Adhes.ru

Стройматериалы
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Коэффициент теплопроводности материалов

Коэффициент теплопроводности материалов

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.

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.

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.

Читайте так же:
Защита для облицовочного кирпича

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.

Коэффициент теплопроводности материалов.

Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.

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:

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

Основные определения

Явление теплопроводности состоит в переносе теплоты структурными частицами вещества — молекулами, атомами, электронами — в процессе их теплового движения. В жидкостях и твердых телах- диэлектриках — перенос теплоты осуществляется путем непосредственной передачи теплового движения молекул и атомов соседним частицам вещества. В газообразных телах распространение теплоты теплопроводностью происходит вследствие обмена энергией при соударении молекул, имеющих различную скорость теплового движения. В металлах теплопроводность осуществляется главным образом вследствие движения свободных электронов.

В основной зеком теплопроводности входит ряд математических понятий, оп­ределения которых, целесообразно напомнить и пояснить.

Температурное поле — это со­вокупности значений температуры во всех точках тела в данный момент време­ни. Математически оно описывается ввиде t = f(x, y, z, τ). Различают стационарное температурное поле, когда температура во всех точках тела не зависит от времени (не изменяется с течением времени), и нестационарное температурное поле. Кроме то­го, если температура изменяется только по одной или двум пространственным координатам, то температурное поле на­зывают соответственно одно- или двух — мерным.

Читайте так же:
Средства по уходу за кирпичами

Изотермическая поверхность – это геометрическое место точек, температура в которых одинакова.

Градиент температуры — grad t есть вектор, направленный по нор­мали к изотермической поверхности и численно равный производной от тем­пературы по этому направлению.

Согласно основному закону тепло­проводности — закону Фурье (1822 г.), вектор плотности теплового потока, передаваемого теплопроводностью, пропорционален градиенту температуры:

где λ — коэффициент теплопро­водности вещества; его единица измерения Вт/(м·К).

Знак минус в уравнении (3) ука­зывает на то, что вектор q направлен противоположно вектору grad t, т.е. в сторону наибольшего уменьшения температуры.

Тепловой поток δQ через произволь­но ориентированную элементарную пло­щадку dF равен скалярному произведе­нию вектора q на вектор элементарной площадки dF, а полный тепловой поток Q через всю поверхность F определяется интегрированием этого произведения по поверхности F:

Коэффициент теплопроводности λ в законе Фурье (3) характеризует спо­собность данного вещества проводить теплоту. Значения коэффициентов тепло­проводности приводятся в справочниках по теплофизическим свойствам веществ. Численно коэффициент теплопроводности λ = q/grad t равен плотности теплового потока q при градиенте температуры grad t = 1 К/м. Наиболь­шей теплопроводностью обладает легкий газ — водород. При комнатных условиях коэффициент теплопроводности водорода λ = 0,2 Вт/(м·К). У более тяжелых газов теплопроводность меньше — у воз­духа λ = 0,025 Вт/(м·К), у диоксида уг­лерода λ = 0,02 Вт/(м·К).

Наибольшим коэффициентом теплопроводности обладают чистые серебро и медь: λ = 400 Вт/(м·К). Для углеродистых сталей λ = 50 Вт/(м·К). У жидкостей коэффициент теплопроводности, как правило, меньше 1 Вт/(м·К). Вода является одним из лучших жидких проводников теплоты, для нее λ = 0,6 Вт/(м·К).

Коэффициент теплопроводности неметаллических твердых материалов обычно ниже 10 Вт/(м·К).

Пористые материалы – пробка, различные волокнистые наполнители типа органической ваты – обладают наименьшими коэффициентами теплопроводности λ

Требования к газобетонным блокам разной маркировки

Выбирая газобетонные блоки для строительства, нужно учитывать, какая именно стена будет из него возводиться. Существуют определенные требования к строительному материалу, используемому для наружных, внутренних, несущих и ненесущих стен.

Читайте так же:
Кирпич пустотелый технические условия

Для наружных и внутренних стен

Для наружных стен одноэтажных зданий используют газобетон маркировкой не ниже D500. Внутренние не несущие стены могут быть выложены газоблоками с маркировкой D300 и D400.

Также допустимо их использование для теплоизоляции строений, выполненных из другого материала.

Однако в связи с повышенной хрупкостью таких блоков, для возведения несущих стен они не подходят. Требования к теплопроводности газоблоков для разных типов стен:

  • D300 и D400 – используют в качестве материала для теплоизоляции наружных стен.
  • D500 – D900 – подходит для возведения наружных и несущих внутренних стен.
  • D1000 – D1200 – используют для возведения несущих стен в многоэтажных зданиях.

Требования, предъявляемые к газоблокам, зависят от того, какая именно постройка будет из него возведена. Если материал закупается для строительства гаража, неотапливаемого сарая, мастерской или дачи для временного пребывания, то качественная теплоизоляция им не нужна.

Необходимо обращать внимание только на прочность блоков. В этом случае наиболее подходящим считается материал с маркировкой D400 – D500. Он подходит для строительства в большинстве регионов РФ.

Для ненесущих перегородок

Ненесущие перегородки можно возвести из любого газобетона. Однако большинство строителей советуют сделать выбор в пользу блоков с маркировкой D300 и D400. Они имеют достаточную прочность, чтобы выдержать нагрузку, возлагаемую на ненесущие стены, и позволяют сохранять тепло внутри помещения.

Кроме того, стоит такой материал дешевле, чем его плотный аналог. Поэтому такая покупка будет более выгодной с экономической точки зрения и не отразится на качестве постройки. Все основные характеристики перегородочного газоблока и правила его выбора подробно описаны здесь.

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%.
Читайте так же:
Выразите плотность кирпича 1 8

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

Понятие теплопроводности

Теплопроводность – это такое физическое свойство материала, при которой тепловая энергия внутри тела переходит от самой горячей его части к более холодной. Значение показателя теплопроводности показывает степень потери тепла жилыми помещениями. Зависит от следующих факторов:

  • плотности предмета: возрастает с её увеличением;
  • структуры: к примеру, дерево с поперечными волокнами отличается большим термическим сопротивлением, чем с продольными;
  • пористости: чем выше значение, тем меньше средняя плотность;
  • характера пустот и пор: материалы с сообщающимися порами имеют большую теплопроводность, с закрытыми мелкозернистыми порами – меньшую;
  • влажности: сухие предметы менее теплопроводны;
  • температуры – теплообмен уменьшается с её увеличением;
  • давления – показатель увеличивается с ростом давления.
Читайте так же:
Очистка клинкерного кирпича от затирки

Количественно оценить свойство предметов пропускать тепловую энергию можно посредством коэффициента теплопроводности. Очень важно сделать грамотный выбор строительных материалов, утеплителя для достижения наибольшего сопротивления теплопередачи. Просчёты или неразумная экономия в будущем могут привести к ухудшению микроклимата в помещении, сырости в здании, мокрым стенам, душным комнатам. А главное – к большим расходам на отопление.

Для сравнения ниже представлена таблица теплопроводностей материалов и веществ.

Материалы и веществаалюминийстальсталь нержавеющаябетонвоздухводаДСПрубероидкартонрезинаполиэтиленстекло
Коэффициент теплопроводности2215817,51,50,020,60,150,170,180,040,30,7

Самые высокие значения имеют металлы, низкие – теплоизоляционные предметы.

Выводы

Дома из клееного бруса – теплые и комфортные. Они хорошо сохраняют тепло зимой и прохладу летом, требуют сравнительно небольших затрат на отопление и отличаются приятным микроклиматом. Но чтобы построенный дом был максимально уютным и защищенным от существенных тепловых потерь, нужно еще на этапе его проектирования использовать комплексный подход к обеспечению его энергоэффективности. Дома для постоянного проживания обычно строятся из клееного бруса с сечением 200х280 или 212х192 мм, а в наиболее холодных регионах применяется брус с сечением 240х192 или 240х280 мм.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector