В таблице приведены значения теплопроводности изоляционных и вспомогательных материалов в зависимости от температуры и плотности при нормальном атмосферном давлении, если не указано иное.
Теплопроводность материалов
В последние годы при строительстве или ремонте дома большое внимание уделяется энергоэффективности. При нынешних ценах на топливо это очень важно. Кроме того, похоже, что в будущем экономия денег будет приобретать все большее значение. Для того чтобы правильно выбрать состав и толщину материалов в ограждающей конструкции здания (стены, полы, потолки, крыши), необходимо знать теплопроводность строительных материалов. Эта характеристика указывается на упаковке материалов и должна быть известна на стадии проектирования. Наконец, необходимо решить, из какого материала должны быть сделаны стены, какая изоляция должна использоваться и какова должна быть толщина каждого слоя.
При выборе строительных материалов для строительства важно обращать внимание на их свойства. Одной из ключевых характеристик является теплопроводность. Она определяется коэффициентом теплопроводности. Это количество тепла, которое материал может провести за единицу времени. Это означает, что чем ниже коэффициент, тем хуже материал проводит тепло. И наоборот, чем выше коэффициент, тем лучше теплоотдача.
Материалы с низкой теплопроводностью используются для изоляции, а материалы с высокой теплопроводностью – для передачи или рассеивания тепла. Например, радиаторы изготавливаются из алюминия, меди или стали, поскольку они хорошо передают тепло, т.е. имеют высокий коэффициент теплопроводности. Материалы с низким коэффициентом теплопроводности используются для изоляции – они лучше сохраняют тепло. Если объект состоит из нескольких слоев материала, его теплопроводность определяется как сумма коэффициентов всех материалов. При расчете вычисляется теплопроводность каждого элемента "пирога", и найденные значения складываются. Таким образом, получается общая теплоизоляция ограждающей конструкции здания (стены, пол, потолок).
Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов
Чтобы в доме было тепло зимой и прохладно летом, теплопроводность стен, пола и крыши должна быть не ниже определенного значения, которое рассчитывается для каждого региона. Состав "пирога" стен, пола и потолка, толщина материалов учитываются так, чтобы общее количество было не меньше (а лучше – хотя бы чуть больше) рекомендованного для данного региона.
При выборе материалов следует учитывать, что некоторые (не все) из них гораздо лучше проводят тепло в условиях повышенной влажности. Если существует вероятность того, что такая ситуация будет иметь место в течение длительного периода времени, в расчетах используется теплопроводность для этого условия. Коэффициенты теплопроводности основных материалов, используемых для теплоизоляции, приведены в таблице ниже.
| В сухом состоянии | При нормальной влажности | При высокой влажности | |
| Шерстяной войлок | 0,036-0,041 | 0,038-0,044 | 0,044-0,050 |
| Каменная вата 25-50 кг/м3 | 0,036 | 0,042 | 0,,045 |
| Минеральная вата 40-60 кг/м3 | 0,035 | 0,041 | 0,044 |
| Каменная 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 |
| Экструдированный пенополистирол (EPS) | 0,036-0,041 | 0,038-0,044 | 0,044-0,050 |
| Экструдированный пенополистирол (EPS, XPS) | 0,029 | 0,030 | 0,031 |
| Пенобетон, газобетон с цементным раствором, 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 | ||
| Стеклянная 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 | ||
| Ecowool | 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 |
| Сшитый пенополиэтилен | 0,031-0,038 | ||
| Вакуум | 0 | ||
| Воздух +27°C. 1 атм | 0,026 | ||
| Ксенон | 0,0057 | ||
| Аргон | 0,0177 | ||
| Аэрогель (осиновый аэрогель) | 0,014-0,021 | ||
| Шлаковая вата | 0,05 | ||
| Вермикулит | 0,064-0,074 | ||
| Вспененный каучук | 0,033 | ||
| Пробковые листы 220 кг/м3 | 0,035 | ||
| Пробковые плиты 260 кг/м3 | 0,05 | ||
| Базальтовые маты, холст | 0,03-0,04 | ||
| Пенька | 0,05 | ||
| Перлит, 200 кг/м3 | 0,05 | ||
| Перлитовый газобетон, 100 кг/м3 | 0,06 | ||
| Льняные изоляционные плиты, 250 кг/м3 | 0,054 | ||
| Полистиролбетон, 150-500 кг/м3 | 0,052-0,145 | ||
| Гранулированная пробка, 45 кг/м3 | 0,038 | ||
| Минеральная пробка на битумной основе, 270-350 кг/м3 | 0,076-0,096 | ||
| Пробковый пол, 540 кг/м3 | 0,078 | ||
| Техническая пробка, 50 кг/м3 | 0,037 |
Плотность и теплопроводность распространенных строительных материалов
Значения плотности и теплопроводности строительных материалов, приведенные в таблице, даны при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении.
Плотность и теплопроводность следующих материалов: алюминиевый сплав, асбестоцементная плита, асбестовый войлок, асбестовая изоляционная плита, асфальтовая кровля, пробковая плита, пробковый пол, войлочная подложка, волокнистая изоляционная плита, стеклянные листы для окон (оконное стекло), стекловата, стекловолокно, пропитанное эпоксидной смолой, ДВП, поливинилхлоридный линолеум, кладочные материалы, минеральная вата, уложенная между конструкциями полистирольная плита, пенополистирол, листовой полистирол, полиуретановая губка, поливинилхлорид (ПВХ), жесткий пенопласт, прессованный картон, изоляционный кремнеземный порошок, углеродистая сталь мочевина формальдегид (в гранулах), известняк, песчаник, сланец, глиняные плитки, бетонные плитки, асбестовые плитки из ПВХ, сосновые балки, дубовые балки, гранулированный вермикулит, прессованная древесная стружка, строительные плиты из тонкой древесной стружки.
Теплоемкость строительных материалов
В таблице ниже приведена удельная теплоемкость в килоджоулях на килограмм на градус Кельвина для сухих строительных материалов при различных температурах.
Теплоемкость следующих материаловАсфальт, бетон, бумага, картон, войлок, глина, гранит, почва (земля, грунт), дерево (древесина), зола, известняк, строительный камень, красный кирпич, силикатный кирпич, мел, мрамор, речной песок, пробка, стекло, текстолит, торфяной наполнитель, фанера, цементно-песчаный раствор, котельный шлак.
Теплоемкость строительных материалов при температуре от -20 до 20°C
В таблице приведены значения удельной теплоемкости сухих строительных материалов при отрицательных и положительных температурах от -20 до 20°C. Размерность теплоемкости – ккал/(кг-град).
Дана теплоемкость следующих материалов: алебастр, арборит, художественный туф, асбест, береза, бетон, бумага, каменная крошка, шерсть, войлок, гипс, глина, гипсокартон, гравий, древесно-цементный, дуб, известняк, навозная земля, камыш, картон, керамзит, гороховая глина, трепанационный кирпич, силикатный кирпич, саман, камин, лед, оргалит, пенька, пенобетон, пенобетон, силикатный песок, портландцемент, пробка, валун, строительный раствор, органический силикат, сосна, стекловата, стекловата, древесные опилки, термосет, торф, торфяные плиты, гравий, фанера, силикатная ДВП, магнезия, целлотекс, доменный шлак, котельный шлак, известково-алебастровая штукатурка, сухая штукатурка (дерево).
Теплопроводность
Коэффициент теплопроводности (λ), который измеряется в Вт/(м×℃) или Вт/(м×К), используется для оценки теплопроводности любого материала. Этот коэффициент определяет количество тепла, которое материал, независимо от его размера, может провести за единицу времени на заданное расстояние. Если мы видим, что материал имеет высокое значение коэффициента, то он очень хорошо проводит тепло и может быть использован в качестве радиатора, излучателя или конвектора. Например, металлические радиаторы для отопления помещений работают очень эффективно, прекрасно передавая тепло от теплоносителя к внутренним воздушным массам в помещении.
Если речь идет о материалах, используемых для стен, перегородок и крыши, то высокая теплопроводность – явление нежелательное. При высоком коэффициенте здание будет терять слишком много тепла, и для его удержания внутри здания придется возводить довольно толстые конструкции. А это влечет за собой дополнительные финансовые затраты.
Теплопроводность зависит от температуры. По этой причине в справочной литературе приводится несколько значений коэффициента, которые изменяются с повышением температуры. На теплопроводность также влияют условия эксплуатации. Прежде всего, это влажность, так как коэффициент теплопроводности также увеличивается с увеличением процентного содержания влаги. Поэтому при проведении расчетов необходимо знать фактические климатические условия, в которых будет строиться здание.
Теплопередача
Коэффициент теплопроводности является важным свойством любого материала. Однако он не может точно описать теплопроводность конструкции, поскольку не учитывает особенности ее конструкции. Поэтому целесообразнее рассчитывать коэффициент теплопередачи, который, по сути, является обратной величиной коэффициента теплопередачи. Но в отличие от последнего, при расчете учитывается толщина материала и другие важные характеристики конструкции.
Не менее важным является прогнозирование теплопотерь, без которого невозможно правильно спланировать систему отопления и создать идеальную теплоизоляцию. Такие расчеты могут понадобиться при выборе оптимальной модели котла, необходимого количества радиаторов и их правильного расположения.
Чтобы определить теплопотери через любую конструкцию, нам необходимо знать сопротивление, которое рассчитывается из разницы температур и количества тепла, теряемого на квадратный метр ограждающей конструкции. Если мы знаем площадь поверхности конструкции и ее термическое сопротивление, а также климатические условия, для которых производятся расчеты, мы можем точно определить теплопотери. Существует хороший калькулятор теплопотерь для домов (он даже может рассчитать, сколько денег будет потрачено на отопление, приблизительно, конечно).
Такие расчеты производятся для всех ограждающих конструкций здания, взаимодействующих с потоками холодного воздуха, а затем суммируются для определения общих теплопотерь. На основании полученного значения проектируется система отопления, которая полностью компенсирует эти потери. Если теплопотери слишком велики, это влечет за собой дополнительные финансовые затраты, которые не каждый может себе позволить. В этом случае следует подумать об улучшении системы теплоизоляции.
Отдельное слово следует сказать об окнах, для которых сопротивление теплопередаче указано в нормативных документах. Необязательно производить расчеты самостоятельно. Существуют готовые таблицы со значениями сопротивления для всех типов окон и балконных дверей.
Теплопотери окон рассчитываются исходя из площади поверхности и разницы температур на каждой стороне конструкции.
Как рассчитать теплопотери
Основные элементы здания, через которые уходит тепло:
- двери (5-20%);
- полы (10-20%)
- Крыша (15-25%);
- стены (15-35%);
- окна (5-15%).
Уровень теплопотерь определяется с помощью тепловизионной камеры. Наиболее сложные участки отмечены красным цветом, меньшие теплопотери – желтым и зеленым. Участки с наименьшими потерями отмечены синим цветом. Значение теплопроводности определяется в лабораторных условиях, и материал получает сертификат качества.
Значение теплопроводности зависит от следующих параметров:
- Пористость. Поры указывают на неоднородность структуры. Когда тепло проходит через них, охлаждение будет минимальным.
- Содержание влаги. При высоком уровне влажности сухой воздух вытесняется каплями жидкости из пор, что приводит к многократному увеличению значения.
- Плотность. Более высокая плотность способствует более активному взаимодействию частиц. В результате ускоряется теплопередача и выравнивается температура.
Как рассчитать толщину стенки
Для того чтобы в доме было тепло зимой и прохладно летом, ограждающие конструкции (стены, пол, потолок/крыша) должны обладать определенным термическим сопротивлением. Это значение различно для каждого региона. Оно зависит от средней температуры и влажности в данной местности.
Термическое сопротивление ограждающей конструкции для регионов России
Чтобы избежать слишком высоких счетов за отопление, строительные материалы и их толщина должны быть подобраны таким образом, чтобы их общее термическое сопротивление было не меньше, чем указано в таблице.
Расчет толщины стен, толщины теплоизоляции, отделочных слоев
Для современного строительства характерна ситуация, когда стена имеет несколько слоев. Помимо несущей конструкции, есть изоляция и отделочные материалы. Каждый слой имеет свою толщину. Как определить толщину изоляции? Расчет прост. Он основан на формуле:
Формула для расчета термического сопротивления
R – термическое сопротивление;
p – толщина слоя в метрах;
k – коэффициент теплопередачи.
Необходимо заранее решить, какие материалы будут использоваться в строительстве. Кроме того, необходимо точно знать, какой тип стенового материала, изоляции, отделки и т.д. будет использоваться. Каждый из них вносит свой вклад в теплоизоляцию, а теплопроводность строительных материалов учитывается при расчете.
Сначала рассчитывается термическое сопротивление строительного материала (из которого будет построена стена, пол и т.д.), а затем по "остаточному" принципу подбирается толщина выбранной теплоизоляции. Также можно учитывать теплоизоляционные свойства отделочных материалов, но они обычно "дополняют" основные. Таким образом, закладывается определенный запас "на всякий случай". Этот запас позволяет сэкономить на отоплении, что впоследствии положительно сказывается на бюджете.
Пример расчета толщины куртки для сохранения тепла
Рассмотрим пример. Мы намерены построить полуторакирпичную стену, утепленную минеральной ватой. Согласно таблице, тепловое сопротивление стены для данного региона должно быть не менее 3,5. Расчеты для данной ситуации приведены ниже.