Бетон в различных его разновидностях в настоящее время является самым популярным строительным материалом, хотя он и не самый теплый. Различают конструкционный и теплоизоляционный бетон. Первый используется для фундаментов и ответственных частей зданий, а второй – для стен. В зависимости от региона они дополнительно утепляются или нет.
Теплопроводность материалов. Как она рассчитывается? Сравнительная таблица на сайте Nedvio
Теплопроводность строительных материалов в последние годы стала популярной темой. Это связано с тем, что люди стали чаще задумываться о том, как сэкономить деньги на отоплении дома зимой или как сделать его более экологичным (если отапливать углем, мазутом или другим экологически чистым топливом).
Мы полагаем, что многие из вас уже слышали, что некоторые материалы хорошо проводят тепло, а другие – нет. В результате одни дома сразу становятся теплыми, а другие нуждаются в утеплении. Но как все это рассчитать? Какие существуют критерии и формулы? Об этом мы и поговорим в данной статье.
Коэффициент теплопроводности лямбда. Что это такое?
Коэффициент λ (лямбда) – это, пожалуй, самый важный параметр для всех изоляционных материалов. Его значение показывает, сколько тепла может передать материал. Это указывает на его теплопроводность.
Чем ниже значение λ (лямбда), тем ниже теплопроводность материала и, следовательно, он лучше изолирован от потери тепла. Это означает, что через материал с более высокой теплопроводностью при одинаковых условиях пройдет больше тепла.
Как рассчитывается этот коэффициент? Согласно второму закону термодинамики, тепло всегда уходит в область с более низкой температурой. Для кубовидного тела, проводящего тепло при установившемся режиме, количество передаваемого тепла зависит от вещества, пропорционально поперечному сечению тела, разности температур и времени теплопередачи.
Таким образом, формула для расчета будет выглядеть следующим образом:
- λ (лямбда) – коэффициент теплопередачи;
- ΔQ – количество теплоты, переданной через тело
- t – время;
- L – длина тела;
- S – площадь поперечного сечения тела;
- ΔT – разность температур в направлении теплопроводности;
- d – толщина перегородки.
Единицей теплопроводности в СИ является [Вт/(м – К)]. Она выражает количество теплового потока через единицу площади материала данной толщины, если разница температур между двумя его сторонами составляет 1 Кельвин. Все эти величины измеряются в специальных строительных лабораториях.
Что такое теплопроводность и в каких единицах она описывается?
Если не принимать во внимание никаких теоретических условий, то фактически все физические тела, жидкости или газы обладают способностью передавать тепло. Другими словами, если выразить это более четко, если объект нагревается с одной стороны, он становится проводником тепла, нагреваясь и передавая тепловую энергию дальше. То же самое происходит и с охлаждением, только с "противоположным знаком".
Даже на уровне обычного домашнего хозяйства всем понятно, что эта способность у разных материалов проявляется по-разному. Например, одно дело – помешивать кипящую пищу на плите деревянной лопаткой, и совсем другое – металлической ложкой, которая почти сразу становится настолько горячей, что ее невозможно держать в руках. Этот пример наглядно показывает, что теплопроводность металла во много раз выше, чем у дерева.
И таких примеров множество, буквально на каждом шагу. Например, прикоснитесь рукой к обычной деревянной двери в комнате с прикрученной к ней металлической ручкой. Ручка кажется холоднее. Но это невозможно – все предметы в комнате имеют примерно одинаковую температуру. Просто металлическая ручка быстрее поглощает тепло тела и поэтому кажется холоднее.
Коэффициент теплопроводности материала
Мнение эксперта:
Главный редактор проекта Stroyday.ru. Инженер.
Существует специальная единица, которая характеризует любой материал как проводник тепла. Она называется коэффициентом теплопроводности и обычно обозначается греческой буквой λи измеряется в Вт/(м×℃). (Во многих формулах вместо градусов Цельсия ℃ указывается в градусах Кельвина, Кно это не меняет сути).
Этот коэффициент указывает на способность материала передавать определенное количество тепла на определенное расстояние за единицу времени. Он является показателем самого материала, т.е. без привязки к каким-либо размерам.
Такие коэффициенты рассчитываются практически для всех строительных и других материалов. Ниже в этой публикации вы найдете таблицы для различных групп – растворов, бетонов, кирпича и каменной кладки, изоляционных материалов, древесины, металлов и т.д. Даже беглого просмотра их достаточно, чтобы увидеть, насколько разными могут быть эти коэффициенты.
Часто производители строительных материалов для конкретного применения указывают коэффициент теплопроводности в своих спецификациях.
Материалы с высокой теплопроводностью, такие как металлы, часто используются в качестве теплоотводов или теплообменников. Классический пример – радиаторы, где чем лучше их стенки передают тепло от теплоносителя, тем эффективнее они работают.
С другой стороны, обратное верно для большинства строительных материалов. Это означает, что чем ниже теплопроводность материала, из которого построена обычная стена, тем меньше тепла будет терять здание при наступлении холодов. Или же, тем меньшую толщину стены можно сделать при тех же значениях теплопроводности.
И на заглавной фотографии статьи, и на иллюстрации ниже представлены очень наглядные диаграммы того, как будет различаться толщина стен из разных материалов при одинаковой способности удерживать тепло в доме. Комментарии, вероятно, излишни.
Теплоемкость шамота, динамита, глинозема и магнезита
В таблице приведены значения массовой удельной теплоемкости этих огнеупорных материалов в зависимости от температуры.
Теплоемкости шамота, динамита, глинозема и магнезита приведены в таблице в диапазоне температур от 50 до 1500°C. Размерность удельной теплоемкости – кДж/(кг-град).
Теплоемкость высокоогнеупорных материалов и керамики
В таблице приведена массовая удельная теплоемкость высокоогнеупорных материалов в зависимости от температуры.
Теплоемкость огнеупорных материалов и керамики в таблице приведена в диапазоне температур от 100 до 1400°C (размерность теплоемкости кДж/(кг-град)).
Теплоемкость приведена для следующих огнеупоров и керамики: глинозем (искусственный), глинозем, муллит, кианит (Борисов), андалузит (Семиз-Бугу), силлиманит, муллитовые изделия, магнезитовые изделия 88% MgO, спеченный магнезит, серпентин, шпинель, известь (плавленая), оксид циркония ZrO2, циркон (Ильмень), хромитовые изделия, хромит (Халилов), карборунд (кристаллический), карборундовые изделия, такие как карбофракс SiC, графит C.
- Физические величины. Исходный материал. В книге: А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др; под ред. С. Григорьев, Е. З. Мейлихов. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с.
- Таблицы физических величин. Справочник. Под редакцией акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976 г. – 1008 с.
- Казанцев Е.И. Промышленные печи. Справочник по расчетам и проектированию.
- Свойства трансформаторного масла: плотность, вязкость, теплопроводность.
- Плотность молока, удельная теплоемкость и другие физические свойства
Теплопроводность строительных материалов – таблицы
Теплопроводность материалов хорошо иллюстрируется сводными таблицами со стандартными значениями.
Однако эти таблицы теплопроводности материалов и изоляторов не учитывают всех значений. Рассмотрим подробнее теплопроводность основных строительных материалов.
Таблица теплопроводности для кирпича
Как мы уже отмечали, кирпич не является самым "теплым" стеновым материалом. По тепловым характеристикам он отстает от дерева, пенобетона и керамзита. Однако при правильной теплоизоляции из него получаются уютные и теплые дома.
Однако не все кирпичи имеют одинаковый коэффициент теплопроводности (λ). Клинкер, например, имеет наибольшее значение 0,4-0,9 Вт/(м-К). Поэтому строительство с его использованием нецелесообразно. Чаще всего его используют в дорожных работах и для укладки полов в технических зданиях. Наименьшим коэффициентом при аналогичных характеристиках обладает так называемая термокерамика – всего 0,11 Вт/(м-К). Однако этот продукт также очень хрупкий, что сводит его использование к минимуму.
Силикатные кирпичи имеют неплохие показатели по прочности и теплотехническим характеристикам. Однако их необходимо дополнительно утеплять и, в зависимости от региона строительства, возможно, даже уплотнять. Ниже приведено сравнение показателей теплопроводности различных типов кирпича.
Калькулятор расчета толщины стены по теплопроводности
На практике такие данные часто используются не только профессиональными проектировщиками. Нет никаких правил, запрещающих проектировать свой собственный будущий дом. Главное, чтобы он соответствовал всем нормам и СНиП. Чтобы рассчитать теплопроводность стены, можно воспользоваться специальным калькулятором. Это "чудо прогресса" можно установить на компьютер в виде приложения или воспользоваться онлайн-сервисом.
Никакой магии в этом нет. Вы просто выбираете необходимые данные и получаете готовый результат.
Существуют и более сложные калькуляторы, которые учитывают все слои стены, пример такого расчетного "механизма" показан на рисунке ниже.
Конечно, теплотехнические характеристики будущего здания – это вопрос, требующий особого внимания. Ведь от этого зависит, насколько теплым будет дом и насколько экономичным будет его отопление. Существуют стандарты коэффициентов теплопроводности окружающих конструкций для каждого климатического региона. Вы можете рассчитать теплоемкость самостоятельно, но если у вас возникли проблемы, лучше обратиться за помощью к профессионалам.