Какво е. Топлопроводимост и коефициент на топлопроводимост

През последните години, когато се строи къща или се ремонтира, се обръща голямо внимание на енергийната ефективност. При вече съществуващите цени на горивата това е много важно. И изглежда, че допълнителните спестявания ще стават все по-важни. За да изберете правилно състава и дебелината на материалите в пая от ограждащи конструкции (стени, подове, тавани, покриви), е необходимо да знаете топлопроводимостта на строителните материали. Тази характеристика е посочена на опаковката с материали и е необходима на етапа на проектиране. В крайна сметка е необходимо да се реши от какъв материал да се изградят стени, как да се изолират, колко дебел трябва да бъде всеки слой.

Какво е топлопроводимост и термично съпротивление

При избора на строителни материали за строителството е необходимо да се обърне внимание на характеристиките на материалите. Една от ключовите позиции е топлопроводимостта. Показва се чрез коефициента на топлопроводимост. Това е количеството топлина, което даден материал може да проведе за единица време. Тоест, колкото по-малък е този коефициент, толкова по-зле материалът провежда топлина. Обратно, колкото по-голямо е числото, толкова по-добре се отвежда топлината.

Материали с ниска топлопроводимост се използват за изолация, с висока - за пренос или отвеждане на топлина. Например, радиаторите са изработени от алуминий, мед или стомана, тъй като те пренасят топлината добре, тоест имат висока топлопроводимост. За изолация се използват материали с нисък коефициент на топлопроводимост - те задържат топлината по-добре. Ако даден обект се състои от няколко слоя материал, неговата топлопроводимост се определя като сбор от коефициентите на всички материали. При изчисленията се изчислява топлопроводимостта на всеки от компонентите на "пая", намерените стойности се обобщават. Като цяло получаваме топлоизолационната способност на обвивката на сградата (стени, под, таван).

Има и такова нещо като термично съпротивление. Той отразява способността на материала да предотвратява преминаването на топлина през него. Тоест това е реципрочната стойност на топлопроводимостта. И ако видите материал с висока термична устойчивост, той може да се използва за топлоизолация. Пример за топлоизолационни материали може да бъде популярната минерална или базалтова вата, полистирол и др. Необходими са материали с ниско термично съпротивление за отстраняване или пренос на топлина. Например, алуминиеви или стоманени радиатори се използват за отопление, тъй като те отдават топлина добре.

Таблица на топлопроводимостта на топлоизолационните материали

За да се улесни къщата да се затопли през зимата и да се охлади през лятото, топлопроводимостта на стените, подовете и покривите трябва да бъде поне определена цифра, която се изчислява за всеки регион. Съставът на "пая" от стени, под и таван, дебелината на материалите се вземат по такъв начин, че общата цифра да не е по-малка (или по-добре - поне малко повече), препоръчана за вашия регион.

При избора на материали трябва да се има предвид, че някои от тях (не всички) провеждат топлина много по-добре при условия на висока влажност. Ако по време на работа е вероятно такава ситуация да възникне за дълго време, топлопроводимостта за това състояние се използва при изчисленията. Коефициентите на топлопроводимост на основните материали, използвани за изолация, са показани в таблицата.

Част от информацията е взета от стандартите, които предписват характеристиките на определени материали (SNiP 23-02-2003, SP 50.13330.2012, SNiP II-3-79 * (Приложение 2)). Тези материали, които не са посочени в стандартите, се намират на уебсайтовете на производителите. Тъй като няма стандарти, те могат да се различават значително от производителя до производителя, така че когато купувате, обърнете внимание на характеристиките на всеки материал, който купувате.

Таблица на топлопроводимостта на строителните материали

Стени, тавани, подове могат да бъдат направени от различни материали, но се случи така, че топлопроводимостта на строителните материали обикновено се сравнява с тухлена зидария. Всеки знае този материал, по-лесно е да прави асоциации с него. Най-популярните класации, които ясно демонстрират разликата между различните материали. Една такава снимка е в предишния параграф, втората - сравнение на тухлена стена и стена от трупи - е дадена по-долу. Ето защо топлоизолационните материали се избират за стени от тухли и други материали с висока топлопроводимост. За по-лесен избор топлопроводимостта на основните строителни материали е представена в таблица.

Дървесината е един от строителните материали с относително ниска топлопроводимост. Таблицата предоставя ориентировъчни данни за различните породи. Когато купувате, не забравяйте да погледнете плътността и коефициента на топлопроводимост. Не всички от тях са същите, както е предписано в нормативните документи.

Металите провеждат топлина много добре. Те често са мостът на студа в дизайна. И това също трябва да се вземе предвид, за да се изключи директен контакт с помощта на топлоизолационни слоеве и уплътнения, които се наричат ​​термични прекъсвания. Топлопроводимостта на металите е обобщена в друга таблица.

Как да изчислим дебелината на стената

За да бъде къщата топла през зимата и прохладна през лятото, е необходимо обвивката на сградата (стени, под, таван/покрив) да има определено термично съпротивление. Тази стойност е различна за всеки регион. Зависи от средната температура и влажност в определен район.

Термично съпротивление на обшивката
структури за руските региони

За да не бъдат сметките за отопление твърде големи, е необходимо да се подберат строителните материали и тяхната дебелина така, че общото им термично съпротивление да не е по-малко от посоченото в таблицата.

Изчисляване на дебелина на стената, дебелина на изолацията, завършващи слоеве

Съвременното строителство се характеризира със ситуация, при която стената има няколко слоя. В допълнение към носещата конструкция има изолация, довършителни материали. Всеки слой има своя собствена дебелина. Как да определите дебелината на изолацията? Изчислението е лесно. Въз основа на формулата:

R е термично съпротивление;

p е дебелината на слоя в метри;

k е коефициентът на топлопроводимост.

Първо трябва да вземете решение за материалите, които ще използвате в строителството. Освен това трябва да знаете точно какъв ще бъде материалът за стените, изолацията, покритието и т.н. В крайна сметка всеки от тях допринася за топлоизолацията, а топлопроводимостта на строителните материали се взема предвид при изчислението.

Първо се разглежда термичното съпротивление на конструктивния материал (от който ще бъде изградена стената, тавана и т.н.), след което се избира дебелината на избраната изолация на принципа на "остатъчния" материал. Можете също така да вземете предвид топлоизолационните характеристики на довършителните материали, но обикновено те отиват "плюс" към основните. Така че се поставя известен резерв "за всеки случай". Този резерв ви позволява да спестите от отопление, което впоследствие има положителен ефект върху бюджета.

Пример за изчисляване на дебелината на изолацията

Да вземем пример. Ще строим тухлена стена - тухла и половина, ще изолираме с минерална вата. Според таблицата термичното съпротивление на стените за района трябва да бъде най-малко 3,5. Изчислението за тази ситуация е дадено по-долу.

Ако бюджетът е ограничен, можете да вземете 10 см минерална вата, а липсващите ще бъдат покрити с довършителни материали. Те ще бъдат вътре и вън. Но ако искате сметките за отопление да са минимални, по-добре е да започнете финала с „плюс“ към изчислената стойност. Това е вашият резерв за времето на най-ниските температури, тъй като нормите на топлинна устойчивост за ограждащи конструкции се изчисляват според средната температура за няколко години, а зимите са необичайно студени. Тъй като топлопроводимостта на строителните материали, използвани за декорация, просто не се взема предвид.

И така, какво е топлопроводимост? От гледна точка на физиката топлопроводимост- това е молекулярен пренос на топлина между директно контактуващи тела или частици от едно и също тяло с различни температури, при които се извършва енергиен обмен на движение на структурни частици (молекули, атоми, свободни електрони).

По-лесно е да се каже топлопроводимосте способността на материала да провежда топлина. Ако има температурна разлика вътре в тялото, тогава топлинната енергия преминава от по-горещата му част към по-студената. Преносът на топлина възниква поради преноса на енергия по време на сблъсъка на молекулите на веществото. Това се случва, докато температурата вътре в тялото стане същата. Такъв процес може да се случи в твърди, течни и газообразни вещества.

В практиката например при строителството с топлоизолация на сгради се разглежда още един аспект на топлопроводимостта, свързан с преноса на топлинна енергия. Да вземем за пример „абстрактната къща“. В „абстрактната къща“ има нагревател, който поддържа постоянна температура вътре в къщата, да речем, 25 ° C. Навън температурата също е постоянна, например 0 °C. Съвсем ясно е, че ако изключите нагревателя, след известно време къщата също ще бъде 0 ° C. Цялата топлина (топлинна енергия) през стените ще излезе навън.

За да поддържате температурата в къщата на 25 ° C, нагревателят трябва да е постоянно включен. Нагревателят постоянно създава топлина, която постоянно излиза през стените на улицата.

Коефициент на топлопроводимост.

Количеството топлина, което преминава през стените (и научно - интензивността на топлообмена поради топлопроводимостта) зависи от температурната разлика (в къщата и на улицата), от площта на стените и топлопроводимостта на материала, от който са направени тези стени.

За количествено определяне на топлопроводимостта има коефициент на топлопроводимост на материалите. Този коефициент отразява свойството на веществото да провежда топлинна енергия. Колкото по-висока е стойността на топлопроводимостта на даден материал, толкова по-добре той провежда топлина. Ако ще изолираме къщата, тогава трябва да изберем материали с малка стойност на този коефициент. Колкото по-малък е, толкова по-добре. Сега като материали за изолация на сгради най-широко се използват нагреватели от и различни. Нов материал с подобрени топлоизолационни качества набира популярност -.

Коефициентът на топлопроводимост на материалите се обозначава с буквата ? (малка гръцка буква ламбда) и се изразява във W/(m2*K). Това означава, че ако вземете тухлена стена с топлопроводимост от 0,67 W / (m2 * K), дебелина 1 метър и площ от 1 m2, тогава при температурна разлика от 1 градус, 0,67 вата топлинна енергия ще премине през стена енергия. Ако температурната разлика е 10 градуса, тогава ще преминат 6,7 вата. И ако при такава температурна разлика стената е направена 10 см, тогава топлинните загуби вече ще бъдат 67 вата. За повече информация относно метода за изчисляване на топлинните загуби на сгради вижте

Трябва да се отбележи, че стойностите на коефициента на топлопроводимост на материалите са посочени за дебелина на материала от 1 метър. За да се определи топлопроводимостта на даден материал за всяка друга дебелина, коефициентът на топлопроводимост трябва да се раздели на желаната дебелина, изразена в метри.

В строителните норми и изчисления често се използва понятието „термична устойчивост на материала“. Това е реципрочната стойност на топлопроводимостта. Ако, например, топлопроводимостта на пяна с дебелина 10 cm е 0,37 W / (m2 * K), тогава нейното термично съпротивление ще бъде 1 / 0,37 W / (m2 * K) \u003d 2,7 (m2 * K) / вт.

Таблицата по-долу показва стойностите на коефициента на топлопроводимост за някои материали, използвани в строителството.

Топлопроводимост- способността на материала да пренася топлина от една своя част към друга поради топлинното движение на молекулите. Преносът на топлина в материала се осъществява чрез проводимост (чрез контакт на материални частици), конвекция (движение на въздух или друг газ в порите на материала) и излъчване.

Топлопроводимостзависи от средната плътност на материала, неговата структура, порьозност, влажност и средна температура на слоя материал. С увеличаване на средната плътност на материала топлопроводимостта се увеличава. Колкото по-висока е порьозността, т.е. колкото по-ниска е средната плътност на материала, толкова по-ниска е топлопроводимостта. С увеличаване на съдържанието на влага в материала топлопроводимостта рязко се увеличава, докато топлоизолационните му свойства намаляват. Следователно всички топлоизолационни материали в топлоизолационната конструкция са защитени от влага с покривен слой - пароизолация.

Сравнителни данни за строителни материали със същата топлопроводимост

Коефициент на топлопроводимост на материалите

Процесът на пренос на енергия от по-гореща част на тялото към по-малко нагрята се нарича топлопроводимост. Числената стойност на такъв процес отразява топлопроводимостта на материала. Тази концепция е много важна при строителството и ремонта на сгради. Правилно подбраните материали ви позволяват да създадете благоприятен микроклимат в помещението и да спестите значителна сума за отопление.

Концепцията за топлопроводимост

Топлинната проводимост е процесът на обмен на топлинна енергия, който възниква поради сблъсъка на най-малките частици на тялото. Освен това този процес няма да спре, докато не настъпи моментът на температурно равновесие. Това отнема известно време. Колкото повече време се отделя за топлообмен, толкова по-ниска е топлопроводимостта.

Този показател се изразява като коефициент на топлопроводимост на материалите. Таблицата съдържа вече измерени стойности за повечето материали. Изчислението се извършва според количеството топлинна енергия, преминала през дадена повърхност на материала. Колкото по-голяма е изчислената стойност, толкова по-бързо обектът ще отдаде цялата си топлина.

Фактори, влияещи върху топлопроводимостта

Топлопроводимостта на материала зависи от няколко фактора:

• С увеличаване на този показател взаимодействието на материалните частици става по-силно. Съответно те ще прехвърлят температурата по-бързо. Това означава, че с увеличаване на плътността на материала се подобрява преносът на топлина.

• Порьозността на веществото. Порестите материали са разнородни по своята структура. Вътре в тях има много въздух. А това означава, че ще бъде трудно за молекулите и другите частици да преместват топлинна енергия. Съответно коефициентът на топлопроводимост се увеличава.

• Влажността също оказва влияние върху топлопроводимостта. Мокрите повърхности на материала позволяват преминаването на повече топлина. Някои таблици дори показват изчислената топлопроводимост на материала в три състояния: сухо, средно (нормално) и мокро.

При избора на материал за изолация на помещението е важно да се вземат предвид и условията, в които ще се използва.

Концепцията за топлопроводимост на практика

Топлопроводимостта се взема предвид на етапа на проектиране на сградата. Това отчита способността на материалите да задържат топлината. Благодарение на правилния им подбор, обитателите на помещенията винаги ще бъдат удобни. По време на работа парите за отопление ще бъдат значително спестени.

Изолацията на етапа на проектиране е оптимално, но не и единственото решение. Не е трудно да се изолира вече завършена сграда чрез извършване на вътрешни или външни работи. Дебелината на изолационния слой ще зависи от избраните материали. Някои от тях (например дърво, пенобетон) в някои случаи могат да се използват без допълнителен слой топлоизолация. Основното е, че дебелината им надвишава 50 сантиметра.

Особено внимание трябва да се обърне на изолацията на покрива, отворите за прозорци и врати и пода. По-голямата част от топлината излиза през тези елементи. Визуално това може да се види на снимката в началото на статията.

Конструктивни материали и техните показатели

За изграждането на сгради се използват материали с нисък коефициент на топлопроводимост. Най-популярните са:

• Стоманобетон, чиято стойност на топлопроводимост е 1,68 W / m * K. Плътността на материала достига 2400-2500 kg/m 3 .

• Дървото се използва като строителен материал от древни времена. Неговата плътност и топлопроводимост, в зависимост от скалата, са съответно 150-2100 kg / m 3 и 0,2-0,23 W / m * K.

Друг популярен строителен материал е тухла. В зависимост от състава има следните показатели:

• кирпич (направен от глина): 0,1-0,4 W / m * K;

• керамика (изработена чрез изпичане): 0,35-0,81 W / m * K;

• силикат (от пясък с добавка на вар): 0,82-0,88 W / m * K.

Бетонови материали с добавка на порести добавъчни материали

Коефициентът на топлопроводимост на материала ви позволява да използвате последния за изграждане на гаражи, навеси, вили, бани и други конструкции. Тази група включва:

• Разширен глинен бетон, чиято производителност зависи от вида му. Плътните блокове нямат празнини и дупки. С кухини вътре, те са направени, които са по-малко издръжливи от първия вариант. Във втория случай топлопроводимостта ще бъде по-ниска. Ако вземем предвид общите цифри, тогава това е 500-1800 kg / m3. Индикаторът му е в диапазона 0,14-0,65 W / m * K.

• Газобетон, вътре в който се образуват пори с размер 1-3 mm. Тази структура определя плътността на материала (300-800kg/m3). Поради това коефициентът достига 0,1-0,3 W / m * K.

Показатели на топлоизолационни материали

Коефициентът на топлопроводимост на топлоизолационните материали, най-популярният в наше време:

• експандиран полистирол, чиято плътност е същата като тази на предишния материал. Но в същото време коефициентът на топлопреминаване е на ниво 0,029-0,036 W / m * K;

• стъклена вата. Характеризира се с коефициент, равен на 0,038-0,045 W / m * K;

• с показател 0,035-0,042 W / m * K.

Таблица с показатели

За удобство коефициентът на топлопроводимост на материала обикновено се въвежда в таблицата. В допълнение към самия коефициент в него могат да бъдат отразени такива показатели като степента на влажност, плътност и други. Материалите с висок коефициент на топлопроводимост са комбинирани в таблицата с показатели за ниска топлопроводимост. Пример за тази таблица е показан по-долу:

Използването на коефициента на топлопроводимост на материала ще ви позволи да изградите желаната сграда. Основното нещо: да изберете продукт, който отговаря на всички необходими изисквания. Тогава сградата ще бъде удобна за живеене; ще поддържа благоприятен микроклимат.

Правилно избраният ще намали, поради което вече няма да е необходимо да „отоплявате улицата“. Благодарение на това финансовите разходи за отопление ще бъдат значително намалени. Такива спестявания скоро ще върнат всички пари, които ще бъдат изразходвани за закупуване на топлоизолатор.

Един от най-важните показатели за строителните материали, особено в руския климат, е тяхната топлопроводимост, която обикновено се определя като способността на тялото да обменя топлина (т.е. разпределението на топлината от по-гореща среда към по-студена).

В този случай по-студената среда е улицата, а по-горещата е вътрешното пространство (през лятото често е обратното). Сравнителните характеристики са дадени в таблицата:

Коефициентът се изчислява като количеството топлина, което ще премине през материал с дебелина 1 метър за 1 час при температурна разлика от 1 градус по Целзий вътре и вън. Съответно, мерната единица за строителни материали е W / (m * ° C) - 1 Watt, разделена на произведението на метър и градус.

В таблицата е представено сравнение на топлопроводимостта на строителните материали, както и тяхната плътност и паропропускливост.

Най-ефективните материали, използвани в строителството на къщи, са подчертани с удебелен шрифт.

По-долу има визуална диаграма, от която лесно можете да видите колко дебела трябва да бъде стената от различни материали, за да задържи същото количество топлина.

Очевидно по този показател предимството е на изкуствените материали (например пенополистирол).

Приблизително същата картина може да се види, ако направим диаграма на строителни материали, които най-често се използват в работата.

В този случай условията на околната среда са от голямо значение. По-долу е дадена таблица на топлопроводимостта на строителните материали, които се експлоатират:

• при нормални условия (А);
• в условия на висока влажност (B);
• в сух климат.

Данните са взети въз основа на съответните строителни норми и разпоредби (SNiP II-3-79), както и от отворени интернет източници (уеб страници на производители на съответните материали). Ако няма данни за конкретни условия на работа, полето в таблицата не се попълва.

Колкото по-висок е индикаторът, толкова повече топлина преминава, ceteris paribus. Така че, за някои видове пенополистирол този показател е 0,031, а за полиуретанова пяна - 0,041. От друга страна, бетонът е с порядък по-висок коефициент - 1,51, следователно той пропуска топлина много по-добре от изкуствените материали.

Сравнителните топлинни загуби през различните повърхности на къщата могат да се видят на диаграмата (100% - общи загуби).

Очевидно по-голямата част от него напуска стените, така че завършването на тази част от стаята е най-важната задача, особено в северния климат.

Видео за справка

Използването на материали с ниска топлопроводимост при изолацията на къщи

Основно днес се използват изкуствени материали - пенополистирол, минерална вата, пенополиуретан, пенополистирол и др. Те са много ефективни, достъпни и сравнително лесни за инсталиране, без да изискват специални умения.

• по време на изграждането на стени (дебелината им е по-малка, тъй като основното натоварване за спестяване на топлина се поема от топлоизолационни материали);
• при обслужване на къщата (по-малко ресурси се изразходват за отопление).

стиропор

Това е един от лидерите в своята категория, който намира широко приложение при изолация на стени както отвън, така и отвътре. Коефициентът е приблизително 0,052-0,055 W / (o C * m).

Как да изберем качествена изолация

Когато избирате конкретна проба, е важно да обърнете внимание на маркировката - тя съдържа цялата основна информация, която засяга свойствата.

Например PSB-S-15 означава следното:

Минерална вата

Друга доста често срещана изолация, която се използва както за вътрешна, така и за външна декорация, е минералната вата.

Материалът е доста издръжлив, евтин и лесен за инсталиране. В същото време, за разлика от полистирола, той абсорбира добре влагата, поради което при използването му трябва да се използват и хидроизолационни материали, което увеличава разходите за монтажни работи.