Содержание

Коэффициенты теплопроводности

Шаг 4: Сравниваем. Таблица теплопроводности утеплителей

В таблице приводится сравнение утеплителей по теплопроводности заявленной производителями и соответствующие ГОСТам:

Наименование материала Коэффициент теплопроводности Ват/м2
Пенопласт 0.03
Минвата 0,049-0,6
Пенофол 0,037-0,049
Пеноизол 0,21-0,24
Пеностекло 0.08
Пенополиуретан (ППУ) 0.02
Эковата (целюлоза) 0.04

Сравнительная таблица теплопроводности строительных материалов, которые не принято считать утеплителями:

   
Наименование материала Коэффициент теплопроводности Ват/м2
Бетон 1.
51
Гранит 3.49
Мрамор 2.91
Сталь 58

Показатель теплопередачи лишь указывает на скорость передачи тепла от одной молекуле к другой. Для реальной жизни этот показатель не так важен. А вот без теплового расчета стены не обойтись. Сопротивление теплопередаче — величина обратная теплопроводности. Речь идет о способности материала (утеплителя) задерживать тепловой поток. Чтобы рассчитать сопротивление теплопередаче нужно разделить толщину на коэффициент теплопроводности. На примере ниже показан расчет теплового сопротивления стены из бруса толщиной 180 мм.

Как видно, теплосопротивление такой стены составит 1,5. Достаточно? Это зависит от региона. В примере показан расчет для Красноярска. Для этого региона нужный коэффициент сопротивления ограждающих конструкций установлен на уровне 3,62. Ответ ясен. Даже для Киева, который намного южнее данный показатель равняется 2,04.

А значит, способности деревянного дома сопротивляться потере тепла недостаточно. Необходимо утепление, а уже, каким материалом — рассчитывайте по формуле.

Шаг 2: Теория понятие

Из школьного курса физики, скорее всего, помните, что существует три вида теплопередачи:

  • Конвекция;
  • Излучение;
  • Теплопроводность.

А значит теплопроводность — это вид теплопередачи или перемещения тепловой энергии. Это связано с внутренней структурой тел. Одна молекула передает энергию другой. А теперь хотите небольшой тест?

Какой вид веществ пропускает (передает) больше всего энергии?

  • Твердые тела?
  • Жидкости?
  • Газы?

Правильно, больше всего передает энергию кристаллическая решетка твердых тел. Их молекулы находятся ближе друг к другу и поэтому могут взаимодействовать эффективнее. Самой низкой теплопроводностью обладают газы. Их молекулы находятся на наибольшем удалении друг от друга.

Обобщения закона Фурье

Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело. Закон Фурье неприменим для описания высокочастотных процессов (и, соответственно, процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т. п. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл, а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:

\tau\frac{\partial\mathbf{q}}{\partial t}=-\left(\mathbf{q}+\varkappa\,\nabla T\right).

Если время релаксации \tau пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.

Коэффициенты теплопроводности строительных материалов в таблицах

Сегодня очень остро стоит вопрос рационального использования ТЭР. Непрерывно прорабатываются пути экономии тепла и энергии с целью обеспечения энергетической безопасности развития экономики как страны, так и каждой отдельной семьи.

Создание эффективных энергоустановок и систем теплоизоляции (оборудования, обеспечивающего наибольший теплообмен (например, паровых котлов) и, наоборот, от которого он нежелателен (плавильные печи)) невозможно без знания принципов теплопередачи.

Изменились подходы к тепловой защите зданий, возросли требования к строительным материалам. Любой дом нуждается в утеплении и системе отопления. Поэтому при теплотехническом расчёте ограждающих конструкций важен расчёт показателя теплопроводности.

Перлитовая

Это одна из разновидностей декоративных штукатурок, которая состоит из вулканических пород. В состав штукатурки входят особые кислые стекла, которые придают покрытию эстетичный внешний вид и добавляют различные практичные качества. Уникальная способность, которой обладает материал, – вспенивание и увеличение в размерах при нагревании. Надо сказать, что перлитовая штукатурка способна увеличиться в объеме в 10 раз. Благодаря этому получается внешне плотный, но достаточно легкий слой для основной поверхности. Плотность слоя может колебаться в пределах 350…800 кг/м 3 , за счет чего колеблется и теплопроводность штукатурки – 0,13…0,9.

Есть такое понятие «сухая штукатурка». Для незнающих в строительной терминологии это означает обыкновенный гипсокартон. По сути, листы состоят из тех же элементов, что и обычная гипсовая штукатурка (жидкая), за исключением того, что они высушены, спрессованы, сформованы и укреплены на картонных листах. Теплопроводность сухой штукатурки также будет зависеть от плотности материала. Средний коэффициент теплопроводности равен 0.21.

Известковая

Наиболее распространенный вид штукатурки для внутренних работ. Одним из главных ее качеств можно назвать чистую белизну, что отлично подходит под дальнейшие финишные работы, в особенности окрашивание или нанесение декоративных жидких обоев. Состоит смесь из гашеной извести, речного песка. Пропорции могут быть разными. Теплопроводность при плотности 1500 кг/м 3 будет равна 0.7.

Для каждой из смесей предусмотрены свои показатели, которые обозначаются на упаковке. Надо сказать, что бумажный мешок сухой смеси – инструкция не только по эксплуатации, но и составу. Там можно найти основные свойства каждого из составов.

Теплопроводность гипсовой штукатурки

Паропроницаемость гипсовой штукатурки нанесенной на поверхность зависит от замешивания.

Но если сравнить ее с обычной, то проницаемость гипсовой штукатурки составляет 0,23 Вт/м×°С, а цементной достигает 0,6÷0,9 Вт/м×°С. Такие расчеты позволяю говорить о том что паропроницаемость гипсовой штукатурки намного ниже.

Благодаря низкой проницаемости снижется коэффициент теплопроводности гипсовой штукатурки, что позволяет увеличить тепло в помещении. Гипсовая штукатурка отлично удерживает тепло в отличии от :

  • известково-песчаной;
  • бетонной штукатурки.

Благодаря низкой теплопроводности гипсовой штукатурки стены остаются теплыми даже в сильный мороз снаружи помещения.

Коэффициенты теплопроводности различных веществ

Материал Теплопроводность, /(·)
Графен 4840±440 — 5300±480
Алмаз 1001—2600
Графит 278,4—2435
Карбид кремния 490
Серебро 430
Медь 401
Оксид бериллия 370
Золото 320
Алюминий 202—236
Нитрид алюминия 200
Нитрид бора 180
Кремний 150
Латунь 97—111
Хром 107
Железо 92
Платина 70
Олово 67
Оксид цинка 54
Сталь[какая? ] 47
Свинец 35,3
Кварц 8
Гранит 2,4
Бетон сплошной 1,75
Бетон на гравии или щебне из природного камня 1,51
Базальт 1,3
Стекло 1-1,15
Термопаста КПТ-8 0,7
Бетон на песке 0,7
Вода при нормальных условиях 0,6
Кирпич строительный 0,2—0,7
Силиконовое масло 0,16
Пенобетон 0,05—0,3
Древесина 0,15
Нефтяные масла 0,12
Свежий снег 0,10—0,15
Пенополистирол (горючесть Г1) 0,038-0,052
Экструдированный пенополистирол (горючесть Г3 и Г4) 0,029-0,032
Стекловата 0,032-0,041
Каменная вата 0,034-0,039
Воздух (300 K, 100 кПа) 0,022
Аэрогель 0,017
Аргон (273-320 K, 100 кПа) 0,017
Аргон (240-273 K, 100 кПа) 0,015
Вакуум (абсолютный) 0 (строго)

Также нужно учитывать передачу тепла из-за конвекции молекул и излучения.

Например, при полной нетеплопроводности вакуума, тепловая энергия передаётся излучением (Солнце, инфракрасные теплогенераторы). В газах и жидкостях происходит перемешивание разнотемпературных слоёв естественным путём или искусственно (примеры принудительного перемешивания — фены, электрочайники). Также в конденсированных средах возможно «перепрыгивание» фононов из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, что способствует распространению звуковых волн и тепловой энергии, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.

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

Если задумано индивидуальное строительство

При возведении дома важно учитывать технические характеристики всех составляющих (материала для стен, кладочного раствора, будущего утепления, гидроизоляционных и пароотводящих плёнок, финишной отделки). Для понимания, какие стены наилучшим образом будут сохранять тепло, нужно проанализировать коэффициент теплопроводности не только материала для стен, но и строительного раствора, что видно из таблицы ниже:

Для понимания, какие стены наилучшим образом будут сохранять тепло, нужно проанализировать коэффициент теплопроводности не только материала для стен, но и строительного раствора, что видно из таблицы ниже:

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

Важно. Из приведённых в таблице данных видно, что у каждого строительного материала довольно большой разброс в показателях коэффициента теплопроводности.. Это связано с несколькими причинами:

Это связано с несколькими причинами:

  • Плотность. Все утеплители выпускаются или укладываются (пеноизол, эковата) различной плотности. Чем ниже плотность (больше присутствует воздуха в теплоизоляционной структуре), тем ниже проводимость тепла. И, наоборот, у очень плотных утеплителей этот коэффициент выше.
  • Вещество, из которого производят (основа). Например, кирпич бывает силикатным, керамическим, глиняным. От этого зависит и коэффициент теплопроводности.
  • Количество пустот. Это касается кирпича (пустотелый и полнотелый) и теплоизоляции. Воздух – самый худший проводник тепла. Коэффициент его теплопроводимости – 0,026. Чем больше пустот, тем ниже этот показатель.

Строительный раствор хорошо проводит тепло, поэтому любые стены рекомендуется утеплять.

Теплопроводность.

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

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

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

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

Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

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

Коэффициент теплопередачи материалов современных строительных материалов для ограждающих конструкций

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

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

Часть информации взята нормативов, которые прописывают характеристики определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП 50. 13330.2012, СНиП II-3-79* (приложение 2)). Те материал, которые не прописаны в стандартах, найдены на сайтах производителей

Так как стандартов нет, у разных производителей они могут значительно отличаться, потому при покупке обращайте внимание на характеристики каждого покупаемого материала

Закон теплопроводности Фурье

В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:

\vec{q}=-\varkappa\,\mathrm{grad}(T),

где \vec{q} — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, \varkappa — коэффициент теплопроводности

(удельная теплопроводность), T — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad T (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно какзакон теплопроводности Фурье .

В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):

P=-\varkappa\frac{S\Delta T}{l},

где P — полная мощность тепловых потерь, S — площадь сечения параллелепипеда, \Delta T — перепад температур граней, l — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями. {2}} \sqrt{\frac{RT}{\mu}}

где i — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5, для одноатомного i=3), k — постоянная Больцмана, \mu — молярная масса, T — абсолютная температура, d — эффективный (газокинетический) диаметр молекул, R — универсальная газовая постоянная. Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из нерадиоактивных газов — у ксенона).

Теплопроводность в сильно разреженных газах

Приведённое выше выражение для коэффициента теплопроводности в газах не зависит от давления. Однако если газ сильно разрежен, то длина свободного пробега определяется не столкновениями молекул друг с другом, а их столкновениями со стенками сосуда. Состояние газа, при котором длина свободного пробега молекул ограничивается размерами сосуда называют высоким вакуумом

. При высоком вакууме теплопроводность убывает пропорционально плотности вещества (то есть пропорциональна давлению в системе): \varkappa \sim \frac{1}{3}\rho c_v l \bar v\propto P, где l — размер сосуда, P — давление.

Таким образом коэффициент теплопроводности вакуума тем ближе к нулю, чем глубже вакуум. Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, энергия в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотерь стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.

Экономичная штукатурная теплоизоляция.

Полимерные штукатурки можно только купить, их не изготовить самостоятельно. Но растворы на минеральных вяжущих экономичнее смешивать своими руками.

Заказать работу наемным рабочим дорого. Но, если смесь изготовить самостоятельно, общая цена несколько упадет. Многие застройщики экономят таким образом: нанимают штукатуров, а сами выполняют для них «черную» работу. С учетом того, что помощь подсобника оплачивается не за м2, а по дням, экономия может быть не значительной. Приблизительно 800-1200 руб/день.

Еще дешевле самостоятельная подготовка стены, выставление маяков и грубое оштукатуривание. «Спецам» останется только выровнять покрытие и нанести декоративный раствор.

Теплоизоляционная дешевая штукатурка для наружных работ.


Изолирующие смеси дороже обычных, поскольку сложнее. Своими руками, к тому же, можно сделать далеко не все.

Однако изготовление раствора на основе цемента под силам любому начинающему строителю и способно ощутимо снизить расход средств. В качестве наполнителя можно использовать как влагостойкие насыпные материалы (вспененное стекло, керамзитовые пески), так и не влагостойкое (опилки, перлит, вермикулит). Последние лишь защищают слоем плотного бетона.

Для внешней теплоизоляционной штукатурки возможно применение полистирольных наполнителей. Самый экономичный наполнитель – измельченный пенополистирол. Его стоимость нулевая, он бесплатен. Если использовать для измельчения пенопластовую упаковку.

Такой бетон широко применяется в России и за ее пределами. Он не плотен и не применим в конструкциях, требующих высокой прочности. Но для внешних утепляющих штукатурок вполне подходит.

Теплоизоляционная штукатурка своими руками для внутренних работ.

За квадратный метр отделки без наполнителя застройщики отдают меньше, чем за смесь с наполнителем. Поэтому некоторые, особенно «предприимчивые» строители, пытаются добавлять утепляющие подсыпки в готовые смеси. Это запрещено: такие манипуляции сильно ослабляют раствор, снижают его прочность и долговечность.

Чтобы снизить стоимость за кв. м. проще сделать замес самому, используя недорогие наполнители и вяжущее. Так глиняно-опилочный раствор практически бесплатен, хотя и не уступает по прочности гипсовому. data-matched-content-ui-type=»image_stacked» data-matched-content-rows-num=»2″ data-matched-content-columns-num=»3″ data-ad-format=»autorelaxed»>

Конвекция в атмосфере

Важность атмосферной конвекции велика, поскольку благодаря ней существуют такие явления, как ветры, циклоны, образование облаков, дожди и другие. Все эти процессы подчиняются физическим законам термодинамики

Среди процессов конвекции в атмосфере самым важным является круговорот воды. Здесь следует рассмотреть вопросы о том, что такое теплопроводность и теплоемкость воды. Под теплоемкостью воды понимается физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо передать 1 кг воды, чтобы ее температура увеличилась на один градус. Оно равно 4220 Дж.


Смотреть галерею

Круговорот воды осуществляется следующим образом: солнце нагревает воды Мирового океана, и часть воды испаряется в атмосферу. За счет процесса конвекции водяной пар поднимается на большую высоту, охлаждается, образуются облака и тучи, которые приводят к возникновению осадков в виде града или дождя.

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

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.

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.

Шаг 5: Правила монтажа

Стоит сказать, что все указанные выше показатели приведены для СУХИХ материалов. Если материл, намокнет, он потеряет свои свойства как минимум наполовину, а то и вовсе превратится в «тряпку». Поэтому нужно защищать теплоизоляцию. Пенопластом чаще всего утепляют под мокрый фасад, в котором утеплитель защищен слоем штукатурки. На минвату накладывается гидроизоляционная мембрана, чтобы не допустить попадание влаги.

Еще один момент, который заслуживает внимания — ветрозащита. Утеплители имеют разную пористость. Например, сравним плиты пенополистирола и минеральную вату. Если первый на вид выглядит цельным, на втором явно видны поры или волокна. Поэтому, если вы монтируете волокнистую теплоизоляцию, например, минвату или эковату на продуваемом ветром ограждении обязательно позаботьтесь о ветрозащите. В противном случае от хороших термических показателей утеплителя не будет пользы.

Как рассчитать толщину стен

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

Термическое сопротивление ограждающих конструкций для регионов России

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

Расчет толщины стены, толщины утеплителя, отделочных слоев

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

Формула расчета теплового сопротивления

R — термическое сопротивление;

p — толщина слоя в метрах;

k — коэффициент теплопроводности.

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

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

Пример расчета толщины утеплителя

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

  1. Для начала просчитаем тепловое сопротивление стены из кирпича. Полтора кирпича это 38 см или 0,38 метра, коэффициент теплопроводности кладки из кирпича 0,56. Считаем по приведенной выше формуле: 0,38/0,56 = 0,68. Такое тепловое сопротивление имеет стена в 1,5 кирпича.
  2. Эту величину отнимаем от общего теплового сопротивления для региона: 3,5-0,68 = 2,82. Эту величину необходимо «добрать» теплоизоляцией и отделочными материалами.

    Рассчитывать придется все ограждающие конструкции

  3. Считаем толщину минеральной ваты. Ее коэффициент теплопроводности 0,045. Толщина слоя будет: 2,82*0,045 = 0,1269 м или 12,7 см. То есть, чтобы обеспечить требуемый уровень утепления, толщина слоя минеральной ваты должна быть не меньше 13 см.

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

Потому теплопроводность строительных материалов, используемых для отделки просто не принимают во внимание

Коэффициент теплопроводности.

Количество тепла, которое проходит через стены (а по научному — интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности) зависит от разности температур (в доме и на улице), от площади стен и теплопроводности материала, из которого сделаны эти стены.

Для количественной оценки теплопроводности существует коэффициент теплопроводности материалов. Этот коэффициент отражает свойство вещества проводить тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше он проводит тепло. Если мы собираемся утеплять дом, то надо выбирать материалы с небольшим значением этого коэффициента. Чем он меньше, тем лучше. Сейчас  в качестве материалов для утепления зданий  наибольшее распространение получили утеплители из минеральной ваты, и различных пенопластов. Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами — Неопор.

Коэффициент теплопроводности материалов обозначается буквой ? (греческая строчная буква лямбда)  и выражается в Вт/(м2*К). Это означает, что если взять стену из кирпича, с коэффициентом теплопроводности 0,67 Вт/(м2*К), толщиной 1 метр и площадью 1 м2., то при разнице температур в 1 градус, через стену будет проходить 0,67 ватта тепловой энергии. Если разница температур будет 10 градусов, то будет проходить уже 6,7 ватта. А если при такой разнице температур  стену сделать 10 см, то потери тепла будут уже 67 ватт. Подробней о методике расчета теплопотерь зданий можно посмотреть здесь.

Следует отметить, что значения коэффициента теплопроводности материалов указываются для толщины материала в 1 метр. Чтобы определить теплопроводность материала для любой другой толщины, надо коэффициент теплопроводности разделить на нужную толщину, выраженную в метрах.

В строительных нормах и расчетах часто используется понятие «тепловое сопротивление материала». Это величина обратная теплопроводности.  Если, на пример, теплопроводность пенопласта толщиной 10 см — 0,37 Вт/(м2*К), то его тепловое сопротивление будет равно 1 / 0,37 Вт/(м2*К) = 2,7 (м2*К)/Вт.

Сравнительная таблица по теплопроводности строительных материалов. Сравнение теплопроводности строительных материалов по толщине. Коэффициент теплопроводности воздушной прослойки

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

Что такое теплопроводность и термическое сопротивление

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

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

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

Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

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

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

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

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

Таблица теплопроводности строительных материалов

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

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

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

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

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

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

Как рассчитать толщину стен

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

Термическое сопротивление ограждающих
конструкций для регионов России

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

Расчет толщины стены, толщины утеплителя, отделочных слоев

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

R — термическое сопротивление;

p — толщина слоя в метрах;

k — коэффициент теплопроводности.

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

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

Пример расчета толщины утеплителя

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


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

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

Понятие теплопроводности

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

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

Факторы, влияющие на теплопроводность

Коэффициент теплопроводности материала зависит от нескольких факторов:

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

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

Понятие теплопроводности на практике

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

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

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

Конструкционные материалы и их показатели

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


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

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

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

Материалы из бетона с добавлением пористых заполнителей

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

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

Показатели теплоизоляционных материалов

Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов, наиболее популярных в наше время:

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

Таблица показателей

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

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

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

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

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

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

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

От чего зависит теплопроводность?

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

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

Коэффициент теплопроводности

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

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

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

Расчёт толщины утеплителя

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

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

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

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

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

Теплопроводность материалов влияет на толщину стен

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

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

Что оказывает влияние на показатель теплопроводности?

Теплопроводность определяется такими факторами:

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

Использование значений коэффициента теплопроводности на практике

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

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

Показатели теплопроводности для готовых построек. Виды утеплений

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

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

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

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

В качестве утеплителей применяются следующие виды:

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

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

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

Таблица теплопроводности строительных материалов: особенности показателей

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

Как использовать таблицу теплопроводности материалов и утеплителей?

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

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

Значения коэффициентов теплопередачи материалов в таблице

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

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

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

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

Теплопроводность строительных материалов (видео)

Возможно Вам также будет интересно:

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

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

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

Понятие теплопроводности

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

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

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

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

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

Вернуться к оглавлению

Факторы, влияющие на величину теплопроводности

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

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

λ=λо*(1+b*t), (1)

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

b – справочная величина температурного коэффициента;

t – температура.

Вернуться к оглавлению

Практическое применение значения теплопроводности строительных материалов

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

Упрощенная формула, определяющая толщину слоя, будет иметь вид:

где, H – толщина слоя, м;

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

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

Данная формула применительно к стене или перекрытию имеет следующие допущения:

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

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

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

Вернуться к оглавлению

Теплопроводность материалов: параметры

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

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

Значения коэффициентов теплопроводности сведены в таблицу 1:

Таблица 1

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

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

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

Теплоизоляционные материалы имеют достаточно малые величины значения коэффициента теплопроводности.

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

таблица сравнения с другими материалами и расчет толщины слоя утеплителя в зависимости от теплопроводности

В технической литературе пенополиуретан описывается как материал с самой низкой теплопроводностью в списке стандартных термоизоляционных материалов. Пенополистирол и жесткий пенополиуретан с низкой плотностью (от 20 до 50 кг/м3) по праву стали самыми используемыми материалами для промышленных холодильных и морозильных камер и других систем, где требуется повышенная термоизоляция. В этом заслуга низкой теплопередачи. Для сравнения теплопроводность жесткого пенополиуретана в разы ниже теплопроводности  минеральной ваты и всех других популярных утеплителей.

Коэффициент теплопроводности жесткого пенополиуретана и других материалов

Именно низкая теплопроводность делает ППУ оптимальным материалом для термоизоляции. Коэффициент теплопроводности жесткого  пенополиуретана составляет 0,019 – 0,028 Вт/м*К. Этот показатель определяет количество теплоты, которая проходит сквозь куб материала со стороной в 1 м за 1 секунду при единичном изменении температуры в 1 Кельвин. Низкая теплопроводность позволяет обеспечить необходимую теплоизоляцию при минимальном слое покрытия. Например, теплопроводность пенопласта составляет 0,04 – 0,06 Вт/м*К, т.е. понадобится в 2-3 раза более толстый слой пенопласта, чем пенополиуретана. В видео ниже поясняется понятие теплопроводности и его применение в строительстве:

 

 

Совет от профессионала

Если вы хотите сравнить теплопроводность различных строительных материалов, необходимо поделить их коэффициенты теплопроводности. К примеру, теплопроводность минваты и ППУ соотносятся как 0,052/0,019=2,74. Это означает, что слой пенополиуретана в 10 см равен 27,4 см слою минеральной ваты по своим утепляющим свойствам. Если брать теплопроводность керамзита и ППУ, то соотношение будет 0,18/0,019=9,47. То есть слой керамзита должен быть почти в 10 раз толще.

Ниже приведена теплопроводность строительных материалов в таблице

Материал

Коэффициент теплопроводности (Вт/м*К)

   Жесткий пенополиуретан

   0.019 – 0.028

   Пенополистирол (пенопласт)

   0.04 – 0.06

   Минеральная вата

   0. 052 – 0.058

   Пенобетон

   0.145 – 0.160

   Пробковая плита

   0.5 – 0.6

*Цифры могут изменяться в зависимости от производителя, погодных условий, точного состава.

Как рассчитать необходимую толщину слоя ППУ-утеплителя?

Для расчета необходимого количества материалов для утепления дома или другой постройки необходимо обратиться к нормативам СНиП 23-02-2003 и рассчитать следующие параметры:

Rreq = a*Dd + b

Dd = (Tint – Tht)*Zht

Δ=Rreq*λ

Rreq – сопротивление теплопередачи

a и b – коэффициенты из таблиц СНиП

Dd – градусо-сутки отопительного сезона

Tint – внутренняя температура помещения, которую необходимо поддерживать

Tht – средняя температура воздуха снаружи помещения

Zht – длительность периода отопления

Δ – искомая толщина слоя ППУ-утеплителя

Λ — теплопроводность

Сопротивление теплопередачи рассчитывается для цельной конструкции, поэтому для расчета сопротивления теплопередачи ППУ необходимо вычесть из общего показателя сопротивления теплопередачи других составных материалов покрытия (например, для стены нужно также учитывать теплопроводность штукатурки и кирпича).

Для примера, возьмем минимальную теплопроводность ППУ, равную 0,019. Используя данные из СНиП для стандартных стен жилого дома – Rreq=3,279 рассчитаем толщину теплоизоляционного покрытия из ППУ – Δ = 3,279*0,019= 0,0623 м (т.е. 6,23 см). Если вам посчастливится приобрести самый термостойкий пенополиуретан с таким низким коэффициентом теплопроводности, достаточная толщина термоизоляционного слоя всего 6 см.

В сравнении с другими утеплителями наиболее тонкий слой утепления дает именно пенополиуретан, теплопроводность которого ниже, чем у любого другого материала. Поэтому нередко утепление ППУ обходится дешевле, чем использование менее совершенных вариантов теплоизоляции.

Сравнительная таблица утеплителей по теплопроводности, толщине и плотности


Чтобы правильно организовать утепление стен, потолка и пола помещений нужно знать определённые особенности и свойства материалов. От качественного подбора необходимых значений напрямую зависит тепловая устойчивость вашего дома, ведь ошибившись, в первоначальных расчётах вы рискуете сделать утепление здания неполноценным. В помощь вам предоставляется подробная таблица теплопроводности строительных материалов, описанная в этой статье.

Правильно утеплённый дом

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.

Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

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

Коэффициент теплопередачи материалов современных строительных материалов для ограждающих конструкций

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

Наименование материалаКоэффициент теплопроводности Вт/(м·°C)
В сухом состоянииПри нормальной влажностиПри повышенной влажности
Войлок шерстяной0,036-0,0410,038-0,0440,044-0,050
Каменная минеральная вата 25-50 кг/м30,0360,0420,,045
Каменная минеральная вата 40-60 кг/м30,0350,0410,044
Каменная минеральная вата 80-125 кг/м30,0360,0420,045
Каменная минеральная вата 140-175 кг/м30,0370,0430,0456
Каменная минеральная вата 180 кг/м30,0380,0450,048
Стекловата 15 кг/м30,0460,0490,055
Стекловата 17 кг/м30,0440,0470,053
Стекловата 20 кг/м30,040,0430,048
Стекловата 30 кг/м30,040,0420,046
Стекловата 35 кг/м30,0390,0410,046
Стекловата 45 кг/м30,0390,0410,045
Стекловата 60 кг/м30,0380,0400,045
Стекловата 75 кг/м30,040,0420,047
Стекловата 85 кг/м30,0440,0460,050
Пенополистирол (пенопласт, ППС)0,036-0,0410,038-0,0440,044-0,050
Экструдированный пенополистирол (ЭППС, XPS)0,0290,0300,031
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 600 кг/м30,140,220,26
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 400 кг/м30,110,140,15
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 600 кг/м30,150,280,34
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 400 кг/м30,130,220,28
Пеностекло, крошка, 100 — 150 кг/м30,043-0,06
Пеностекло, крошка, 151 — 200 кг/м30,06-0,063
Пеностекло, крошка, 201 — 250 кг/м30,066-0,073
Пеностекло, крошка, 251 — 400 кг/м30,085-0,1
Пеноблок 100 — 120 кг/м30,043-0,045
Пеноблок 121- 170 кг/м30,05-0,062
Пеноблок 171 — 220 кг/м30,057-0,063
Пеноблок 221 — 270 кг/м30,073
Эковата0,037-0,042
Пенополиуретан (ППУ) 40 кг/м30,0290,0310,05
Пенополиуретан (ППУ) 60 кг/м30,0350,0360,041
Пенополиуретан (ППУ) 80 кг/м30,0410,0420,04
Пенополиэтилен сшитый0,031-0,038
Вакуум0
Воздух +27°C. 1 атм0,026
Ксенон0,0057
Аргон0,0177
Аэрогель (Aspen aerogels)0,014-0,021
Шлаковата0,05
Вермикулит0,064-0,074
Вспененный каучук0,033
Пробка листы 220 кг/м30,035
Пробка листы 260 кг/м30,05
Базальтовые маты, холсты0,03-0,04
Пакля0,05
Перлит, 200 кг/м30,05
Перлит вспученный, 100 кг/м30,06
Плиты льняные изоляционные, 250 кг/м30,054
Полистиролбетон, 150-500 кг/м30,052-0,145
Пробка гранулированная, 45 кг/м30,038
Пробка минеральная на битумной основе, 270-350 кг/м30,076-0,096
Пробковое покрытие для пола, 540 кг/м30,078
Пробка техническая, 50 кг/м30,037

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

От чего зависит проводимость тепла

Теплопроводность напрямую зависит от следующих факторов:

  • Плотность. Чем ближе молекулы вещества находятся друг к другу, тем быстрее идет обмен энергией. Значит, повышение плотности ведет к снижению теплозащиты.
  • Структура. В пористых материалах содержатся капсулы с воздухом, который существенно затормаживает процесс улетучивания тепла. Пористый — значит более теплый.
  • Влажность. У воды показатель λ при температуре +20°C в 23 раза больше, чем у воздуха. Поэтому промокший кирпич остывает быстрее.

На основе уровня влажности мы вычислим условия эксплуатации, необходимые для уточнения поиска значений теплопроводности в таблице.

Таблица теплопроводности строительных материалов

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

Сравнивают самые разные материалы

Название материала, плотностьКоэффициент теплопроводности
в сухом состояниипри нормальной влажностипри повышенной влажности
ЦПР (цементно-песчаный раствор)0,580,760,93
Известково-песчаный раствор0,470,70,81
Гипсовая штукатурка0,25
Пенобетон, газобетон на цементе, 600 кг/м30,140,220,26
Пенобетон, газобетон на цементе, 800 кг/м30,210,330,37
Пенобетон, газобетон на цементе, 1000 кг/м30,290,380,43
Пенобетон, газобетон на извести, 600 кг/м30,150,280,34
Пенобетон, газобетон на извести, 800 кг/м30,230,390,45
Пенобетон, газобетон на извести, 1000 кг/м30,310,480,55
Оконное стекло0,76
Арболит0,07-0,17
Бетон с природным щебнем, 2400 кг/м31,51
Легкий бетон с природной пемзой, 500-1200 кг/м30,15-0,44
Бетон на гранулированных шлаках, 1200-1800 кг/м30,35-0,58
Бетон на котельном шлаке, 1400 кг/м30,56
Бетон на каменном щебне, 2200-2500 кг/м30,9-1,5
Бетон на топливном шлаке, 1000-1800 кг/м30,3-0,7
Керамическийй блок поризованный0,2
Вермикулитобетон, 300-800 кг/м30,08-0,21
Керамзитобетон, 500 кг/м30,14
Керамзитобетон, 600 кг/м30,16
Керамзитобетон, 800 кг/м30,21
Керамзитобетон, 1000 кг/м30,27
Керамзитобетон, 1200 кг/м30,36
Керамзитобетон, 1400 кг/м30,47
Керамзитобетон, 1600 кг/м30,58
Керамзитобетон, 1800 кг/м30,66
ладка из керамического полнотелого кирпича на ЦПР0,560,70,81
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1000 кг/м3)0,350,470,52
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1300 кг/м3)0,410,520,58
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1400 кг/м3)0,470,580,64
Кладка из полнотелого силикатного кирпича на ЦПР, 1000 кг/м3)0,70,760,87
Кладка из пустотелого силикатного кирпича на ЦПР, 11 пустот0,640,70,81
Кладка из пустотелого силикатного кирпича на ЦПР, 14 пустот0,520,640,76
Известняк 1400 кг/м30,490,560,58
Известняк 1+600 кг/м30,580,730,81
Известняк 1800 кг/м30,70,931,05
Известняк 2000 кг/м30,931,161,28
Песок строительный, 1600 кг/м30,35
Гранит3,49
Мрамор2,91
Керамзит, гравий, 250 кг/м30,10,110,12
Керамзит, гравий, 300 кг/м30,1080,120,13
Керамзит, гравий, 350 кг/м30,115-0,120,1250,14
Керамзит, гравий, 400 кг/м30,120,130,145
Керамзит, гравий, 450 кг/м30,130,140,155
Керамзит, гравий, 500 кг/м30,140,150,165
Керамзит, гравий, 600 кг/м30,140,170,19
Керамзит, гравий, 800 кг/м30,18
Гипсовые плиты, 1100 кг/м30,350,500,56
Гипсовые плиты, 1350 кг/м30,230,350,41
Глина, 1600-2900 кг/м30,7-0,9
Глина огнеупорная, 1800 кг/м31,4
Керамзит, 200-800 кг/м30,1-0,18
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией, 800-1200 кг/м30,23-0,41
Керамзитобетон, 500-1800 кг/м30,16-0,66
Керамзитобетон на перлитовом песке, 800-1000 кг/м30,22-0,28
Кирпич клинкерный, 1800 — 2000 кг/м30,8-0,16
Кирпич облицовочный керамический, 1800 кг/м30,93
Бутовая кладка средней плотности, 2000 кг/м31,35
Листы гипсокартона, 800 кг/м30,150,190,21
Листы гипсокартона, 1050 кг/м30,150,340,36
Фанера клеенная0,120,150,18
ДВП, ДСП, 200 кг/м30,060,070,08
ДВП, ДСП, 400 кг/м30,080,110,13
ДВП, ДСП, 600 кг/м30,110,130,16
ДВП, ДСП, 800 кг/м30,130,190,23
ДВП, ДСП, 1000 кг/м30,150,230,29
Линолеум ПВХ на теплоизолирующей основе, 1600 кг/м30,33
Линолеум ПВХ на теплоизолирующей основе, 1800 кг/м30,38
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1400 кг/м30,20,290,29
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1600 кг/м30,290,350,35
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1800 кг/м30,35
Листы асбоцементные плоские, 1600-1800 кг/м30,23-0,35
Ковровое покрытие, 630 кг/м30,2
Поликарбонат (листы), 1200 кг/м30,16
Полистиролбетон, 200-500 кг/м30,075-0,085
Ракушечник, 1000-1800 кг/м30,27-0,63
Стеклопластик, 1800 кг/м30,23
Черепица бетонная, 2100 кг/м31,1
Черепица керамическая, 1900 кг/м30,85
Черепица ПВХ, 2000 кг/м30,85
Известковая штукатурка, 1600 кг/м30,7
Штукатурка цементно-песчаная, 1800 кг/м31,2

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

НаименованиеКоэффициент теплопроводности
В сухом состоянииПри нормальной влажностиПри повышенной влажности
Сосна, ель поперек волокон0,090,140,18
Сосна, ель вдоль волокон0,180,290,35
Дуб вдоль волокон0,230,350,41
Дуб поперек волокон0,100,180,23
Пробковое дерево0,035
Береза0,15
Кедр0,095
Каучук натуральный0,18
Клен0,19
Липа (15% влажности)0,15
Лиственница0,13
Опилки0,07-0,093
Пакля0,05
Паркет дубовый0,42
Паркет штучный0,23
Паркет щитовой0,17
Пихта0,1-0,26
Тополь0,17

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

НазваниеКоэффициент теплопроводностиНазваниеКоэффициент теплопроводности
Бронза22-105Алюминий202-236
Медь282-390Латунь97-111
Серебро429Железо92
Олово67Сталь47
Золото318

Материалы из бетона с добавлением пористых заполнителей

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

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

Как рассчитать толщину стен

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

Термическое сопротивление ограждающих конструкций для регионов России

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

Расчет толщины стены, толщины утеплителя, отделочных слоев

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

Формула расчета теплового сопротивления

R — термическое сопротивление;

p — толщина слоя в метрах;

k — коэффициент теплопроводности.

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

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

Пример расчета толщины утеплителя

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

  1. Для начала просчитаем тепловое сопротивление стены из кирпича. Полтора кирпича это 38 см или 0,38 метра, коэффициент теплопроводности кладки из кирпича 0,56. Считаем по приведенной выше формуле: 0,38/0,56 = 0,68. Такое тепловое сопротивление имеет стена в 1,5 кирпича.
  2. Эту величину отнимаем от общего теплового сопротивления для региона: 3,5-0,68 = 2,82. Эту величину необходимо «добрать» теплоизоляцией и отделочными материалами.

    Рассчитывать придется все ограждающие конструкции

  3. Считаем толщину минеральной ваты. Ее коэффициент теплопроводности 0,045. Толщина слоя будет: 2,82*0,045 = 0,1269 м или 12,7 см. То есть, чтобы обеспечить требуемый уровень утепления, толщина слоя минеральной ваты должна быть не меньше 13 см.

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

Экономичная штукатурная теплоизоляция.

Полимерные штукатурки можно только купить, их не изготовить самостоятельно. Но растворы на минеральных вяжущих экономичнее смешивать своими руками.

Заказать работу наемным рабочим дорого. Но, если смесь изготовить самостоятельно, общая цена несколько упадет. Многие застройщики экономят таким образом: нанимают штукатуров, а сами выполняют для них «черную» работу. С учетом того, что помощь подсобника оплачивается не за м2, а по дням, экономия может быть не значительной. Приблизительно 800-1200 руб/день.

Еще дешевле самостоятельная подготовка стены, выставление маяков и грубое оштукатуривание. «Спецам» останется только выровнять покрытие и нанести декоративный раствор.

Теплоизоляционная дешевая штукатурка для наружных работ.


Изолирующие смеси дороже обычных, поскольку сложнее. Своими руками, к тому же, можно сделать далеко не все.

Однако изготовление раствора на основе цемента под силам любому начинающему строителю и способно ощутимо снизить расход средств. В качестве наполнителя можно использовать как влагостойкие насыпные материалы (вспененное стекло, керамзитовые пески), так и не влагостойкое (опилки, перлит, вермикулит). Последние лишь защищают слоем плотного бетона.

Для внешней теплоизоляционной штукатурки возможно применение полистирольных наполнителей. Самый экономичный наполнитель – измельченный пенополистирол. Его стоимость нулевая, он бесплатен. Если использовать для измельчения пенопластовую упаковку.

Такой бетон широко применяется в России и за ее пределами. Он не плотен и не применим в конструкциях, требующих высокой прочности. Но для внешних утепляющих штукатурок вполне подходит.

Теплоизоляционная штукатурка своими руками для внутренних работ.

За квадратный метр отделки без наполнителя застройщики отдают меньше, чем за смесь с наполнителем. Поэтому некоторые, особенно «предприимчивые» строители, пытаются добавлять утепляющие подсыпки в готовые смеси. Это запрещено: такие манипуляции сильно ослабляют раствор, снижают его прочность и долговечность.

Чтобы снизить стоимость за кв. м. проще сделать замес самому, используя недорогие наполнители и вяжущее. Так глиняно-опилочный раствор практически бесплатен, хотя и не уступает по прочности гипсовому.
data-matched-content-ui-type=»image_stacked» data-matched-content-rows-num=»2″ data-matched-content-columns-num=»3″ data-ad-format=»autorelaxed»>

Коэффициент теплопроводности строительных материалов. Таблица значений

Комфорт в построенном здании зависит от многих факторов. На микроклимат в помещении, к примеру, оказывает влияние коэффициент теплопроводности строительных материалов. Таблица данных параметров позволит выбрать наиболее подходящий материал для создания комфортных условий в доме.

Благодаря правильно приозведенному расчету, в дальнейшем можно сэкономить на отоплении дома. Даже если на начальном этапе строительство производить из более дорогих материалов, со временем они полностью окупятся. В случае если для строительства используются материалы, интенсивно пропускающие тепло, необходимо проводить дополнительный объем работ по утеплению дома. Его осуществляют и снаружи, и внутри зданий. Но в любом случае это несет дополнительные затраты и времени, и средств.

Понятие теплопроводности

В физике под теплопроводностью понимают передачу теплоты от более нагретых частиц к менее нагретым в результате их непосредственного соприкосновения. Под частицами здесь понимают атомы, молекулы или свободные электроны.

Если говорить простым языком, то теплопроводность – это способность конкретного материала пропускать тепло. Стоит отметить, что перемещение тепла будет продолжаться, пока не наступит равновесие температур.

Потери тепла для разных участков зданий различны. Если говорить о частном доме, до теплопотери будут происходить:

  • через крышу — до 30 процентов;
  • через дымоходы, естественную вентиляцию и так далее — до 25 процентов;
  • через стены — до 15 процентов;
  • через пол — до 15 процентов;
  • через окна — до 15 процентов;
  • через примыкание — до 15 процентов.

Для многоквартирных домов эти показатели немного отличаются. Потери через крышу и стены будут ниже. А вот через окна будет уходить гораздо больше тепла.

Коэффициент теплопроводности

Теплопроводность материала характеризуется временным интервалом, в течение которого температурные показатели достигнут равновесия. Об этом свидетельствует коэффициент теплопроводности строительных материалов. Таблица показывает, что между временем и теплопроводностью в данном случае существует обратная зависимость. То есть чем меньше времени уходит на передачу тепла, тем больше значение теплопроводности.

На практике это значит, что здание будет остывать быстрее, если больше будет коэффициент теплопроводности строительных материалов. Таблица значений в данном случае просто необходима. В ней видно, сколько тепла потеряет здание через единицу площади.

Рассмотрим пример. Кирпич обладает теплопроводностью 0,67 кВт/(м2*К) (значение взято из соответствующих таблиц). Это значит, что 1 квадратный метр поверхности с толщиной один метр будет пропускать 0,67 ватт тепла. Это значение будет при условии, что разница в температурах двух поверхностей составляет один градус. При увеличении разности до 10 градусов теплопотери составят уже 6,7 ватт. В таких условиях при уменьшении толщины стены в 10 раз (то есть до 10 сантиметров), потери тепла составят 67 ват.

Изменение теплопроводности

На коэффициенты теплопроводности строительных материалов оказывают влияние различного рода факторы. Основными параметрами являются:

  • Плотность материала. Если плотность выше, значит, частицы внутри материала взаимодействуют друг с другом сильнее. Соответственно, передача тепловой энергии и установление равновесия температур произойдет быстрее. Следовательно, чем больше плотность, тем лучше материал пропускает тепло.
  • Пористость. Здесь наблюдается противоположная ситуация. Материалы с большой пористостью обладают неоднородной структурой. Большую часть объема занимает воздух, обладающий минимальным коэффициентом. Передача тепловой энергии через маленькие поры затруднена. Соответственно, теплопроводность будет увеличиваться.
  • Влажность. С увеличением влажности будет выше и коэффициент теплопроводности строительных материалов.

Таблица, приведенная выше, показывает точные значения для некоторых материалов.

Сравнение теплопроводности материалов на практике

Неопытному человеку сложно понять, что же собой представляют коэффициенты теплопроводности строительных материалов. СНиП дает точные значения, которые содержатся в таблице.

Чтобы лучше понять разницу данных значений, рассмотрим пример. Сравним несколько различных материалов. Количество пропускаемого ими тепла можно сделать одинаковым, если изменять толщину стены. Так, стена из бетонных панелей (с утеплителем) толщиной 14 сантиметров будет соответствовать деревянной стене с толщиной 15 сантиметров. То же значение теплопроводности будет характерно для керамзитобетона толщиной 30 сантиметров, пустотелого кирпича толщиной 51 сантиметр. Если брать обычный кирпич, то для получения данной теплопроводности необходимо построить стену толщиной 64 сантиметра.

Государственные стандарты

Определяется коэффициент теплопроводности строительных материалов (таблица) СНиП и другими документами. Так, для составления таблицы, которая размещена выше, были использованы такие документы, как СНиП 11-3-79, СНиП 23-02-2003, СП 50.13330.2012.

Если стандарты не дают значения коэффициента теплопроводности необходимого строительного материала, его можно узнать у производителя. Посмотрите на упаковке, не указан ли данный параметр там. Еще один выход – зайти на официальный сайт производителя.

Как видно, расчет теплопотерь играет важную роль в процессе строительства зданий. От этого будет зависеть уровень комфортного нахождения внутри помещения. Поэтому еще на этапе проектирования необходимо со всей тщательностью подходить к вопросу выбора строительных материалов. Это позволит снизить расход финансовых средств на отопление. При этом толщина выбранного материала для каждого региона будет отличаться. И зависеть она будет от климатических условий зоны проживания.

Коэффициент теплопроводности строительных материалов — таблица и сравнение

Это количественное свойство веществ пропускать тепло, которое определяется коэффициентом. Этот показатель равен суммарному количеству тепла, которое проходит сквозь однородный материал, имеющий единицу длины, площади и времени при одинарной разнице в температурах.

Система СИ преобразует эту величину в коэффициент теплопроводности, это в буквенном обозначении выглядит так – Вт/(м*К). Тепловая энергия распространяется по материалу посредством быстро движущихся нагретых частиц, которые при столкновении с медленными и холодными частицами передают им долю тепла.

Чем лучше нагретые частицы будут защищены от холодных, тем лучше будет сохраняться накопленное тепло в материале.


При расчете многослойной конструкции суммируйте показатели теплосопротивляемости всех материалов
Если стену будем строить из различных материалов, допустим, кирпич, минеральная вата, штукатурка, рассчитывать величины следует для каждого отдельного материала. Зачем полученные числа суммировать.

R1-Rn- термическое сопротивление слоев разных материалов;

Ra.l– термосопротивление закрытой воздушной прослойки. Величины можно узнать в таблице 7 п. 9 в СП 23-101-2004. Прослойка воздуха не всегда предусмотрена при постройке стен. Подробнее о расчетах смотрите в этом видео:

Главной особенностью теплоизолирующих материалов и строительных деталей является внутренняя структура и коэффициент сжатия молекулярной основы сырья, из которого состоят материалы. Значения коэффициентов теплопроводности строительными материалами таблично описаны ниже.

Современные теплоизоляционные материалы для применения в строительстве и ремонте делятся на множество разновидностей: промышленные и бытовые, природные и искусственные, гибкие и жесткие теплоизоляционные материалы и т.д.

К примеру, по форме современная теплоизоляция разделяется на такие образцы, как:

По структуре отличают следующие типы термоизоляции со своей уникальной особенностью:

По виду сырья выделяют такие изделия различного класса качества:

Определение лучшего изделия зависит не только от цены. Их выбирают по качественным характеристикам, эргономичным свойствам и экологичности.

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.

МатериалПлотность, кг/м3Теплопроводность, Вт/(м·град)Теплоемкость, Дж/(кг·град)
ABS (АБС пластик)1030…10600.13…0.221300…2300
Аглопоритобетон и бетон на топливных (котельных) шлаках1000…18000.29…0.7840
Акрил (акриловое стекло, полиметилметакрилат, оргстекло) ГОСТ 17622—721100…12000. 21
Альфоль20…400.118…0.135
Алюминий (ГОСТ 22233-83)2600221897
Асбест волокнистый4700.161050
Асбестоцемент1500…19001.761500
Асбестоцементный лист16000.41500
Асбозурит400…6500.14…0.19
Асбослюда450…6200.13…0.15
Асботекстолит Г ( ГОСТ 5-78)1500…17001670
Асботермит5000.116…0.14
Асбошифер с высоким содержанием асбеста18000.17…0.35
Асбошифер с 10-50% асбеста18000.64…0.52
Асбоцемент войлочный1440.078
Асфальт1100…21100.71700…2100
Асфальтобетон (ГОСТ 9128-84)21001. 051680
Асфальт в полах0.8
Ацеталь (полиацеталь, полиформальдегид) POM14000.22
Аэрогель (Aspen aerogels)110…2000.014…0.021700
Базальт2600…30003.5850
Бакелит12500.23
Бальза110…1400.043…0.052
Береза510…7700.151250
Бетон легкий с природной пемзой500…12000.15…0.44
Бетон на гравии или щебне из природного камня24001.51840
Бетон на вулканическом шлаке800…16000.2…0.52840
Бетон на доменных гранулированных шлаках1200…18000.35…0.58840
Бетон на зольном гравии1000…14000.24…0.47840
Бетон на каменном щебне2200…25000. 9…1.5
Бетон на котельном шлаке14000.56880
Бетон на песке1800…25000.7710
Бетон на топливных шлаках1000…18000.3…0.7840
Бетон силикатный плотный18000.81880
Бетон сплошной1.75
Бетон термоизоляционный5000.18
Битумоперлит300…4000.09…0.121130
Битумы нефтяные строительные и кровельные (ГОСТ 6617-76, ГОСТ 9548-74)1000…14000.17…0.271680
Блок газобетонный400…8000.15…0.3
Блок керамический поризованный0.2
Бронза7500…930022…105400
Бумага700…11500.141090…1500
Бут1800…20000. 73…0.98
Вата минеральная легкая500.045920
Вата минеральная тяжелая100…1500.055920
Вата стеклянная155…2000.03800
Вата хлопковая30…1000.042…0.049
Вата хлопчатобумажная50…800.0421700
Вата шлаковая2000.05750
Вермикулит (в виде насыпных гранул) ГОСТ 12865-67100…2000.064…0.076840
Вермикулит вспученный (ГОСТ 12865-67) — засыпка100…2000.064…0.074840
Вермикулитобетон300…8000.08…0.21840
Воздух сухой при 20°С1.2050.02591005
Войлок шерстяной150…3300.045…0.0521700
Газо — и пенобетон, газо- и пеносиликат280…10000. 07…0.21840
Газо- и пенозолобетон800…12000.17…0.29840
Гетинакс13500.231400
Гипс формованный сухой1100…18000.431050
Гипсокартон500…9000.12…0.2950
Гипсоперлитовый раствор0.14
Гипсошлак1000…13000.26…0.36
Глина1600…29000.7…0.9750
Глина огнеупорная18001.04800
Глиногипс800…18000.25…0.65
Глинозем3100…39002.33700…840
Гнейс (облицовка)28003.5880
Гравий (наполнитель)18500.4…0.93850
Гравий керамзитовый (ГОСТ 9759-83) — засыпка200…8000. 1…0.18840
Гравий шунгизитовый (ГОСТ 19345-83) — засыпка400…8000.11…0.16840
Гранит (облицовка)2600…30003.5880
Грунт 10% воды1.75
Грунт 20% воды17002.1
Грунт песчаный1.16900
Грунт сухой15000.4850
Грунт утрамбованный1.05
Гудрон950…10300.3
Доломит плотный сухой28001.7
Дуб вдоль волокон7000.232300
Дуб поперек волокон (ГОСТ 9462-71, ГОСТ 2695-83)7000.12300
Дюралюминий2700…2800120…170920
Железо787070…80450
Железобетон25001. 7840
Железобетон набивной24001.55840
Зола древесная7800.15750
Золото19320318129
Известняк (облицовка)1400…20000.5…0.93850…920
Изделия из вспученного перлита на битумном связующем (ГОСТ 16136-80)300…4000.067…0.111680
Изделия вулканитовые350…4000.12
Изделия диатомитовые500…6000.17…0.2
Изделия ньювелитовые160…3700.11
Изделия пенобетонные400…5000.19…0.22
Изделия перлитофосфогелевые200…3000.064…0.076
Изделия совелитовые230…4500.12…0.14
Иней0.47
Ипорка (вспененная смола)150. 038
Каменноугольная пыль7300.12
Камень керамический поризованный Braer 14,3 НФ и 10,7 НФ810…8400.14…0.185
Камни многопустотные из легкого бетона500…12000.29…0.6
Камни полнотелые из легкого бетона DIN 18152500…20000.32…0.99
Камни полнотелые из природного туфа или вспученной глины500…20000.29…0.99
Камень строительный22001.4920
Карболит черный11000.231900
Картон асбестовый изолирующий720…9000.11…0.21
Картон гофрированный7000.06…0.071150
Картон облицовочный10000.182300
Картон парафинированный0.075
Картон плотный600…9000. 1…0.231200
Картон пробковый1450.042
Картон строительный многослойный (ГОСТ 4408-75)6500.132390
Картон термоизоляционный (ГОСТ 20376-74)5000.04…0.06
Каучук вспененный820.033
Каучук вулканизированный твердый серый0.23
Каучук вулканизированный мягкий серый9200.184
Каучук натуральный9100.181400
Каучук твердый0.16
Каучук фторированный1800.055…0.06
Кедр красный500…5700.095
Кембрик лакированный0.16
Керамзит800…10000.16…0.2750
Керамзитовый горох900…15000. 17…0.32750
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией800…12000.23…0.41840
Керамзитобетон легкий500…12000.18…0.46
Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон500…18000.14…0.66840
Керамзитобетон на перлитовом песке800…10000.22…0.28840
Керамика1700…23001.5
Керамика теплая0.12
Кирпич доменный (огнеупорный)1000…20000.5…0.8
Кирпич диатомовый5000.8
Кирпич изоляционный0.14
Кирпич карборундовый1000…130011…18700
Кирпич красный плотный1700…21000.67840…880
Кирпич красный пористый15000. 44
Кирпич клинкерный1800…20000.8…1.6
Кирпич кремнеземный0.15
Кирпич облицовочный18000.93880
Кирпич пустотелый0.44
Кирпич силикатный1000…22000.5…1.3750…840
Кирпич силикатный с тех. пустотами0.7
Кирпич силикатный щелевой0.4
Кирпич сплошной0.67
Кирпич строительный800…15000.23…0.3800
Кирпич трепельный700…13000.27710
Кирпич шлаковый1100…14000.58
Кладка бутовая из камней средней плотности20001.35880
Кладка газосиликатная630…8200. 26…0.34880
Кладка из газосиликатных теплоизоляционных плит5400.24880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-перлитовом растворе16000.47880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича (ГОСТ 530-80) на цементно-песчаном растворе18000.56880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-шлаковом растворе17000.52880
Кладка из керамического пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе1000…14000.35…0.47880
Кладка из малоразмерного кирпича17300.8880
Кладка из пустотелых стеновых блоков1220…14600.5…0.65880
Кладка из силикатного 11-ти пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе15000.64880
Кладка из силикатного 14-ти пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе14000. 52880
Кладка из силикатного кирпича (ГОСТ 379-79) на цементно-песчаном растворе18000.7880
Кладка из трепельного кирпича (ГОСТ 648-73) на цементно-песчаном растворе1000…12000.29…0.35880
Кладка из ячеистого кирпича13000.5880
Кладка из шлакового кирпича на цементно-песчаном растворе15000.52880
Кладка «Поротон»8000.31900
Клен620…7500.19
Кожа800…10000.14…0.16
Композиты технические0.3…2
Краска масляная (эмаль)1030…20450.18…0.4650…2000
Кремний2000…2330148714
Кремнийорганический полимер КМ-911600.21150
Латунь8100…885070…120400
Лед -60°С9242. 911700
Лед -20°С9202.441950
Лед 0°С9172.212150
Линолеум поливинилхлоридный многослойный (ГОСТ 14632-79)1600…18000.33…0.381470
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове (ГОСТ 7251-77)1400…18000.23…0.351470
Липа, (15% влажности)320…6500.15
Лиственница6700.13
Листы асбестоцементные плоские (ГОСТ 18124-75)1600…18000.23…0.35840
Листы вермикулитовые0.1
Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) ГОСТ 62668000.15840
Листы пробковые легкие2200.035
Листы пробковые тяжелые2600.05
Магнезия в форме сегментов для изоляции труб220…3000. 073…0.084
Мастика асфальтовая20000.7
Маты, холсты базальтовые25…800.03…0.04
Маты и полосы из стеклянного волокна прошивные (ТУ 21-23-72-75)1500.061840
Маты минераловатные прошивные (ГОСТ 21880-76) и на синтетическом связующем (ГОСТ 9573-82)50…1250.048…0.056840
МБОР-5, МБОР-5Ф, МБОР-С-5, МБОР-С2-5, МБОР-Б-5 (ТУ 5769-003-48588528-00)100…1500.038
Мел1800…28000.8…2.2800…880
Медь (ГОСТ 859-78)8500407420
Миканит2000…22000.21…0.41250
Мипора16…200.0411420
Морозин100…4000.048…0.084
Мрамор (облицовка)28002.9880
Накипь котельная (богатая известью, при 100°С)1000…25000. 15…2.3
Накипь котельная (богатая силикатом, при 100°С)300…12000.08…0.23
Настил палубный6300.211100
Найлон0.53
Нейлон13000.17…0.241600
Неопрен0.211700
Опилки древесные200…4000.07…0.093
Пакля1500.052300
Панели стеновые из гипса DIN 1863600…9000.29…0.41
Парафин870…9200.27
Паркет дубовый18000.421100
Паркет штучный11500.23880
Паркет щитовой7000.17880
Пемза400…7000.11…0.16
Пемзобетон800…16000. 19…0.52840
Пенобетон300…12500.12…0.35840
Пеногипс300…6000.1…0.15
Пенозолобетон800…12000.17…0.29
Пенопласт ПС-11000.037
Пенопласт ПС-4700.04
Пенопласт ПХВ-1 (ТУ 6-05-1179-75) и ПВ-1 (ТУ 6-05-1158-78)65…1250.031…0.0521260
Пенопласт резопен ФРП-165…1100.041…0.043
Пенополистирол (ГОСТ 15588-70)400.0381340
Пенополистирол (ТУ 6-05-11-78-78)100…1500.041…0.051340
Пенополистирол Пеноплэкс22…470.03…0.0361600
Пенополиуретан (ТУ В-56-70, ТУ 67-98-75, ТУ 67-87-75)40…800.029…0.0411470
Пенополиуретановые листы1500. 035…0.04
Пенополиэтилен0.035…0.05
Пенополиуретановые панели0.025
Пеносиликальцит400…12000.122…0.32
Пеностекло легкое100..2000.045…0.07
Пеностекло или газо-стекло (ТУ 21-БССР-86-73)200…4000.07…0.11840
Пенофол44…740.037…0.039
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
Плита бумажная прессованая6000. 07
Плита пробковая80…5000.043…0.0551850
Плита огнеупорная теплоизоляционная Avantex марки Board200…5000.04
Плитка облицовочная, кафельная20001.05
Плитка термоизоляционная ПМТБ-20.04
Плиты алебастровые0.47750
Плиты из гипса ГОСТ 64281000…12000.23…0.35840
Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные (ГОСТ 4598-74, ГОСТ 10632-77)200…10000.06…0.152300
Плиты из керзмзито-бетона400…6000.23
Плиты из полистирол-бетона ГОСТ Р 51263-99200…3000.082
Плиты из резольноформальдегидного пенопласта (ГОСТ 20916-75)40…1000.038…0.0471680
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем (ГОСТ 10499-78)500. 056840
Плиты из ячеистого бетона ГОСТ 5742-76350…4000.093…0.104
Плиты камышитовые200…3000.06…0.072300
Плиты кремнезистые0.07
Плиты льнокостричные изоляционные2500.0542300
Плиты минераловатные на битумной связке марки 200 ГОСТ 10140-80150…2000.058
Плиты минераловатные на синтетическом связующем марки 200 ГОСТ 9573-962250.054
Плиты минераловатные на синтетической связке (Финляндия)170…2300.042…0.044
Плиты минераловатные повышенной жесткости ГОСТ 22950-952000.052840
Плиты минераловатные повышенной жесткости на органофосфатном связующем (ТУ 21-РСФСР-3-72-76)2000.064840
Плиты минераловатные полужесткие на крахмальном связующем125…2000. 056…0.07840
Плиты минераловатные на синтетическом и битумном связующих0.048…0.091
Плиты мягкие, полужесткие и жесткие минераловатные на синтетическом и битумном связующих (ГОСТ 9573-82, ГОСТ 10140-80, ГОСТ 12394-66)50…3500.048…0.091840
Плиты пенопластовые на основе резольных фенолформальдегидных смол ГОСТ 20916-8780…1000.045
Плиты пенополистирольные ГОСТ 15588-86 безпрессовые30…350.038
Плиты пенополистирольные (экструзионные) ТУ 2244-001-47547616-00320.029
Плиты перлито-битумные ГОСТ 16136-803000.087
Плиты перлито-волокнистые1500.05
Плиты перлито-фосфогелевые ГОСТ 21500-762500.076
Плиты перлито-1 Пластбетонные ТУ 480-1-145-741500. 044
Плиты перлитоцементные0.08
Плиты строительный из пористого бетона500…8000.22…0.29
Плиты термобитумные теплоизоляционные200…3000.065…0.075
Плиты торфяные теплоизоляционные (ГОСТ 4861-74)200…3000.052…0.0642300
Плиты фибролитовые (ГОСТ 8928-81) и арболит (ГОСТ 19222-84) на портландцементе300…8000.07…0.162300
Покрытие ковровое6300.21100
Покрытие синтетическое (ПВХ)15000.23
Пол гипсовый бесшовный7500.22800
Поливинилхлорид (ПВХ)1400…16000.15…0.2
Поликарбонат (дифлон)12000.161100
Полипропилен (ГОСТ 26996– 86)900…9100. 16…0.221930
Полистирол УПП1, ППС10250.09…0.14900
Полистиролбетон (ГОСТ 51263)150…6000.052…0.1451060
Полистиролбетон модифицированный на активированном пластифицированном шлакопортландцементе200…5000.057…0.1131060
Полистиролбетон модифицированный на композиционном малоклинкерном вяжущем в стеновых блоках и плитах200…5000.052…0.1051060
Полистиролбетон модифицированный монолитный на портландцементе250…3000.075…0.0851060
Полистиролбетон модифицированный на шлакопортландцементе в стеновых блоках и плитах200…5000.062…0.1211060
Полиуретан12000.32
Полихлорвинил1290…16500.151130…1200
Полиэтилен высокой плотности9550. 35…0.481900…2300
Полиэтилен низкой плотности9200.25…0.341700
Поролон340.04
Портландцемент (раствор)0.47
Прессшпан0.26…0.22
Пробка гранулированная техническая450.0381800
Пробка минеральная на битумной основе270…3500.073…0.096
Пробковое покрытие для полов5400.078
Ракушечник1000…18000.27…0.63835
Раствор гипсовый затирочный12000.5900
Раствор гипсоперлитовый6000.14840
Раствор гипсоперлитовый поризованный400…5000.09…0.12840
Раствор известковый16500.85920
Раствор известково-песчаный1400…16000. 78840
Раствор легкий LM21, LM36700…10000.21…0.36
Раствор сложный (песок, известь, цемент)17000.52840
Раствор цементный, цементная стяжка20001.4
Раствор цементно-песчаный1800…20000.6…1.2840
Раствор цементно-перлитовый800…10000.16…0.21840
Раствор цементно-шлаковый1200…14000.35…0.41840
Резина мягкая0.13…0.161380
Резина твердая обыкновенная900…12000.16…0.231350…1400
Резина пористая160…5800.05…0.172050
Рубероид (ГОСТ 10923-82)6000.171680
Руда железная2.9
Сажа ламповая1700. 07…0.12
Сера ромбическая20850.28762
Серебро10500429235
Сланец глинистый вспученный4000.16
Сланец2600…33000.7…4.8
Слюда вспученная1000.07
Слюда поперек слоев2600…32000.46…0.58880
Слюда вдоль слоев2700…32003.4880
Смола эпоксидная1260…13900.13…0.21100
Снег свежевыпавший120…2000.1…0.152090
Снег лежалый при 0°С400…5600.52100
Сосна и ель вдоль волокон5000.182300
Сосна и ель поперек волокон (ГОСТ 8486-66, ГОСТ 9463-72)5000.092300
Сосна смолистая 15% влажности600…7500. 15…0.232700
Сталь стержневая арматурная (ГОСТ 10884-81)785058482
Стекло оконное (ГОСТ 111-78)25000.76840
Стекловата155…2000.03800
Стекловолокно1700…20000.04840
Стеклопластик18000.23800
Стеклотекстолит1600…19000.3…0.37
Стружка деревянная прессованая8000.12…0.151080
Стяжка ангидритовая21001.2
Стяжка из литого асфальта23000.9
Текстолит1300…14000.23…0.341470…1510
Термозит300…5000.085…0.13
Тефлон21200.26
Ткань льняная0.088
Толь (ГОСТ 10999-76)6000. 171680
Тополь350…5000.17
Торфоплиты275…3500.1…0.122100
Туф (облицовка)1000…20000.21…0.76750…880
Туфобетон1200…18000.29…0.64840
Уголь древесный кусковой (при 80°С)1900.074
Уголь каменный газовый14203.6
Уголь каменный обыкновенный1200…13500.24…0.27
Фарфор2300…25000.25…1.6750…950
Фанера клееная (ГОСТ 3916-69)6000.12…0.182300…2500
Фибра красная12900.46
Фибролит (серый)11000.221670
Целлофан0.1
Целлулоид14000.21
Цементные плиты1. 92
Черепица бетонная21001.1
Черепица глиняная19000.85
Черепица из ПВХ асбеста20000.85
Чугун722040…60500
Шевелин140…1900.056…0.07
Шелк1000.038…0.05
Шлак гранулированный5000.15750
Шлак доменный гранулированный600…8000.13…0.17
Шлак котельный10000.29700…750
Шлакобетон1120…15000.6…0.7800
Шлакопемзобетон (термозитобетон)1000…18000.23…0.52840
Шлакопемзопено- и шлакопемзогазобетон800…16000.17…0.47840
Штукатурка гипсовая8000.3840
Штукатурка известковая16000. 7950
Штукатурка из синтетической смолы11000.7
Штукатурка известковая с каменной пылью17000.87920
Штукатурка из полистирольного раствора3000.11200
Штукатурка перлитовая350…8000.13…0.91130
Штукатурка сухая0.21
Штукатурка утепляющая5000.2
Штукатурка фасадная с полимерными добавками18001880
Штукатурка цементная0.9
Штукатурка цементно-песчаная18001.2
Шунгизитобетон1000…14000.27…0.49840
Щебень и песок из перлита вспученного (ГОСТ 10832-83) — засыпка200…6000.064…0.11840
Щебень из доменного шлака (ГОСТ 5578-76), шлаковой пемзы (ГОСТ 9760-75) и аглопорита (ГОСТ 11991-83) — засыпка400…8000. 12…0.18840
Эбонит12000.16…0.171430
Эбонит вспученный6400.032
Эковата35…600.032…0.0412300
Энсонит (прессованный картон)400…5000.1…0.11
Эмаль (кремнийорганическая)0.16…0.27

Определение коэффициента теплопередачи материалов

Для чего подбирают определенную толщину стены дома? 

 Естественно для обеспечения необходимых условий проживания: 

— прочности и устойчивости; 
— её теплотехнических характеристик; 
— комфортности проживания в помещении со стенами из данного материала. 

Согласно СНИПу 23-02-2003 нормативное значение сопротивления теплопередаче внешней стены дома зависит от региона. В таблице  необходимое сопротивление теплопередаче наружней стены в Красноярске будет 4,84 м2·°C/В.  

Вычисляем реальное сопротивление теплопередачи стены дома

Значение коэффициента теплопередачи стен зависит от типа и толщины каждого отдельно взятого материала, используемого для их возведения. Для определения этого коэффициента используют показатель Λ — W/(m²·K), т.е нужно разделить толщину материала (м) на коэффициент теплопроводности.

Пример:
Определим коэффициент теплопередачи наружней стены из 3D-панелей

 

Пенополистирол ПСБ-С-25 — 300 мм

Цементная штукатурка — 250 мм

 

 

 

1. В первую очередь следует определить коэффициенты теплопроводности применяемых материалов. Выбираем из таблицы:
пенополистирол ПСБ-С25   — 0,038  Вт/м*К
штукатурка цементная            — 0,9 Вт/м*К

2. Теперь определяем коэффициенты сопротивления теплопередачи по формуле:

R =D/λ, где D — толщина слоя в м;  λ — коэффициент теплопроводности W/(m²·K) взятый из таблицы

0,30 / 0,038 = 7,89
0,25 / 0,9 = 0,28 

Наименование материала Толщина материала, м Коэффициент теплопроводности, Вт/м*К Коэффициент сопротивление теплопередачи, м2 °С/Вт
Пенополистирол ПСБ-С25 0,30 0,038 7,89
Штукатурка цементная 0,25 0,9 0,28

3. Теперь просуммируем полученные величины и узнаем общий коэффициент сопротивление теплопередачи наружней стены 7,89 + 0,28 = 8,17 W/(m²·K)

Коэффициент сопротивление теплопередачи наружной стены из 3D-панелей  8,17 W/(m²·K) Рекомендуемое значение для Красноярска 4,84 (из таблицы), таким образом стена из 3D-панелей не только удовлетворяет «строгому» СНиП 23-02-2003, но и превосходит этот показатель, что гарантирует комфортное проживание в таком доме и позволяет экономить ваши деньги на отоплении и кондиционировании.

Определяем толщину стены из других строительных материалов что бы она соответствовала коэффициенту сопротивление теплопередачи наружней стены 8,17 W/(m²·K), как в 3D-панелях.

Используем формулу: D=λ*R, где
D — толщина слоя в м;
λ — коэффициент теплопроводности, W/(m²·K) взятый из таблицы;
R — Коэффициент сопротивление теплопередачи, м2 °С/Вт (в нашем случае это 8,17)

Наименование материала Коэффициент теплопроводности, Вт/м*К Толщина стены, м
3D-панель 0,55
Липа, береза, клен, дуб (15% влажности) 0,15 1,23
Керамзитобетон 0,2 1,63
Пенобетон 1000 кг/м3 0,3 2,45
Сосна и ель вдоль волокон 0,35 2,86
Дуб вдоль волокон 0,41 3,35
Кладка из кирпича на цементно-песчасном растворе 0,87 7,11
Железобетон 1,7 13,89

Мы видим из таблицы, что при одинаковом коэффициенте сопротивление теплопередачи 8,17 м2 °С/Вт толщина стен из различных строительных материалов разная, что влияет на размеры и стоимость дома.

Толщина стен из 3D-панелей 550 мм, а если взять кирпич без утеплителя то нужно стоить стену толщиной 7110 мм.

 

Тепловые свойства материалов | Семинар по устойчивому развитию

Каждый материал, используемый в сборке оболочки, обладает фундаментальными физическими свойствами, которые определяют его энергетические характеристики, такие как проводимость, сопротивление и тепловая масса. Понимание этих неотъемлемых свойств поможет вам выбрать правильные материалы для управления тепловыми потоками.

Теплопроводность (k)

Способность материала проводить тепло.

Каждый материал имеет характеристическую скорость, с которой через него проходит тепло.Чем быстрее тепло проходит через материал, тем лучше он проводит тепло. Проводимость (k) — это свойство материала, данное для однородных твердых тел в стационарных условиях.

Используется в следующем уравнении:


где

q = результирующий тепловой поток (Ватт)

k = теплопроводность материала (Вт/мК).

A = площадь поверхности, через которую проходит тепло (м²)

∆T = разница температур между теплой и холодной сторонами материала (K), а

L = толщина/длина материала (м)

 

Единицы измерения электропроводности

Imperial – BTU*in/h ft ºF : В имперской системе проводимость – это количество британских тепловых единиц в час (Btu/h), протекающих через 1 квадратный фут (фут 2 ) материала, который равен 1 в.толстым, когда разница температур в этом материале составляет 1ºF (в условиях устойчивого теплового потока).

SI — Вт/м ºC или Вт/м K: Эквивалент Международной системы (SI) представляет собой количество ватт, которое проходит через 1 квадратный метр (м 2 ) материала толщиной 1 м при разнице температур поперек этого материала составляет 1 K (равный 1ºC) в условиях устойчивого теплового потока.

Теплопроводность (C)

Проводимость на единицу площади для указанной толщины. Используется для стандартных строительных материалов.

В основных строительных материалах тепловой поток обычно измеряется проводимостью (C) , а не проводимостью. Электропроводность – это удельная проводимость материала на единицу площади для толщины объекта (в единицах Вт/м²К для метрических единиц и БТЕ/ч•фут 2 •°F для британских).

Проводимость является свойством объекта и зависит как от материала, так и от его толщины. Многие твердые строительные материалы, такие как обычный кирпич, деревянный сайдинг, изоляция из войлока или плит, а также гипсокартон, широко доступны в стандартной толщине и составе.Для таких распространенных материалов полезно знать скорость теплового потока для этой стандартной толщины, а не скорость на дюйм.

U-фактор (U)

Общая проводимость строительного элемента. Используется для многоуровневых строительных конструкций.

В многослойных сборках проводимости объединяются в одно число, называемое «U-фактор» (или иногда «U-значение»).

Коэффициент U и проводимость переводят проводимость из свойства материала в свойство объекта.

U общий коэффициент теплопередачи, выраженный в БТЕ/ч·фут 2 ºF (в единицах СИ, Вт/м 2 К). Это та же единица измерения, что и проводимость, потому что это мера одного и того же: проводимость используется для определенного материала, U-фактор используется для конкретной сборки. Меньшие U-факторы означают меньшую проводимость, что означает лучшую изоляцию.

Например, общий U-фактор окна включает в себя теплопроводность оконных стекол, воздуха внутри, материала обрамления и любых других материалов различной толщины и расположения.За исключением особых случаев, проводимость материалов не может быть добавлена ​​для определения U-фактора сборки.

Коэффициент U представляет собой общий коэффициент теплопередачи и включает влияние всех элементов в сборке и всех явных видов теплопередачи (теплопроводность, конвекция и излучение), но не скрытую теплопередачу (связанную с влажностью).

Термин U-коэффициент следует использовать только в том случае, когда тепловой поток идет от воздуха снаружи оболочки через сборку оболочки к воздуху внутри.Например, его нельзя использовать на стенах подвала.

Термическое сопротивление (значение R = 1/U)

Способность материала сопротивляться тепловому потоку.

Обозначается как R (значение R), тепловое сопротивление указывает, насколько эффективен любой материал в качестве изолятора.

Величина, обратная теплопроводности, R измеряется в часах, необходимых для того, чтобы 1 БТЕ прошла через 1 фут 2 материала заданной толщины при разнице температур в 1ºF.В имперской системе единицами измерения являются футов 2 •°F•ч/BTU . Единицы СИ составляют м²K/Вт .

Значения термического сопротивления иногда приводятся в виде таблиц как для единичных толщин, так и для образца материала с известной толщиной. Например, сопротивление сосны может быть указано как 1,0 фут 2 •°F•ч/БТЕ на дюйм, или значения могут быть представлены в таблице для сосновой стойки 2×6 как 5,5 фута 2 •°F•ч/БТЕ. Для однородного материала, такого как дерево, удвоение толщины удвоит значение R.Значения R обычно не указываются для сборок материалов. U-факторы используются для сборок.

Изоляция, препятствующая тепловому потоку через ограждающие конструкции здания, часто измеряется значением R. Более высокое значение R указывает на лучшие изоляционные характеристики. Просматривая листы спецификаций, убедитесь, что вы читаете значение R в правильных единицах, поскольку единицы не всегда указаны явно.

Дополнительную информацию о проектировании с изоляцией, в том числе таблицу общих значений R-сопротивления, тепловые мосты и расчет общих значений R-сопротивления для сборок, см. на странице «Изоляция».

Использование U-факторов и R-значений на практике

Разнообразие терминов, используемых до сих пор для описания термических свойств, потенциально сбивает с толку. При работе со сложными многоуровневыми строительными конструкциями полезно объединять тепловые свойства в одно общее число для определения критериев проектирования ограждающих конструкций.

Для общей оболочки здания это часто выражается как U-фактор. Тем не менее, окна часто выражаются с помощью U-фактора, а стены часто выражаются с помощью R-значений.Строгого правила нет.

Расчет общего U-фактора начинается с добавления сопротивлений . U-факторы рассчитываются для конкретного элемента (крыши, стены и т. д.) путем нахождения сопротивления каждой составной части, включая воздушные пленки и воздушные пространства, а затем суммирования этих сопротивлений для получения общего сопротивления. Коэффициент U является обратной величиной этой суммы (Σ) сопротивлений: U= 1/ Σ R.

Для получения дополнительной информации о том, как использовать R-значения и U-факторы для проектирования оболочки, см. страницу, посвященную общему R-значению и тепловым мостам.

Термическая масса

Термическая масса — это сопротивление материала изменению температуры при добавлении или удалении тепла, а также ключевой фактор в динамическом взаимодействии теплопередачи внутри здания. Необходимо понимать четыре фактора: плотность, удельная теплоемкость, теплоемкость и тепловое отставание.

Плотность
Плотные материалы обычно сохраняют больше тепла.

Плотность – это масса материала на единицу объема. В имперской системе плотность определяется как фунт/фут 3 ; в системе СИ это дается как кг/м 3 .Для фиксированного объема материала большая плотность позволит хранить больше тепла.

Удельная теплоемкость
Высокая удельная теплоемкость требует много энергии для изменения температуры.

Удельная теплоемкость – это мера количества тепла, необходимого для повышения температуры данной массы материала на 1º. В имперской системе это выражается как БТЕ/фунт ºF; в системе СИ она выражается в кДж/кг К. Для повышения температуры материала с низкой удельной теплоемкостью требуется меньше энергии, чем у материала с высокой удельной теплоемкостью.

Например, одному грамму воды требуется одна калория тепловой энергии, чтобы поднять температуру на один градус Цельсия. Вода обладает высокой теплоемкостью и поэтому иногда используется в качестве тепловой массы в зданиях.

Материал

Теплоемкость

Дж/(г·К)

Кирпич 0,84
Бетон 0,88
Гранит 0.79
Гипс 1,09
Почва 0,80
Дерево 1,2-2,3
Вода 4,2

 

Теплоемкость (тепловая масса)
Плотность x удельная теплоемкость = количество тепла, которое может быть сохранено на единицу объема

Теплоемкость – это показатель способности материала сохранять тепло на единицу объема.Чем больше теплоемкость материала, тем больше тепла он может сохранить в данном объеме на градус повышения температуры. Теплоемкость материала получается произведением плотности на удельную теплоемкость. Единицы: Дж/К.

Более высокая теплоемкость может (но не всегда) уменьшить поток тепла извне во внутреннюю среду за счет накопления тепла внутри материала. Тепло, попадающее в конструкцию стены в дневное время, например, может сохраняться внутри стены в течение нескольких часов, пока оно не выйдет обратно в прохладный ночной воздух — при соответствующих погодных условиях и достаточной теплоемкости.

Тепловая задержка (временная задержка)
При большой тепловой массе может потребоваться несколько часов, чтобы тепло перетекло с одной стороны оболочки на другую.

Это замедление потока тепла называется «термической задержкой» (или временной задержкой) и измеряется как разница во времени между пиковой температурой на внешней поверхности строительного элемента и пиковой температурой на внутренней поверхности. Некоторые материалы, такие как стекло, не имеют значительного теплового отставания. Но тепловая задержка может достигать восьми или девяти часов для конструкций с высокой тепловой массой, таких как стены из двойного кирпича или утрамбованные земляные стены.

Время отставания и замедление температуры из-за тепловой массы

 

Например, если солнце выходит из-за облаков и ударяет по оболочке здания с высокой теплоемкостью в 10:00, температура наружной поверхности быстро повышается. Однако может пройти несколько часов, прежде чем этот температурный «всплеск» будет виден на внутренней поверхности стены. Причина в том, что часть тепла накапливается в материале стены.Это тепло сохраняется в материале стены до тех пор, пока оно не поглотит столько, сколько может (насыщение). Затем тепло будет течь внутрь в зависимости от проводимости материала.

Одним из примеров крупномасштабного теплового отставания является тот факт, что самые жаркие месяцы в большинстве частей северного полушария — июль или август, хотя самое яркое солнце в году приходится на июнь.

Свойства остекления

Теплопередача и излучение от окна

При работе с прозрачными поверхностями нужно учитывать еще больше.

Теплопередача через окно включает все три вида теплопередачи; теплопроводность, конвекция и излучение. Преобладающий способ теплопередачи всегда меняется и зависит от времени, температуры окружающей среды и помещения, скорости наружного ветра, а также количества и угла солнечного излучения, падающего на окно. Изоляционные способности окон обычно измеряются их U-фактором; см. таблицу на странице «Свойства остекления». U-фактор для окна — это прежде всего метрика, используемая для расчета кондуктивной части теплопередачи через окно.

Поскольку окна («остекление») пропускают свет и излучение, существует множество свойств, которые необходимо учитывать для оптимизации их тепловых и визуальных характеристик. Например, упрощенная метрика, используемая для определения лучистой теплопередачи через окно, когда солнечная энергия попадает на окно, называется коэффициентом притока солнечного тепла (SHGC). SHGC представляет собой значение от 0 до 1,0 и является мерой того, насколько большая будет передача лучистого тепла по отношению к незастекленному проему.

Подробнее о свойствах остекления

Энергия в зданиях — OpenLearn

Тепловой поток через стены, крыши и полы можно уменьшить, используя один или несколько изоляционных материалов. В этих проводимость является основным механизмом теплового потока.

Чтобы определить толщину изоляции, необходимую для достижения заданных тепловых характеристик здания, необходимо рассмотреть тепловой поток более детально.

Как описано выше, тепловая энергия будет течь через любое вещество, температура с двух сторон которого различна, и скорость этого потока энергии зависит от:

  • разницы температур, T в  —  T из , между двумя сторонами (часто записывается как Δ T )
  • общая площадь, доступная для потока
  • изоляционные свойства материала – его толщина и его теплопроводность .

Коэффициент теплопроводности обозначается символом « λ » (греч. лямбда), хотя вы также найдете использование символа « k ». В этом курсе мы использовали λ . Его единицы требуют небольшого пояснения. Обычно его выражают в единицах мощности теплового потока в ваттах, который прошел бы через кубический метр материала с разницей температур на нем в один градус (Кельвин или Цельсий) (см. рис. 6):

λ = тепловой поток на квадратный метр площади, деленный на разницу температур на метр толщины.

Тепловой поток на квадратный метр выражается в Вт / м 2 . Перепад температур на метр толщины имеет единицы К/м. Тепловой поток на квадратный метр, деленный на перепад температур на метр, имеет следующие единицы:

(Вт/м 2 ) / (К/м) или

(Вт/м 2 ) × (м/К) или

Вт м / м 2 К или

Вт / м К

Теплопроводность, λ , поэтому имеет единицы измерения ватт на метр-кельвин, Вт / м К или Вт м -1 К -1 .

Чем ниже проводимость, тем лучше уровень изоляции.

Рисунок 6 Тепловой поток и теплопроводность

В таблице 3 приведены значения теплопроводности некоторых обычных строительных материалов вместе с их плотностью; как правило, чем выше плотность, тем выше теплопроводность.

Таблица 3 Термальная проводимость общего строительных материалов

3 Плотность /

кг м -3

-3

-3

4 W M -1 K -1

Материал
Алюминий (Оконные рамки) 2727 2727 220
Стальные настенные связи
Стальные настенные связи 7900 17 17
Железобетона (2% сталь) 2400 2.5
окна стекла 2600 2600 1.05
кирпичной кладки (внешний лист) 1700 0,77
штукатурка (густой) 1300 0. 57
легкий совокупный бетон 1400 1400 0.57 0.57
Аэрированный бетон 600 0,18
Газированный бетон (нижняя плотность) 460 0.11
Древесина (мягкая древесина) 500 0,13

(Источник: Строительные нормы, часть L2, ODPM, 2001 г. и литература изготовителя для металлов с очень высокой теплопроводностью)

3 900 небольшие перепады температур. Металлические оконные рамы, перемычки над окнами и крепления, используемые для изоляции, могут передавать значительное количество тепла, даже если они имеют небольшую общую площадь. Их часто называют «тепловыми мостами» или «холодными мостами».Оконное стекло обладает высокой проводимостью, поэтому использование более толстого стекла почти не повлияет на их общее значение U . Конструкционные строительные материалы, такие как кирпич и бетон, имеют более низкую теплопроводность, но потенциальные потери тепла все еще значительны из-за большой площади поверхности стен и крыш.

В изоляционных материалах используется тот факт, что неподвижный воздух или другие газы с достаточно большой молекулярной массой являются хорошими теплоизоляторами. Наиболее практичные формы изоляции основаны на использовании очень маленьких карманов этих газов.Существует четыре вида промышленных изоляционных материалов:

  • газобетон различных сортов, содержащий мелкие пузырьки воздуха
  • пеностекло, содержащий мелкие пузырьки воздуха
  • различные формы ваты, состоящие из волокон, между которыми удерживается воздух
  • пластик пены, содержащие мелкие пузырьки газа.

Панели с вакуумной изоляцией (VIP) с использованием пенопласта с «пузырьками» вакуума имеют значительно лучшие характеристики. Они становятся все более доступными, но очень дорогими.Их применение для холодильников описано далее в разделе 4.1.2.

Газобетон, тепловые свойства которого приведены в таблице 3, не такой физически прочный, как его плотный аналог. Существует компромисс между прочностью на сжатие и теплоизоляционными характеристиками. В практическом строительстве этот материал можно использовать для формирования внутреннего листа стены полости, дополняющей основную изоляцию, которая, вероятно, представляет собой некоторую форму минеральной ваты или пенопласта внутри полости.На рис. 7 показаны образцы этих широко используемых изоляционных материалов.

Рис. 7 Образцы изоляционных материалов (слева направо: стекловолокно, целлюлозное волокно, плотная минеральная вата, пенополистирол, экструдированный полистирол и пенополистирол)

Изоляционные материалы из шерсти и пенопласта очень легкие; их плотность обычно составляет всего 15–30 кг м –3 . В Таблице 4 ниже приведены некоторые значения проводимости образцов для них, взятые из литературы производителей.

Таблица 4 Образец Теплопроводность Значения теплопроводности для обычных изоляционных материалов

Изоляционный материал Термальная проводимость /

W M -1 K -1

-1
Вспененное стекло 0. 045-0.055
Овечья шерсть, целлюлозное волокно, минеральная вата, стекловолокна шерсть
расширенные и экструдированные полистирольные пены 0.030-0.040
Polyurethane Pape 0.025
Полиизоциануратная (PIR) пена 0,023
Фенольная пена 0,022

Примечание. Специальная вакуумная изоляция описана ниже в разделе 4.1.2.

Овечья шерсть, конечно же, использовалась для изготовления одежды в качестве изоляционного материала для людей на протяжении тысячелетий. Только сейчас он считается достаточно дешевым, чтобы его можно было использовать для утепления чердаков зданий.

Изоляция из целлюлозного волокна изготавливается из измельченной переработанной газеты, обработанной минеральным антипиреном. Его можно задувать в полости стен или чердачные помещения с помощью специальной машины.

Наиболее распространенными формами изоляционного материала являются минеральная вата (часто называемая «каменной ватой» или «земляной ватой») и стекловата.

Современная промышленная минеральная вата является результатом сделанных на Гавайях открытий воздействия перегретого пара на расплавленную породу во время извержений вулканов. В процессе производства подходящая порода плавится при температуре свыше 1500°C. Затем его вытягивают через небольшие отверстия по периметру центрифуги для получения длинных тонких волокон. Производство стекловолокна аналогично. Затем волокна покрывают пластиковой смолой и формируют изоляционные прокладки (квадратные плоские куски изоляции, а не рулоны).

Изоляционные материалы из пенопласта изготавливаются путем вдувания газа в расплавленный пластик. Пенополистирол — очень известный пример, широко используемый для упаковки; другие используемые пластмассы включают формальдегид мочевины, полиуретан, полиизоцианурат и фенольную смолу. Их пены имеют разные свойства. Пенополистирол, например, можно сделать чрезвычайно прочным и жестким. Он водостойкий и достаточно прочный, чтобы выдерживать вес транспортных средств, поэтому его можно использовать под фабричными полами. Он также может изготавливаться в виде блоков, которые можно быстро скрепить вместе для создания изолирующей опалубки, в которую можно заливать бетон (см. рис. 8).

Рисунок 8 Полистироловый дом. Несмотря на солидный вид, в этом доме, построенном в Милтон-Кинсе в 1986 году, использовался основной каркас из изоляционных блоков из полистирола, в который был залит бетон. Затем снаружи добавили кирпичную обшивку, а внутри оштукатурили.

Наилучшие теплоизоляционные характеристики достигаются полиуретановыми, полиизоциануратными и фенольными пенами, которые могут иметь две трети проводимости шерстяных материалов. Любой практический выбор изоляции должен учитывать такие факторы, как стоимость, простота в обращении, сопротивление сжатию, огнестойкость и водонепроницаемость.

Также ведутся серьезные споры об относительной экологичности различных материалов.

Встречающееся в природе каменное волокно, асбест, в настоящее время запрещено из-за связанных с ним проблем со здоровьем (волокна тонкие и ломкие и имеют тенденцию распадаться на мелкую пыль, которую можно вдыхать). Минеральная вата и стекловата современного производства безопаснее асбеста, хотя при их использовании в ограниченном пространстве рекомендуется носить маску для лица. Для их изготовления нужны высокие температуры и много энергии.

В пенопластах используются химикаты на масляной основе, и, будучи пластиком, они легко воспламеняются и при горении могут выделять ядовитый дым. До 1990-х годов газы, используемые для «вдувания» этих пенопластов, создающих пузырьки, представляли собой хлорфторуглероды (ХФУ). Однако было обнаружено, что они повреждают озоновый слой в верхних слоях атмосферы. Они также являются очень сильными парниковыми газами, способствуя глобальному потеплению. В результате этих экологических проблем они были заменены другими газами. Пентан широко используется, но это увеличивает потенциальную воспламеняемость, и при его использовании необходимо соблюдать соответствующие меры предосторожности. Совсем недавно некоторые производители изоляционных материалов представили низковоспламеняющиеся гидрофторолефины (ГФО). Они потенциально как «благоприятны для озона» и «дружественны к теплицам».

Воздействие изоляционных материалов на окружающую среду также может быть уменьшено за счет вторичной переработки. Переработанные материалы могут использоваться в стекловолокне и некоторых пенопластах, а переработанная газета является основным ингредиентом изоляции из целлюлозного волокна. Как правило, на крыше, где изначально не было изоляции, энергия, используемая при производстве изоляции, будет сэкономлена в течение года.

Институт натурального камня — Какой натуральный камень лучше всего подходит для поверхностей с подогревом

Тепло всегда течет от более теплых к более холодным областям. Перенос тепловой энергии через твердое тело называется теплопроводностью. Существуют определенные области применения, где теплопередача или теплопроводность природного камня становится важным фактором при выборе наилучшего материала и дизайна. Камень, окружающий камин или варочную панель, между источником тепла и горючим внешним материалом, является примером, когда перед выбором следует тщательно определить проводимость камня. Другим распространенным применением является система обогрева дорожного покрытия, где теплопроводность камня становится фактором, определяющим требования к системе для эффективного таяния снега и льда с поверхности дорожного покрытия. В этом бюллетене представлены измеренные значения теплопроводности (значение k) и теплового сопротивления (значение R) для наиболее распространенных типов природного камня, используемых в строительстве из обычных типов камня.

Тип материала Значение k
(Теплопроводность)
(Вт/мК)
Значение R
Эквивалент (R) 3
(часы • футы 2 • ºF / БТЕ)
Гранит (высокая ценность) 1 1,73 0,083
Гранит (низкая стоимость) 1 3. 98 0,038
Гранит (барре) 2 2,79 0,052
Известняк (высокоценный) 1 1,26 0,114
Известняк (низкая стоимость) 1 1,33 0,108
Известняк (Салем) 2 2.15 0,067
Мрамор (высокая ценность) 1 2,07 0,070
Мрамор (низкая стоимость) 1 2,94 0,049
Мрамор (Халстон) 1 2,80 0,051
Песчаник (высокая ценность) 1 1. 83 0,079
Песчаник (низкая ценность — Верия) 2 2,90 0,050
Кварцит (Сиу) 1 5,38 0,027

1. Холман Дж. П. Теплопередача. 7-е изд., Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1900. (Приложение A.3)

.

2. Введение в теплообмен. 2-е изд. Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc., 1990. (Приложение А)

3. Термическое сопротивление или R-значение зависит от толщины материала. Эти значения рассчитаны для образца камня толщиной 1 дюйм.

В центральной колонке приведенной выше таблицы указаны значения теплопроводности типов природного камня. Значение k — это показатель скорости теплопередачи через твердый материал. Если материал имеет k-значение 1,00, это означает, что 1 квадратный метр материала толщиной 1 метр будет передавать тепло со скоростью 1 ватт на каждый градус Кельвина разницы температур между противоположными сторонами. Высокое значение указывает на то, что материал более проводящий, а низкое значение означает, что он более изолирующий. В правом столбце приведенной выше таблицы указан эквивалент R-значения (R) камня толщиной 1 дюйм, измеренный в часах на квадратные футы и градусы Фаренгейта на британскую тепловую единицу. Высокое значение — это наивысший результат теста, полученный в диапазоне образцов, а низкое значение — это наименьшая оценка, достигнутая при тестировании.Это общепринятый метод, используемый для измерения изоляционных свойств продуктов.

Институт природного камня благодарит фирму-члена Института природного камня SGS US Testing, Талса, Оклахома, за их рекомендации и консультации.

Этот технический бюллетень содержит общие рекомендации. Американский институт мрамора и его компании-члены не несут ответственности за любое использование или неправомерное использование, которое причиняет ущерб любого рода, включая потерю прав, материалов и телесные повреждения, предположительно вызванные прямо или косвенно информацией, содержащейся в этом документе.

Роль теплоизоляции и аккумулирования тепла в энергетических характеристиках стеновых материалов: имитационное исследование

Abstract

Высокоэффективная оболочка является предпосылкой и основой для здания с нулевым потреблением энергии.Теплопроводность и объемная теплоемкость стены являются двумя теплофизическими свойствами, которые сильно влияют на энергетические характеристики. Несмотря на то, что было проведено множество тематических исследований, результаты не дали полной картины роли этих свойств в энергетических характеристиках активного здания. В этой работе впервые было проведено сквозное исследование энергетических характеристик стандартного помещения со всеми возможными материалами стен. Выявлено, что для наружных стен подходят как теплоаккумулирующие, так и изоляционные материалы.Однако важность этих материалов в разных ситуациях различна: аккумулирование тепла играет основную роль, когда теплопроводность материала относительно высока, но эффект теплоизоляции преобладает, когда теплопроводность относительно низкая. Что касается внутренних стен, то они менее значимы с энергетической точки зрения, чем наружные, и для них нужны исключительно теплоаккумулирующие материалы с высокой теплопроводностью. Эти требования к материалам неизменны в различных климатических условиях.Это исследование может стать дорожной картой для материаловедов, заинтересованных в разработке стеновых материалов с высокими эксплуатационными характеристиками.

Общее конечное потребление энергии во всем мире увеличилось с 4 672 млн т н.э. (миллион тонн нефтяного эквивалента, 1 млн т н. в 1973 г., а в 2012 г. эта доля увеличилась до 19,1% (данные 2014 Key World Energy Statistics , опубликованные Международным энергетическим агентством).В 2011 году соотношение энергопотребления зданий к потреблению энергии по стране в целом составило 19,74% в Китае 1 . Применение зданий с нулевым потреблением энергии (ZEB) было воспринято как многообещающий способ сократить потребление энергии и выбросы углекислого газа 2 ,3 ,4 ,5 . По сути, ZEB — это современное здание, чья операционная энергия незначительна или может быть компенсирована за счет выработки возобновляемой энергии, обеспечивая при этом удовлетворительную степень теплового комфорта.Несмотря на то, что точное определение ZEB по-прежнему неоднозначно 6 , высокоэффективная оболочка здания является предпосылкой и основой для ZEB 7 .

Ограждающие конструкции состоят, как правило, из двух частей: прозрачной и непрозрачной. Прозрачные части ограждающих конструкций обычно оптимизируются с точки зрения их радиационных свойств 8 и характеристик теплоизоляции 9 . Непрозрачные части оболочки можно разделить еще на два типа: внешние, находящиеся в непосредственном контакте с внешней средой (включая солнечное излучение, наружный воздух и т. д.).) и внутренние. Широко изученные стратегии оптимизации непрозрачной оболочки заключаются в повышении их способности аккумулировать тепло, а также в повышении теплоизоляционных характеристик 10 ,11 ,12 .

Cabeza et al ., например, провели серию экспериментов для подтверждения характеристик высокой внутренней тепловой инерции в средиземноморском климате 13 ,14 , и Stazi et al . подчеркнул эффективность внешней изоляции в том же климате 15 ,16 ,17 ,18 .Большинство этих исследований было проведено экспериментально или численно с использованием метода тематических исследований, которые эффективны для прямого сравнения конкретных случаев. Однако смысл результатов неизбежно ограничен: сравнивать и оценивать можно лишь несколько типов материалов или конфигураций стен. Учитывая эти ограниченные результаты, влияние теплоизоляции и аккумулирования тепла на энергоэффективность вряд ли можно всесторонне исследовать, и всегда отсутствует общая картина в целом.

В отличие от вышеупомянутых тематических исследований, Чжан и его группа представили метод обратной задачи 11 ,19 ,20 ,21 ,22 и метод оптимизации, основанный на концепции энзима 23 для определения идеальных теплофизических свойств стен. Тем не менее, эти методы, сопровождаемые множеством математических выводов, относительно сложны, и с их помощью нельзя установить общую зависимость между расходом энергии и различными материалами стен.

В связи с тем, что теплоизоляция и аккумулирование тепла являются неотъемлемыми и сопутствующими свойствами оболочек, некоторые вопросы еще предстоит решить. Как эти характеристики стены влияют на энергетические характеристики здания? Существует ли какое-либо взаимодействие между этими способностями? Как различаются результаты для наружных и внутренних стен? Чтобы ответить на эти вопросы, требуется общее представление о роли теплоизоляции и аккумулирования тепла в энергетических характеристиках оболочек.

Нанесение такой большой картины стеновых материалов подразумевает необходимость тщательного исследования зданий. Однако здание состоит из огромного количества конфигураций, включая размер, ориентацию, тип окна, соотношение окон и стен, внутренние нагрузки, расписание и т. д., что делает недоступным тщательное исследование, содержащее все конфигурации. С другой стороны, любые стены в различных конфигурациях можно сгруппировать на внешние и внутренние в зависимости от того, подвергаются ли они непосредственному воздействию внешней среды.В результате, несмотря на разнообразие конфигураций зданий, помещение с наружными и внутренними стенами является рациональным и типичным физическим представлением здания для исследования общего влияния стеновых материалов. Сначала были исключены окна и внутренние теплопритоки стандартного помещения, чтобы сосредоточиться на непрозрачной части ограждающих конструкций, а также для дальнейшего упрощения модели. Хотя исследование такой специальной комнаты имеет смысл для непрозрачных оболочек, влияние окон и притока тепла все же включается позже, чтобы изучить универсальность исследования.Климатические условия также могут влиять на результаты исследования, поэтому рассматриваются три типа климата (климат жаркого лета и холодной зимы, климат холодного климата и климат жаркого лета и теплой зимы).

В этой работе мы стремимся провести сквозное исследование энергетических характеристик стандартного помещения со всеми возможными материалами для стен. Однако как мы можем обозначить разновидности материалов, а затем выяснить все потенциальные материалы? С точки зрения инженерной теплофизики материал стенки можно охарактеризовать такими теплофизическими свойствами, как теплопроводность k , массовая плотность ρ и удельная теплоемкость c p , и эти параметры равны естественно интерес.Как уже известно, k измеряет способность материала проводить тепловую энергию. Два других параметра, ρ и c p , всегда перемножаются в уравнениях энергетического баланса (см. дополнительную информацию), поэтому их можно интегрировать в один параметр: объемную теплоемкость, C V , который измеряет способность материала аккумулировать тепло на единицу объема. Чтобы облегчить всестороннее исследование, включающее все возможные материалы стен, k от 0.001 до 5 Вт/(м·K) и C V от 50 до 5000 кДж/(м 3 ·K), в результате чего было получено 2160 типов материалов с различными комбинациями k и C В . Энергетические характеристики непрозрачных оболочек из каждого материала были рассчитаны с помощью инструмента моделирования под названием BuildingEnergy.

Результаты

Материалы для наружных стен

Все потенциальные материалы k и C V в вышеупомянутых диапазонах были рассчитаны в BuildingEnergy для наружных или внутренних стен.Предполагалось, что помещение будет расположено в Хэфэй, Китай, где летний/охлаждающий сезон длится с 15 июня по 5 сентября, а отопительный/зимний сезон – с 5 декабря по 5 марта следующего года. Климатические данные, используемые в BuildingEnergy, представляли собой типичные ежегодные метеорологические данные, предоставляемые наборами метеорологических данных для китайской архитектуры для анализа тепловой среды. Толщина наружных и внутренних стен была установлена ​​равной 240 и 100 мм соответственно, и другие толщины стенок могут быть эквивалентно преобразованы в эти значения посредством обработки, описанной в дополнительной информации.Благодаря такой обработке выводы из фиксированных толщин будут универсальными для всех значений толщин.

приведены контуры энергопотребления для наружных стен из различных материалов, в которых материалы внутренних стен закреплены в виде обычных кирпичей. Теплофизические свойства кирпича приведены в . Как показано, как теплопроводность, так и объемная теплоемкость материалов наружных стен оказывают значительное влияние на энергетические характеристики, а потребление энергии сильно варьируется вместе с k и C V .Нулевое значение может быть достигнуто при крайне низком k из-за отсутствия окна и внутреннего источника тепла.

Контуры энергопотребления, относящиеся к наружным стенам.

При изменении теплопроводности и объемной теплоемкости материалов наружной стены материалы внутренней стенки остаются неизменными. ( a ) Результаты для лета в Хэфэй и ( b ) для зимы в Хэфэй. Некоторые распространенные строительные материалы также расположены на рисунках в соответствии с их свойствами.

Таблица 1

Теплофизические свойства типичных строительных материалов.

7

8

0 A 0,027 0 A B

4 1,74 0 Гранит, Barre A

.25 A A A

4 280047 2680
Материалы Теплопроводность [Вт/м·K] Объемная теплоемкость [кДж/м 3 ·K] Удельная теплоемкость [Дж/кг·K] 4 Массовая плотность [4 Массовая плотность KG / M 3 ]
0.027 66.55 5510 55
0.16 903,6 1255 720
Кирпич, общая б 0,58 1470 1050 1400
Цементный раствор б 0,93 1890 1050 180014
2300 920 920 2500
2.79 2038.25 775
2224.4 2224.4 830

Для летнего применения (), как правило, либо уменьшение проводимость или увеличение объемной теплоемкости материалов вызывает снижение энергопотребления на охлаждение помещения. Низкий K и высокий C и высокий C V подразумевают небольшую тепловую диффузность α , что определяется как K / C / C / / ( ρc

9 P ). α влияет на переходный процесс теплопроводности через стену: в материалах с малым α теплопередача медленная, и поэтому внешняя среда оказывает меньшее влияние на внутреннюю среду, чем ситуация с материалами с большим α. В дополнение к замедлению теплопроводности внутри стены через небольшое α низкое k также способствует блокированию теплопередачи через границу внешней стены. Если значение k достаточно низкое, тепло может редко достигать внутренней поверхности из внешней среды, поэтому C V не может влиять на процесс теплопередачи внутри помещения.Как следствие, когда k ниже 0,25 Вт/(м·K) в , контурные линии почти горизонтальны, что означает, что C V оказывает незначительное влияние на энергетические характеристики и что низкое значение k имеет приоритет над большим C V .

С увеличением k увеличиваются и наклоны контурных линий, а именно увеличивается значимость C V . Когда k больше 3.0 Вт/(м·К), линии почти вертикальны, что означает, что на энергетические характеристики почти исключительно влияет C V . Такое явление может быть объяснено из приближения сосредоточенной емкости. При выполнении этого приближения, т. е. допущении о равномерном распределении температуры внутри твердого тела, можно пренебречь градиентами температуры внутри твердого тела, поэтому изменение теплопроводности оказывает незначительное влияние на теплопроводность.В основном приближение сосредоточенной емкости удовлетворяется для ситуации, когда сопротивление проводимости внутри твердого тела намного меньше, чем сопротивление конвекции между поверхностью и жидкостью 24 . В нашем случае, если k достаточно велико, стена может вести себя как твердое тело с сосредоточенной емкостью, что приводит к индивидуальному влиянию C V на энергетические характеристики.

Для зимнего применения () общая тенденция того, как свойства материала влияют на энергетические характеристики, согласуется с летней, но наклоны контурных линий практически равны нулю, когда m 3 ·K), что указывает на то, что C V имеет ограниченное влияние зимой.

Некоторые типичные строительные материалы, свойства которых представлены в , также нанесены в . При изготовлении из одного из этих материалов соответствующая наружная стена разнообразна по энергетическим характеристикам. Тенденция обычно такова, что потребление энергии уменьшается с уменьшением проводимости. Для близких значений k (гранит и мрамор, например) энергопотребление определяется C V : материал с более высоким C V приводит к меньшему энергопотреблению.

Как упоминалось выше, энергоэффективность обсуждалась при фиксированной толщине стенок. В практических ситуациях толщина при тех же энергетических характеристиках также может быть эталонным параметром. иллюстрирует сравнение толщины и массы некоторых типичных материалов, чьи энергетические характеристики охлаждения приближаются к характеристикам кирпичной стены толщиной 240 мм. Толщина полистирола всего 2% мрамора и 7,5% кирпича. Кроме того, масса на единицу площади стены полистироловой стены намного меньше, чем у других материалов, из-за низкой плотности полистирола.Небольшая масса на единицу площади означает более низкую стоимость строительства, а меньшая толщина приводит к большей полезной площади. Поэтому наружная стена из легких изоляционных материалов, таких как полистирол, будет рекомендована в зданиях после улучшения механической прочности.

Сравнение толщины и массы на единицу площади стенки типичных материалов.

Энергетические характеристики наружной стены из различных материалов близки к кирпичу толщиной 240 мм. Например, потребление энергии на охлаждение помещения с наружной стеной из мрамора толщиной 850 мм примерно равно потреблению энергии с наружной стеной из кирпича толщиной 240 мм.

Материалы для внутренних стен

Теперь рассмотрим энергетические характеристики материалов для внутренних стен. Аналогичные контурные карты представлены на , в которых материалами наружных стен являются рядовые кирпичи. Можно заметить, что потребление энергии уменьшается по мере того, как k увеличивается, когда k  ≲ 0,5 Вт/(м·K). Высокое значение k облегчает теплопроводность. Летом, например, температура поверхности внутри помещения может быть снижена за счет передачи некоторого количества тепла внутрь стены, что приводит к снижению потребления энергии на охлаждение (согласно уравнению(8) поясняется в дополнительной информации). Для материалов k выше 0,5 Вт/(м·K) контурные линии вертикальны, поэтому на энергетические характеристики влияет исключительно объемная теплоемкость. Увеличение C V приводит к снижению потребления энергии как на охлаждение, так и на обогрев. Что касается материалов в , железобетон, чья объемная теплоемкость самая высокая, является лучшим кандидатом для материала внутренней стены.

Контуры энергопотребления, относящиеся к внутренним стенам.

При изменении материалов внутренних стен материалы внешних стен остаются неизменными. ( a ) Результаты для лета в Хэфэй и ( b ) для зимы в Хэфэй. На рисунках также показаны несколько распространенных строительных материалов.

Обратите внимание, что при изменении k и C V потребление энергии изменяется от 7,2 до 8,3 кВтч/м 2 летом, а диапазон составляет 35,88 ~ 7 зимой 36,28 36,28 064 кВтч04/м Тем не менее, соответствующие диапазоны составляют 0 ~ 22.5 и 0 ~ 87,2 кВтч/м 2 . Гораздо более широкие диапазоны подразумевают более значительную роль внешней стены в энергетических характеристиках, в то же время больший потенциал для улучшения.

Теплопроводность и объемная теплоемкость являются неотъемлемыми теплофизическими свойствами материала. Тем не менее, материалы воплощены в некоторых компонентах здания, таких как стена, окно, пол и т. д. По этой причине инженеры предпочитают использовать параметры, которые могут описать весь компонент для конкретных материалов.Общий коэффициент теплопередачи, также называемый значением U , и общая теплоемкость обычно используются для характеристики теплоизоляционных характеристик и теплоаккумулирующей способности стены соответственно. С анализом, разработанным в дополнительной информации, требования к материалам стен также могут быть сформулированы как требования к стене в целом, что можно резюмировать следующим образом: общая теплоемкость как внешних, так и внутренних стен должна быть высокой. , а значение U внешней стены должно быть низким.

Влияние окон и внутреннее тепловыделение

Как было заявлено ранее, до сих пор мы игнорировали потенциальное влияние окон. Здесь изображены представления комнаты с окном. Одинарное остекление, расположенное в центре внешней стены, имеет размер 1,5 × 1,5 м 2 и коэффициент пропускания солнечного света 77%. Сравнивая ситуации с окном и без него, обнаруживается, что наличие окна увеличивает потребление энергии на охлаждение, но не меняет тенденцию того, как материалы стен влияют на энергоэффективность.Из-за отсутствия окна наименьшее потребление энергии, которое можно получить за счет улучшения внешней стены, равно нулю в , в то время как соответствующее значение с окном составляет 11,4 кВтч/м 2 дюймов . Разрыв между нижними пределами создается прозрачной частью оболочки, т. е. окном, и может быть заполнен за счет непрерывного развития окон, показывая, что высокоэффективная оболочка здания должна быть достигнута за счет одновременных улучшений в прозрачные и непрозрачные части.

Энергозатраты на охлаждение различных материалов для помещения с окном и внутренние теплопотери в Хэфэй.

( a,b ) В помещении одинарное остекление размером 1,5 м×1,5 м. ( c,d ) В дополнение к окну также учитываются внутренние притоки тепла. Эти цифры могут обобщить открытия для более практических ситуаций.

Чтобы еще больше обобщить результаты, в комнате с окном также учитывался внутренний приток тепла, чтобы смоделировать более реалистичную ситуацию.Приток тепла от людей и оборудования принимается равным 4,3 Вт на единицу площади пола, а от освещения – 3,5 Вт на единицу площади пола при включенном освещении с 18:00 до 22:00 каждый день. Результаты представлены на графике, который иллюстрирует, что учет внутренних теплопритоков не меняет общих правил влияния материалов стен на энергетические характеристики. Влияние других конфигураций комнаты на общие правила, например, ориентацию, размер комнаты, также оказалось незначительным, а подробности можно увидеть в дополнительной информации.

Воздействие климатических условий

Вышеизложенные рассуждения были установлены для города Хэфэй, климат которого характеризуется жарким летом и холодной зимой. Чтобы изучить влияние климата, показаны ситуации для Пекина с холодным климатом и Гуанчжоу с климатом с жарким летом и теплой зимой. Отопительный период для Гуанчжоу отсутствует в связи с тем, что средняя температура самого холодного месяца по-прежнему составляет 14 °С. Тенденции влияния свойств материалов на потребление энергии совершенно такие же, как и в Хэфэй, что означает, что эти тенденции не зависят от климата.Единственная разница заключается в диапазонах энергопотребления: комнаты в Гуанчжоу потребляют больше энергии на охлаждение, чем комнаты в Хэфэе, а комнаты в Пекине потребляют больше энергии на обогрев. Результаты для более экстремальных климатических условий представлены в дополнительной информации, и общие тенденции по-прежнему согласуются.

Влияние на энергопотребление материалов наружных и внутренних стен в различных климатических регионах.

( a,d ) Результаты для Пекина с холодным климатом и ( e,f ) результаты для Гуанчжоу с климатом с жарким летом и теплой зимой.Неизменные правила свойств в разном климате экстраполируют результаты.

Обсуждение

В этом исследовании изучалось влияние теплопроводности и объемной теплоемкости стеновых материалов на энергетические характеристики, что выявило роль теплоизоляции и накопления тепла наружных и внутренних стен в активном здании за счет обходное исследование и теоретический анализ.

Энергосберегающая внутренняя стена требует большой емкости для хранения тепла, а также высокой k , которая способствует процессу накопления/выделения тепла.Однако внутренняя стена оказывает менее существенное влияние на энергетические характеристики, чем внешняя. Для наружной стены в большинстве случаев как теплоизоляция, так и аккумулирование тепла могут сильно влиять на энергоэффективность — материалы с низкой теплопроводностью и высокой объемной теплоемкостью, т. е. малым коэффициентом температуропроводности, благоприятствуют энергоэффективности в зданиях. . Когда теплопроводность материала составляет 3,0 Вт/(м·К) или выше, основную роль играет аккумулирование тепла, но его влияние исчезает, когда k меньше 0.3 Вт/(м·К). Ожидается, что k будет как можно меньше, и его значение более заметно зимой, чем летом. Кроме того, требования к материалам стен универсальны и не зависят от климата и включения прозрачных ограждающих конструкций.

С помощью этих теоретических указаний можно дать предложения по улучшению фактических стеновых материалов. Эффективная наружная стена требует материалов с отличной теплоизоляцией и большой способностью аккумулировать тепло.Однако роль аккумулирования тепла, по-видимому, ранее недооценивалась, но результаты этого исследования показывают, что материалы для аккумулирования тепла, например материалы с фазовым переходом 25 ,26 , также подходят для наружных стен. Изоляционные материалы, которые, как известно, используются в качестве материалов для наружных стен, хорошо работают благодаря тому, что они препятствуют передаче тепла как через границу, так и внутри стены, а также обладают высокой механической прочностью, т.е.г., NanoCon 27 (новый материал с нанопористой структурой, обладающий как низкой теплопроводностью, так и строительными свойствами, не уступающими бетону), станет идеальным выбором для будущих наружных стен. Что касается внутренних стен, то также востребованы материалы с большой теплоемкостью, а теплоаккумулирующие материалы уже широко применяются для внутренних стен. Следует отметить, что для полного использования их теплоемкости необходимо повысить теплопроводность материалов.

Методы

Описание помещения

Стандартное помещение предполагается в среднем этаже многоэтажного жилого дома. Комната имеет внутренние размеры 4 × 4 × 4 м 3 и имеет одну внешнюю стену, обращенную на юг. Другие стены, потолок и пол не подвергаются прямому воздействию внешней среды. Толщина наружной стены 240 мм, внутренней 100 мм. Температура в помещении поддерживается с помощью систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) на уровне 18 и 26 °C в отопительный и охлаждающий периоды соответственно в соответствии с отраслевым стандартом Китая JGJ 134–2010 ( Стандарт проектирования на энергоэффективность жилых зданий в жаркой летней и холодной зимней зоне ).

Диапазоны теплопроводности и объемной теплоемкости

Сообщается, что нижний предел теплопроводности строительных элементов достигается за счет вакуумной изоляционной панели (ВИП). С пористой сердцевиной, обернутой многослойной оболочкой, VIP является одним из наиболее высокоэффективных изоляционных компонентов, чья эффективная теплопроводность может составлять всего 0,002 Вт/(м·K) 28 ,29 ,30 . В практических приложениях теплопроводность некоторых горных пород высока по сравнению с другими строительными материалами, кроме металлов, и может быть установлена ​​как верхний предел.Например, кварцит (Sioux) имеет проводимость 5,38 Вт/(м·K) (адаптировано из Приложения A 24 ). В данном исследовании мы установили коэффициент теплопроводности в диапазоне от 0,001 до 5 Вт/(м·К).

Массовая плотность строительных материалов обычно ниже 3000 кг/м 3 , а удельная теплоемкость обычно менее 3000 Дж/кг (за исключением материалов с фазовым переходом в процессе их плавления). Однако материалы с высокой плотностью обычно имеют низкую удельную теплоемкость, а материалы с высокой удельной теплоемкостью часто имеют низкую плотность.Например, мрамор (Halston) имеет высокую плотность 2680 кг/м 3 , а удельную теплоемкость 830 Дж/кг; древесина желтой сосны имеет высокую удельную теплоемкость 2805 Дж/кг при плотности 640 кг/м 3 (адаптировано из Приложения А 24 ). Эти факты делают произведение плотности на удельную теплоемкость, т. е. объемную теплоемкость, примерно ниже 3000 кДж/(м 3 ·К). Консервативно верхний предел объемной теплоемкости принимается равным 5000 кДж/(м 3 ·К).Однако этот верхний предел все еще намного ниже, чем объемная теплоемкость материалов с фазовым переходом, которые обычно имеют гораздо более высокую теплоемкость, чем материалы, аккумулирующие ощутимую теплоту. Для ПКМ, такого как парафин, его эквивалентная объемная теплоемкость в процессе фазового перехода может достигать 8 × 10 4  кДж/(кг·К). Тем не менее, вместо того, чтобы исследовать в этом исследовании производительность приложений PCM, мы будем заниматься нашими будущими исследованиями. Нижний предел C V установлен как 50  кДж/(м 3 ·K), что относится к полиуретану.А именно, диапазон объемной теплоемкости составляет от 50 до 5000 кДж/(м 3 ·К).

Программа BuildingEnergy

Энергетическая эффективность помещения моделируется с помощью программы моделирования энергопотребления BuildingEnergy. Эта программа составлена ​​с нестационарной моделью теплообмена, в которой ограждающие конструкции здания, а также воздух внутри и снаружи помещений разделены на сотни узлов. Для каждого узла уравнение сохранения энергии основано на методе неявных разностей.Уравнения для всех узлов поля температуры образуют матрицу. Поле температуры определяется путем решения матрицы методом итераций Гаусса–Зейделя. Физические и численные модели, используемые в программе, подробно описаны в дополнительных материалах настоящего исследования.

BuildingEnergy был утвержден с использованием стандарта ANSI/ASHRAE 140-2004 («Стандартный метод испытаний для оценки компьютерных программ анализа энергопотребления зданий») в нашей предыдущей работе 31 .Мы также проверили программу с помощью серии экспериментов, проведенных в полноразмерных комнатах 32 ,33 , и подробности проверки отображаются в дополнительной информации.

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

База данных строительных материалов

Материал Применение Характеристики Ссылка
Конкретный Структура здания Ссылка3
Силикатный кирпич Структура здания Ссылка 3
Дерево, сосна Шпильки, панели Номинальная толщина = 10 мм Ссылка1, ссылка 2
Гипсокартон Интерьерная доска Номинальная толщина = 13 мм Ссылка 1, ссылка 2
Плита из стекловаты Обшивка Номинальная толщина = 30 мм Ссылка1, ссылка 2
Целлюлозный картон Обшивка Номинальная толщина = 25 мм Ссылка 1, ссылка 2
Войлок из стекловаты Теплоизоляция Номинальная толщина = 50 мм Ссылка1, ссылка 2
Целлюлозный войлок Теплоизоляция Номинальная толщина = 50 мм Ссылка 1, ссылка 2
Целлюлоза (рассыпчатая) Теплоизоляция Номинальная толщина = 50 мм Ссылка1, ссылка 2
Бумага с пластиковым покрытием Паро/воздушный барьер Ссылка 1, ссылка 2
Пенополистирольная плита (EPS) Теплоизоляция, паровоздушная изоляция Доска из формованных блоков соответствует норме EN 13163 Ссылка4
Плиты из экструдированного полистирола (XPS) Теплоизоляция, паровоздушная изоляция Плита толщиной < 60 мм, без каких-либо окклюзионных газов, кроме воздуха и CO2, соответствует норме EN 13164. Ссылка 4

Физическое объяснение теплопроводности металлов

Обычно известно, что металлы являются высокоэффективными теплопроводниками.

В этой статье будут рассмотрены механизмы теплопередачи, что делает металлы идеальными проводниками тепла, а также использование обычных металлов и сплавов.

Значение теплопроводности в повседневной жизни

Изображение 1. A

Изображение 1. B

Изображение 1. A и B показывают визуальные иллюстрации людей на кухне, использующих кухонные принадлежности.

Кулинария для большинства людей является частью повседневной жизни. Следовательно, кухонные приборы разработаны с целью обеспечения максимальной безопасности и эффективности.Это требует понимания теплофизики. Есть причина, по которой нагревательный элемент тостера обычно изготавливается из нихромовой проволоки, ложки для смешивания, как правило, деревянные, а материал, из которого изготовлены прихватки, и никогда не включает в себя соединение металла.

Определение температуры и теплопроводности

Необходимо вспомнить определение температуры , чтобы понять теплопроводность математически.

Рабочее определение T:

Рабочее определение температуры – это значение, измеренное термометром, который просто измеряет расширение объема Меркурия.

Изображение 2. Изображение двух термометров в градусах Цельсия и Фаренгейта

Физическое определение T:

В теплофизике температура и теплопроводность понимаются через изучение движения молекул.

Шредер, автор « Введение в теплофизику », математически описывает температуру как:

\[ \frac{1}{T} = \Bigg( \frac{dS}{dU} \Bigg) \scriptscriptstyle N,V \]

, где:
S=энтропия,
U=энергия,
N=количество частиц,
V=объем системы (Schroeder, 2007).

Следовательно, температура системы зависит от энтропии и энергии , когда количество частиц и объем системы остаются постоянными.

Шредер формулирует словами: «Температура есть мера тенденции объекта самопроизвольно отдавать энергию своему окружению. Когда два объекта находятся в тепловом контакте, тот, который склонен спонтанно терять энергию, имеет более высокую температуру» (Schroeder, 2007). Это связано с тем, что два контактирующих объекта будут пытаться достичь теплового равновесия ; становятся одной температуры.

Для визуализации температуры и теплопроводности на микроскопическом уровне Рис. 1 A и B показаны ниже. Представьте, что неизвестные объекты А и В находятся в физическом контакте друг с другом. Объект A имеет более высокую температуру, чем объект B. Что произойдет с температурой с течением времени?

Рисунок 1. A

Рисунок 1.B

Рисунок 1.A иллюстрирует два неизвестных объекта, находящихся в физическом контакте друг с другом, и Рисунок 1.B отображает молекулы объектов.

At 0, T A > T B

At t 1, T A > T B

.

.

В т н, Т А = Т Б

At t 0, Ø A > Ø B

At t 1, Ø A > Ø B

.

.

At t n, Ø A > Ø B

Учитывая, что t n : момент времени, T A : температура объекта A, T B : температура объекта B, Å A : средняя скорость частицы A, Å B : средняя скорость частицы В.

В момент времени t 0 атомы объекта A движутся с большей скоростью, а атомы объекта B движутся с меньшей скоростью (T A > T B ). Со временем объект A отдает энергию, а объект B получает энергию, пока они не достигнут одинаковой температуры (T A = T B ) и не достигнут теплового равновесия. Это теплопроводность описанная на молекулярном уровне. Ближайшие атомы объекта A сталкиваются с атомами объекта B. Атомы объекта B, которые первоначально взаимодействовали с атомами объекта A, сталкиваются с другими атомами объекта B, пока энергия не будет передана через все атомы объекта B.

Шредер определяет теплопроводность как «перенос тепла посредством молекулярного контакта: быстро движущиеся молекулы сталкиваются с медленно движущимися молекулами, отдавая при этом часть своей энергии» (Schroeder, 2007).

Режимы теплопередачи для металлов

Полезно напомнить о трех режимах теплопередачи; конвекция для газов/жидкостей, излучение для объектов, разделенных пустым пространством и проводимость для объектов, находящихся в непосредственном контакте.

Теплопроводность также разделена на три категории: молекулярных столкновений для газообразных/жидких форм, колебаний решетки для твердых тел и электронов проводимости для металлов, как показано на рисунке 2 ниже.

Рис. 2. Режимы теплопередачи.

Теплопроводность металлов будет включать столкновения молекул + электронов проводимости для металлов в газообразном состоянии и колебания решетки + электроны проводимости для металлов в твердом состоянии. Электроны проводимости, по сути, делают металл невероятным проводником . Прежде чем объяснить, что такое электрон проводимости, необходимо вспомнить определение металла.

Определение металлов

Все элементы можно найти в периодической таблице, включая металлы, неметаллы и металлоиды. Металлы определяются как «элементы, которые образуют положительные ионы, теряя электроны во время химических реакций» (Blaber, 2015).

Рисунок 3. Периодическая таблица, показывающая все элементы, разделенные на металлы, неметаллы и металлоиды.

Таблица 1. Список типичных физических свойств металлов.

Физические свойства большинства металлов
Твердый при комнатной температуре
Жесткий
Высокая плотность
Высокая температура плавления
Высокая температура кипения
Ковкий
Ковкий
Блестящий

Что делает металлы хорошими теплопроводниками?

Что делает металл хорошим проводником тепла, так это свободно текущих электронов проводимости .

Рис. 4. Нагретый металлический блок, демонстрирующий атомы и свободно текущие электроны.

Атомы металлов теряют валентные электроны при химической реакции с атомами неметаллов, т.е. образуя оксиды и соли. Таким образом, ионы металлов являются катионами в водном растворе. Что делает металлы и металлические сплавы хорошими проводниками, так это особое металлическое соединение. В металлических твердых телах связанные атомы разделяют свои валентные электроны, образуя море свободно движущихся электронов проводимости, которые несут как тепло, так и электрический заряд.Таким образом, в отличие от, например, электроны в ковалентных связях, валентные электроны в металле могут свободно течь через металлические решетки, эффективно перенося тепло, не привязываясь к отдельному атомному ядру.

Математическое моделирование значения теплопроводности (k)

Теплопроводность (k) измеряет способность объекта проводить тепло (Q).

Высокое значение k: высокая теплопроводность

Рис. 4. Лист материала с уравнением теплопроводности.

Дано:

к = теплопроводность (Вт/м•К),

ΔQ = передача энергии (Джоули/сек),

Δt = изменение времени (секунды),

ΔT = градиент температуры (K),

А = площадь теплопроводности (м 2 ),

Δx = толщина материала.

Таблица 2. Список типичных физических свойств металлов.

Металлы Теплопроводность при комнатной температуре (Вт/м•К)
Алюминий 226
Углеродистая сталь 71
Магний 151
Латунь (желтая) 117
Бронза (алюминий) 71
Медь 397
Железо 72
Нержавеющая сталь (446) 23
Вольфрам 197
Свинец 34
Никель 88
Сталь углеродистая тип 1020 (0.2 – 0,6 в) 71
Цинк 112
Титан 21
Олово 62

Примечание. Медь и алюминий имеют самое высокое значение теплопроводности (k). Проверьте нашу базу данных материалов.

Использование обычных металлов и сплавов в таблице выше

Металлы и сплавы (материалы, изготовленные из комбинации металлов) используются в качестве строительных материалов в различных отраслях промышленности, таких как электроника, машиностроение, лабораторное оборудование, медицинские устройства, товары для дома и строительство.

Самые высокие значения теплопроводности для металлов имеют Серебро (-429 Вт/м•К), Медь (-398 Вт/м•К) и Золото (-315 Вт/м•К).

Металлы очень важны для изготовления электроники, поскольку они являются хорошими проводниками электричества. Медь, алюминий, олово, свинец, магний и пластик часто используются для изготовления деталей телефонов, ноутбуков, компьютеров и автомобильной электроники. Медь экономична и используется для электропроводки. Свинец используется для оболочки кабелей и изготовления аккумуляторов.Олово используется для изготовления припоев. Магниевые сплавы используются в производстве новой техники, так как они легкие. Пластик используется для изготовления деталей электроники, которые не должны проводить электричество, а титан используется для производства пластика.

Металлы также играют важную роль в машиностроении. Алюминий часто используется при изготовлении деталей автомобилей и самолетов, а также в виде сплава, так как его чистая форма слаба. Автомобильное литье изготовлено из цинка. Железо, сталь и никель являются распространенными металлами, используемыми в строительстве и инфраструктуре.Сталь представляет собой сплав железа и углерода (а часто и других элементов). Увеличение содержания углерода в стали создает углеродистую сталь, которая делает материал более прочным, но менее пластичным. Углеродистая сталь часто используется в строительных материалах. Латунь и бронза (медь в сплаве с цинком и оловом соответственно) обладают благоприятными свойствами поверхностного трения и используются для замков и петель, а также рам дверей и окон соответственно.

Наконец, нити накаливания для люминесцентных ламп традиционно изготавливаются из вольфрама.Однако от них постепенно отказываются, поскольку в таком источнике света только около 5% мощности преобразуется в свет, остальная часть мощности преобразуется в тепло. Современные источники света часто основаны на светодиодной технологии и полупроводниках.

В заключение, теплопроводность металлов очень важна для проектирования любой конструкции. Это неотъемлемая часть безопасности, эффективности и инноваций в промышленности. Электроны проводника являются механизмом высокой проводимости металлов по сравнению с неметаллическими материалами.Однако значение теплопроводности (k) также может сильно различаться среди металлов.

Каталожные номера

Шредер, Д. В. (2018). Введение в теплофизику. Индия: Образовательные услуги Pearson India.

База данных материалов – Термические свойства. (н.д.). Получено с https://thermtest.com/materials-database

Алюминиевые сплавы 101. (2020, 9 марта). Получено с https://www.aluminum.org/resources/industry-standards/aluminum-alloys-101

.

Элерт, Г.(н.д.). Проводка. Получено с https://physics.info/conduction/

Блабер, М. (2019, 3 июня). 9.2: Металлы и неметаллы и их ионы. Получено с https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry/Map:_General_Chemistry_(Petrucci_et_al.)/09:_The_Periodic_Table_and_Some_Atomic_Properties/9.2:_Metals_and_Nonmetals_and_their_Ions

Теплопроводность. (н.д.). Получено с http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/thercond.html

.

Диоксид титана для пластмасс.(н.д.). Получено с https://polymer-additives.specialchem.com/centers/titanium-dioxide-for-plastics-center

.

Сандхана, Л., и Джозеф, А. (2020, 6 марта). Что такое углеродистая сталь? Получено с https://www.