаются полнотелыми, выше – пустотелыми. По уменьшению коэффициента λ линейка строительной продукции будет выглядеть следующим образом:

  1. Клинкерный кирпич λ= от 0,8 до 0,9. Этот тип стройматериалов не предназначен для строительства утеплённых стен и чаще используется для изготовления полов и мощёных дорог.
  2. Силикатный кирпич полнотелого типа λ= от 0,7 до 0,8. Чуть ниже, чем у предыдущего типа, но строительство стены с его использованием требует серьёзных мер по утеплению.
  3. Керамический кирпич полнотелый λ= от 0,5 до 0,8 (в зависимости от сорта).
  4. Силикатный, с техническими пустотами λ= 0,66.
  5. Керамический кирпич пустотелого исполнения λ= 0,57.
  6. Керамический кирпич щелевого типа λ= 0,4.
  7. Силикатный кирпич щелевого типа – показатель λ аналогичен керамическому щелевому (0,4).
  8. Керамический поризованный λ= 0,22.
  9. Тёплая керамика λ= 0,11. Имея отличные показатели теплосопротивления, тёплая керамика уступает прочим видам кирпичной продукции по прочности, и поэтому применение её ограничено.

Важно при расчёте также учитывать, что для различных климатических регионов сопротивление теплоотдаче материалов будут варьироваться, в достаточно широких пределах Информацию о соотнесении теплоотдачи с климатическими параметрами, можно почерпнуть в СНиПе 23-02-2003

Теплопроводность кладки

Теплосопротивление кирпичей является важнейшим коэффициентом и в ряде случаев является определяющим параметром при проектировании здания и выбора кладки. Вместе с тем, сопротивление

теплоотдачи сооружения зависит не только от показателя λ используемых кирпичей, но и от применяемого строительного раствора.

Наиболее частым является случай, когда теплосопротивление раствора существенно ниже, чем сопротивление кирпича.

Так, коэффициент теплоотдачи раствора на основе цемента и песка равен 0,93 W/(m*K), а цементно-шлакового раствора – 0,64.

Путем суммирования коэффициентов сопротивления теплоотдаче кирпича и раствора разработаны специальные таблицы коэффициента теплопередачи, которые можно посмотреть в ГОСТе 530-2007. Ниже приведена выдержка из таблицы:

Таблица – Теплопроводность кладки

Тип кирпичаТип раствораТеплоотдача
ГлиняныйЦементно-песчаный0,81
Цементно-шлаковый0,76
Цементно-перлитовый0,7
СиликатныйЦементно-песчаный0,87
Керамический пустотный 1,4т/м3Цементно-песчаный0,64
Керамический пустотный 1,3т/м30,58
Керамический пустотный 1,0т/м30,52
Силикатный, 11-ти пустотныйЦементно-песчаный0,81
Силикатный, 14-ти пустотный0,76

Расчет стены

Для того, чтобы использовать коэффициент теплосопротивления кирпичной стенки на практике, необходимо воспользоваться следующей формулой:

r = (толщина кладки, м)/(теплоотдача, W/(m * K)),

где r – сопротивление теплоотдаче кирпичной стены. При расчетах также необходимо учитывать степень влажности помещения и климатический регион.

Уменьшение коэффициента теплоотдачи стены

В ряде случаев коэффициент λ оставляет желать много лучшего. К тому же нарушение технологии строительства может привести к изменению теплоотдачи в большую сторону. Если применять жидкий раствор при возведении стены из щелевого кирпича, то связующий материал проникнет в пустоты и отрицательно скажется на показателях теплосбережения (сопротивление теплопередаче уменьшится).

Что делать, чтобы увеличить сопротивление теплоотдаче?

Методы уменьшения теплопередачи стены:

Приложение А (обязательное)

Таблица А.1

Материалы (конструкции)

Эксплуатационная влажность материалов w, % по массе, при условиях эксплуатации

А

Б

1 Пенополистирол

2

10

2 Пенополистирол экструзионный

2

3

3 Пенополиуретан

2

5

4 Плиты из резольно-фенолформальдегидного пенопласта

5

20

5 Перлитопластбетон

2

3

6 Теплоизоляционные изделия из вспененного синтетического каучука «Аэрофлекс»

5

15

7 Теплоизоляционные изделия из вспененного синтетического каучука «Кфлекс»

8 Маты и плиты из минеральной ваты (на основе каменного волокна и штапельного стекловолокна)

2

5

9 Пеностекло или газостекло

1

2

10 Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные

10

12

11 Плиты фибролитовые и арболит на портландцементе

10

15

12 Плиты камышитовые

10

15

13 Плиты торфяные теплоизоляционные

15

20

14 Пакля

7

12

15 Плиты на основе гипса

4

6

16 Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка)

4

6

17 Изделия из вспученного перлита на битумном связующем

1

2

18 Гравий керамзитовый

2

3

19 Гравий шунгизитовый

2

4

20 Щебень из доменного шлака

2

3

21 Щебень шлакопемзовый и аглопоритовый

2

3

22 Щебень и песок из вспученного перлита

5

10

23 Вермикулит вспученный

1

3

24 Песок для строительных работ

1

2

25 Цементно-шлаковый раствор

2

4

26 Цементно-перлитовый раствор

7

12

27 Гипсоперлитовый раствор

10

15

28 Поризованный гипсоперлитовый раствор

6

10

29 Туфобетон

7

10

30 Пемзобетон

4

6

31 Бетон на вулканическом шлаке

7

10

32 Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон

5

10

33 Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией

4

8

34 Керамзитобетон на перлитовом песке

9

13

35 Шунгизитобетон

4

7

36 Перлитобетон

10

15

37 Шлакопемзобетон (термозитобетон)

5

8

38 Шлакопемзопено- и шлакопемзогазобетон

8

11

39 Бетон на доменных гранулированных шлаках

5

8

40 Аглопоритобетон и бетон на топливных (котельных) шлаках

5

8

41 Бетон на зольном гравии

5

8

42 Вермикулитобетон

8

13

43 Полистиролбетон

4

8

44 Газо- и пенобетон, газо- и пеносиликат

8

12

45 Газо- и пенозолобетон

15

22

46 Кирпичная кладка из сплошного кирпича глиняного обыкновенного на цементно-песчаном растворе

1

2

47 Кирпичная кладка из сплошного кирпича глиняного обыкновенного на цементно-шлаковом растворе

1,5

3

48 Кирпичная кладка из сплошного кирпича глиняного обыкновенного на цементно-перлитовом растворе

2

4

49 Кирпичная кладка из сплошного кирпича силикатного на цементно-песчаном растворе

2

4

50 Кирпичная кладка из сплошного кирпича трепельного на цементно-песчаном растворе

2

4

51 Кирпичная кладка из сплошного кирпича шлакового на цементно-песчаном растворе

1,5

3

52 Кирпичная кладка из керамического пустотного кирпича плотностью 1400 кг м3 (брутто) на цементно-песчаном растворе

1

2

53 Кирпичная кладка из пустотного кирпича силикатного на цементно-песчаном растворе

2

4

54 Древесина

15

20

55 Фанера клееная

10

13

56 Картон облицовочный

5

10

57 Картон строительный многослойный

6

12

58 Железобетон

2

3

59 Бетон на гравии или щебне из природного камня

2

3

60 Раствор цементно-песчаный

2

4

61 Раствор сложный (песок, известь, цемент)

2

4

62 Раствор известково-песчаный

2

4

63 Гранит, гнейс и базальт

64 Мрамор

65 Известняк

2

3

66 Туф

3

5

67 Листы асбестоцементные плоские

2

3

Ключевые слова: строительные материалы и изделия, теплофизические характеристики, расчетные значения, теплопроводность, паропроницаемость

Таблица теплопроводности материалов на Пер-Пи

МатериалПлотность,
кг/м3
Теплопроводность,
Вт/(м·град)
Теплоемкость,
Дж/(кг·град)
Пергамент0.071
Пергамин (ГОСТ 2697-83)6000.171680
Перекрытие армокерамическое с бетонным заполнением без штукатурки1100…13000.7850
Перекрытие из железобетонных элементов со штукатуркой15501.2860
Перекрытие монолитное плоское железобетонное24001.55840
Перлит2000.05
Перлит вспученный1000.06
Перлитобетон600…12000.12…0.29840
Перлитопласт-бетон (ТУ 480-1-145-74)100…2000.035…0.0411050
Перлитофосфогелевые изделия (ГОСТ 21500-76)200…3000.064…0.0761050
Песок 0% влажности15000.33800
Песок 10% влажности0.97
Песок 20% влажности1.33
Песок для строительных работ (ГОСТ 8736-77)16000.35840
Песок речной мелкий15000.3…0.35700…840
Песок речной мелкий (влажный)16501.132090
Песчаник обожженный1900…27001.5
Пихта450…5500.1…0.262700

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.

Факторы, влияющие на теплопроводность

Коэффициент теплопроводности материала зависит от нескольких факторов:

При повышении данного показателя взаимодействие частиц материала становится прочнее. Соответственно, они будут передавать температуру быстрее. А это значит, что с повышением плотности материала улучшается передача тепла.

Пористость вещества. Пористые материалы являются неоднородными по своей структуре. Внутри них находится большое количество воздуха. А это значит, что молекулам и другим частицами будет сложно перемещать тепловую энергию. Соответственно, коэффициент теплопроводности повышается.

Влажность также оказывает влияние на теплопроводность. Мокрые поверхности материала пропускают большее количество тепла. В некоторых таблицах даже указывается расчетный коэффициент теплопроводности материала в трех состояниях: сухом, среднем (обычном) и влажном.

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

Основные параметры, от которых зависит величина теплопроводности

Не все строительные материалы одинаково теплоэффективны. На это влияют следующие факторы:

Пористая структура материала говорит о том, что подобное строение неоднородно, а поры наполнены воздухом. Тепловые массы, перемещаясь через такие прослойки, теряют минимум своей энергии. Поэтому пенобетон именно с замкнутыми порами считается хорошим теплоизолятором. Замкнутые поры пенобетона наполнены воздухом, который по праву считается лучшим теплоизолятором
Повышенная плотность материала гарантирует более тесную взаимосвязь частиц друг с другом. Соответственно, уравновешивание температурного баланса происходит намного быстрее. По этой причине плотный материал обладает большим коэффициентом проводимости тепла. Поэтому железобетон считается одним из самых «холодных» материалов. Высокая плотность даёт хорошую прочность железобетону, но также и «обделяет» его теплоэффективностью
Влажность – злокачественный фактор, повышающий скорость прохождения тепла

Поэтому так важно качественно произвести гидроизоляцию необходимых узлов здания, грамотно организовать вентиляцию и использовать максимально инертные к намоканию строительные материалы.

«Холодно, холодно и сыро. Не пойму, что же в нас остыло…» Даже Согдиана знает о том, что сырость и холод − вечные соседи, от которых не спрячешься в тёплом свитере

Зная, что такое проводимость тепла, и какие факторы на неё влияют, можно смело пробовать применять свои знания для расчётов будущих строительных конструкций. Для этого нужно знать коэффициенты используемых материалов.

Применение коэффициента теплопроводности в строительстве

В строительстве действует одно простое правило — коэффициенты теплопроводности изоляционных материалов должны быть как можно ниже. Все потому, что чем меньше значение λ (лямбда), тем меньше можно сделать толщину изоляционного слоя, чтобы обеспечить конкретное значение коэффициента теплопередачи через стены или перегородки.

В настоящее время производители теплоизоляционных материалов (пенополистирол, графитовые плиты или минеральная вата) стремятся минимизировать толщину изделия за счет уменьшения коэффициента λ (лямбда), например, для полистирола он составляет 0,032-0,045 по сравнению с 0,15-1,31 у кирпича.

Что касается строительных материалов, то при их производстве коэффициент теплопроводности не имеет столь большого значения, однако в последние годы наблюдается тенденция к производству строительных материалов с низким показателем λ (например, керамических блоков, структурных изоляционных панелей, блоков из ячеистого бетона). Такие материалы позволяют построить однослойную стену (без утеплителя) или с минимально возможной толщиной утеплительного слоя.

Какой же строительный материал самый теплый?

В настоящее время это пенополиуретан (ППУ) и его производные, а также минеральная (базальтовая, каменная) вата. Они уже зарекомендовали себя как эффективные теплоизоляторы и сегодня широко применяются в утеплении домов.

Для наглядности о том, насколько эффективны эти материалы, покажем вам следующую иллюстрацию. На ней отображено какой толщины материала достаточно, чтобы удерживать тепло в стене дома:

А как же воздух и газообразные вещества? — спросите вы. Ведь у них коэффициент Лямбда еще меньше? Это верно, Но если мы имеем дело с газами и жидкостями, помимо теплопроводности, здесь надо также учитывать и перемещение тепла внутри них — то есть конвекции (непрерывного движения воздуха, когда более теплый воздух поднимается вверх, а более холодный — опускается).

Подобное явление имеет место в пористых материалах, поэтому они имеют более высокие значения теплопроводности, чем сплошные материалы. Все дело в том, что небольшие частички газа (воздух, углекислый газ) скрываются в пустотах таких материалов. Хотя такое может случится и с другими материалами — в случае если воздушные поры в них будут слишком большими, в них может также начать происходить конвекция.

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

Практическое применение значения теплопроводности строительных материалов

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

Упрощенная формула, определяющая толщину слоя, будет иметь вид:

Таблица теплопроводности утеплителей.

где, H толщина слоя, м,

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

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

Данная формула применительно к стене или перекрытию имеет следующие допущения:

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

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

  • СНиП23-01-99 Строительная климатология,
  • СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий,
  • СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий.
Поделитесь в социальных сетях:ВКонтактеFacebookTwitter
Напишите комментарий