Сравнение теплопроводности различных утеплителей

В сводной таблице приведена информация, необходимая для расчета характеристик возводимых конструкций при использовании различных строительных материалов.

Удельная теплоемкость материалов

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

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

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

Теплопроводность – что это

Сам термин «теплопроводность» определяет передачу энергии тепловой от предметов с более высокой температурой – предметам с более низкой. Сам теплообмен осуществляется до тех пор, пока температура обоих предметов не станет одинаковой. Чтобы обозначить энергию тепловую был создан коэффициент теплопроводности, применяемый для строительных материалов. Этот параметр дает четкое понимание того, какое количество энергии тепловой проходит в единицу времени через единицу площади. Чем выше этот показатель – тем лучше теплообмен. Чем меньше теплопроводность материал – тем более он пригоден для строительства жилых и отапливаемых помещений. Согласно строительным нормам толщина стен, препятствующая теплопотерям в зданиях должна соответствовать:

  1. Кирпич — 210 см
  2. Керамзитобетон — 90 см
  3. Дерево — 53 см
  4. Газобетон — 44 см
  5. Минеральная вата — 18 см
  6. Пенополистерол — 12 см

Теплопроводный коэффициент характеризуется показателем количества теплоты, проходящего сквозь метр толщины материала в единицу времени, равную 60 минут. При создании лучшей теплоизоляции профессионалы рекомендуют использовать эту характеристику в обязательном порядке. Также на нее стоит обратить внимание при необходимости подобрать дополнительные утепляющие материалы и конструкции. Рассмотрим соотношение материала и коэффициента теплопроводности, измеренного в Ваттах на метр квадратный Кельвин:

алюминий асбест асфальтобетон асбесто-цементные плиты бетон, желоззобетон битум бронза винипласт вода при температурі вище 0 войлок шерстяной гипсокартон гранит древесина из дуба, волокна размещены вдоль древесина из дуба, волокна размещены поперек древесина из сосны или ели, волокна размещены вдоль древесина из сосны или ели, волокна размещены поперек до 221 Вт/м2 0,151 Вт/м2*К 1,05 Вт/м2*К 0,35 Вт/м2*К до 1,51 Вт/м2*К 0,27 Вт/м2*К 64 Вт/м2 0,163 Вт/м2*К 0,6 Вт/м2*К 0,047 Вт/м2*К 0,15 Вт/м2*К 3,49 Вт/м2*К 0,23 Вт/м2*К 0,1 Вт/м2*К 0,18 Вт/м2*К до 0,15 Вт/м2*К плита древесно-стружечная или плита ориентировано-стружечная железобетон Картон используемый для облицовки Керамзит, плотность 200кг / м3 Керамзит, плотность 800кг / м3 Керамзитобетон, плотность 500кг / м3 Керамзитобетон, плотность 1800кг / м3 Кирпич керамический, пустотелый брутто 1000, плотность 1200кг / м3 Кирпич керамический, пустотелый брутто брутто 1400, плотность 1600кг / м3 Кирпич красный глиняный Кирпич силикатный Кладка из изоляционного кирпича Кладка из обыкновенного кирпича Кладка из огнеупорного кирпича Краска масляная 0,15 Вт / м2К 1,69 Вт / м2К 0,18 Вт / м2К 0,1 Вт / м2К 0,18 Вт / м2К 0,14 Вт / м2К 0,66 Вт / м2К 0,35 Вт / м2К 0,41 Вт / м2К 0,56 Вт / м2К 0,7 Вт / м2К до 0,209 Вт / м2К до 0,814 Вт / м2К 1,05 Вт / м2К 0,233 Вт / м2К

Таблица: коэффициентов теплопроводности металлов, полупроводников и изоляторов

Теплопроводность многих металлов следует соотношению k = 2,5·10-8σT, где Т обозначает температуру в °К, а σ — электропроводность в единицах (ом·см)-1. Это соотно­шение, которое лучше всего оправдывается для хороших проводников электричества и при высоких температурах, можно применять и для определения коэффициентов тепло­проводности.

Читайте также:  Декоративный бетон – суровая красота, застывшая в вечности

Соотношение kpcp=const, где р обозначает плотность, а ср — удельную теплоем­кость при постоянном давлении, было предложено Стормом для того, чтобы объяснить температурные изменения этих величин для некоторых металлов и сплавов.

Таблица коэффициента теплопроводности металлов

Элементы с металлической электропроводностью.

Таблица: коэффициентов теплопроводности металлов, полупроводников и изоляторов
Металл Коэффициент теплопроводности металлов (при температуре, °С) — 100 100 300 700
Алюминий 2,45 2,38 2,30 2,26 0,9
Бериллий 4,1 2,3 1,7 1,25 0,9
Ванадий 0,31 0,34
Висмут 0,11 0,08 0,07 0,11* 0,15*
Вольфрам 2,05 1,90 1,65 1,45 1,2
Гафний 0,22 0,21
Железо 0,94 0,76 0,69 0,55 0,34
Золото 3,3 3,1 3,1
Индий 0,25
Иридий 1,51 1,48 1,43
Кадмий 0,96 0,92 0,90 0,95 0,44 (400°)*
Калий 0,99 0,42* 0,34*
Кальций 0,98
Кобальт 0,69
Литий 0,71 0,73
Магний 1,6 1,5 1,5 1,45
Медь 4,05 3,85 3,82 3,76 3,50
Молибден 1,4 1,43 1,04 (1000°)
Натрий 1,35 1,35 0,85* 0,76* 0,60*
Никель 0,97 0,91 0,83 0,64 0,66
Ниобий 0,49 0,49 0,51 0,56
Олово 0,74 0,64 0,60 0,33
Палладий 0,69 0,67 0,74
Платина 0,68 0,69 0,72 0,76 0,84
Рений 0,71
Родий 1,54 1,52 1,47
Ртуть 0,33 0,09 0.1 0,115
Свинец 0,37 0,35 0,335 0,315 0,19
Серебро 4,22 4,18 4,17 3,62
Сурьма 0,23 0,18 0,17 0,17 0,21*
Таллий 0,41 0,43 0,49 0,25 (400 0)*
Тантал 0,54 0,54
Титан 0,16 0,15
Торий 0,41 0,39 0,40 0,45
Уран 0,24 0,26 0,31 0,40
Хром 0,86 0,85 0,80 0,63
Цинк 1,14 1,13 1,09 1,00 0,56*
Цирконий 0,21 0,20 0,19

* числа, набранные курсивом, относятся к жидкой фазе.

Таблица коэффициента теплопроводности полупроводников и изоляторов

Вещество Коэффициент теплопроводности при температура, °С — 100 100 500 700
Германий 1,05 0,63
Графит 0,5—4,0 0,5—3,0 0,4-1,7 0,4-0,9
Йод 0,004
Углерод 0,016 0,017 0,019 0,023
Селен 0,0024
Кремний 0,84
Сера 0,0029 0,0023
Теллур 0,015

Таблица коэффициентов теплопроводности разных материалов

На основе таблицы с коэффициентами теплопроводности строительных материалов и популярных утеплителей можно сделать сравнительный анализ. Он обеспечит подбор оптимального варианта теплоизоляции для строения.

Материал Теплопроводность, Вт/м*К Толщина, мм Плотность,  кг/м³ Температура укладки,  °C Паропроницаемость, мг/м²*ч*Па
Пенополиуретан 0,025 30 40-60 От -100 до +150 0,04-0,05
Экструдированный пенополистирол 0,03 36 40-50 От -50 до +75 0,015
Пенопласт 0,05 60 40-125 От -50 до +75 0,23
Минвата (плиты) 0,047 56 35-150 От -60 до +180 0,53
Стекловолокно (плиты) 0,056 67 15-100 От +60 до +480 0,053
Базальтовая вата (плиты) 0,037 80 30-190 От -190 до +700 0,3
Железобетон 2,04 2500 0,03
Пустотелый кирпич 0,058 50 1400 0,16
Деревянные брусья с поперечным срезом 0,18 15 40-50 0,06

Для параметров толщины применялся усредненный показатель.

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.

Читайте также:  Венецианка под мрамор: как создать имитацию мрамора своими руками

Термическое сопротивление ограждающихконструкций

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 придется все ограждающие конструкции

    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.

Поделиться:

  • Facebook
  • Telegram
  • Twitter
  • Pinterest

Как определить коэффициент теплопроводности бетона и от чего он зависит?

При выполнении мероприятий по строительству зданий или ремонту ранее возведенных построек важно надежно теплоизолировать стены строения. Для уменьшения объема тепловых потерь и снижения затрат на поддержание комфортной температуры важно ответственно подойти к выбору теплоизоляционных материалов и выполнению тепловых расчетов. Решая задачи, связанные с обеспечением энергоэффективности бетонных строений, необходимо учитывать теплопроводность бетона. Этот показатель характеризует способность проводить тепло и является одной из наиболее важных характеристик.

Как определить коэффициент теплопроводности бетона и от чего он зависит?

Теплопроводность бетонного массива

Теплопроводность твердых тел

Так как в твердых телах каждая молекула или атом находятся в определенном положении и не могут его покинуть, то передача тепла с помощью конвекции оказывается невозможной, и единственным возможным процессом является проводимость. При увеличении температуры тела кинетическая энергия составляющих его частиц увеличивается, и каждая молекула или атом начинают интенсивнее колебаться. Этот процесс приводит к их столкновению с соседними молекулами или атомами, в результате таких столкновений передается кинетическая энергия от частицы к частице до тех пор, пока все частицы тела не будут охвачены этим процессом.

Теплопроводность твердых тел

В результате описанного микроскопического механизма при нагреве одного конца металлического стержня температура через некоторое время выравнивается по всему стержню.

Тепло не передается одинаково в различных твердых материалах. Так, существуют материалы, которые обладают хорошей теплопроводностью. Они легко и быстро проводят тепло через себя. Но также существуют плохие теплопроводники или изоляторы, через которые тепло практически не проходит.

Что влияет на коэффициент теплопроводности

Строительные материалы, кирпич, бетон, блоки, дерево, панели имеют разную теплопроводность. Но физические свойства этих материалов, влияющие на показатели проводимости тепла, одинаковы. Вот они:

Как данные параметры влияют на проводимость тепла. Плотность материала характеризуется взаимодействием частиц, передающих тепловую энергию, чем плотность выше, тем потери тепла больше. Пористость материала способствует разрушению его однородности, тепло задерживается порами, в которых воздух, а теплопроводность воздуха при 0°С равна 0,02 Вт/м*. Чем больше пористость кирпича или иного материала, тем ниже коэффициент теплопроводности. Если структура пол малого размера и закрытого типа, потери тепла снижаются. Повышенная влажность материала снижает (ухудшает) показатель, так как сухой воздух вытесняется влажным.

В строительной профессиональной практике коэффициент определяется формулами, для обычного понимания необходимо понимать, что проводимость тепловой энергии – величина нормируемая, конструкция строения должна представлять собой монолитное сооружение, возведенное из материалов естественной влажности, требуемой толщины, как показано на картинке.

Полезно знать, что все строительные материалы делятся на два класса:

  1. те, из которых возводят конструкцию, каркас сооружения;
  2. те, которыми производят утепление конструкции.

Материалы для несущих конструкций характеризуются высоким коэффициентом теплопроводности. Самым холодным среди прочих является железобетон с коэффициентом – 1,29. Самый теплый материалом для стен пенобетон– 0,08. Интересно, что кирпич, согласно присвоенным показателям неплохо держит тепло:

Таким образом, таблица подсказывает, какой кирпич выбрать для строительства своего дома.

Важно!Теплопроводность только один из большого числа технических показателей строительного материала, принимать во внимание которые необходимо при проектировании и возведении будущего дома. . Кроме того, кирпич от разных производителей также различается по техническим и физическим, а также ценовым показателям

Кроме того, кирпич от разных производителей также различается по техническим и физическим, а также ценовым показателям.

Таблица теплопроводности

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

От чего зависит величина теплопроводности?

От множества факторов зависит значение теплопроводности строительных материалов. Таблица коэффициентов, представленная в нашем обзоре, это наглядно показывает.

На данный показатель оказывают влияние следующие параметры:

  • более высокая плотность способствует прочному взаимодействию частиц друг с другом. При этом уравновешивание температур производится более быстро. Чем плотнее материал, тем лучше пропускается тепло;
  • пористость сырья свидетельствует о его неоднородности. При перемещении тепловой энергии через подобную структуру охлаждение будет небольшим. Внутри гранул находится только воздух, который обладает минимальным количеством коэффициента. Если поры маленькие, то при этом затрудняется передача тепла. Но повышается значение теплопроводность;
  • при повышенной влажности и промокании стен здания показатель прохождения тепла будет выше.