Кроме того, теплопроводность можно определить как количественную меру способности тела передавать тепловую энергию. При сравнении тепловых и электрических сетей это понятие аналогично электропроводности.
Коэффициент теплопроводности материалов
В последние годы при строительстве или реконструкции домов большое внимание уделяется энергоэффективности. Учитывая уже сложившиеся цены на топливо, это очень важно. И похоже, что дальнейшая экономия становится все более важной. Для того чтобы правильно подобрать состав и толщину материалов для ограждающих конструкций здания (стен, полов, потолков, крыш), необходимо знать теплопроводность строительных материалов. Это свойство указывается на упаковке материалов и должно быть известно на этапе проектирования. Также необходимо решить, из какого материала строить стены, какой утеплитель использовать и какой толщины должен быть каждый слой.
- 1 Что такое теплопроводность и термическое сопротивление
- 2 Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов
- 3 Таблица теплопроводности строительных материалов
- 4 Как рассчитать толщину стен
- 4.1 Расчет толщины стены, толщины утеплителя, отделочных слоев
- 4.2 Пример расчета толщины утеплителя
Что такое теплопроводность и термическое сопротивление
При выборе строительных материалов для строительства важно обращать внимание на их свойства. Одним из наиболее важных свойств является теплопроводность. Он обозначается 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 число, тем лучше отводится тепло.
Материалы с низкой теплопроводностью используются для изоляции, а материалы с высокой теплопроводностью — для передачи или рассеивания тепла. Радиаторы, например, изготавливаются из алюминия, меди или стали, поскольку они хорошо проводят тепло, т.е. имеют высокий коэффициент теплопроводности. Материалы с низким коэффициентом теплопроводности используются для изоляции, поскольку они лучше сохраняют тепло. Если объект состоит из нескольких слоев материала, его теплопроводность определяется как сумма коэффициентов всех материалов. При расчете вычисляется теплопроводность каждого компонента «пирога» и полученные значения складываются вместе. Получается общая теплоизоляционная способность корпуса (стены, пол, крыша).
Существует также термин термическое сопротивление. Он указывает на способность материала препятствовать прохождению тепла через него. Другими словами, она противоположна теплопроводности. И если вы видите материал с высоким термическим сопротивлением, вы можете использовать его для теплоизоляции. Примерами изоляционных материалов являются популярные минеральная вата, базальтовая вата, пенополистирол и т.д. Для распространения тепла или теплопередачи требуются материалы с низким термическим сопротивлением. Радиаторы из алюминия или стали, например, используются для отопления, поскольку они хорошо проводят тепло.
Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов
Чтобы в доме было тепло зимой и прохладно летом, теплопроводность стен, пола и потолка должна иметь как минимум определенное значение, которое рассчитывается для каждого участка. Состав «пирога» стен, пола и потолка, толщина материалов берутся с учетом того, чтобы общее количество было не меньше (а лучше — хотя бы чуть больше) рекомендованного для вашей местности.
При выборе материалов следует учитывать, что некоторые из них (не все) лучше проводят тепло при высокой влажности. Если такая ситуация может возникнуть в течение длительного периода времени, в расчеты включается теплопроводность для этой ситуации. Коэффициенты теплопроводности основных используемых теплоизоляционных материалов приведены в таблице ниже.
Тип материала Значения теплопроводности в Вт/(м-°C) 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 Каменная вата 40-60 кг/м3 0,035 0,041 0,044 Каменная вата 80-125 кг/м3 0,036 0,042 0,045 Каменная вата 140-175 кг/м3 0,037 0,043 0,0456 Каменная 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 Пенопласт (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, легкий бетон на цементном растворе, 600 кг/м3 0,14 0,22 0,26 Пенобетон, легкий бетон на цементном растворе, 400 кг/м3 0,11 0,14 0,15 Пенобетон, легкий бетон на известковом растворе, 600 кг/м3 0,15 0,28 0,34 Пенобетон, легкий бетон на известковом растворе, 400 кг/м3 0,13 0,22 0,28 Пеностекло, дробленое, 100 — 150 кг/м3 0,043-0,06 Пеностекло, дробленое, 151 — 200 кг/м3 0,06-0,063 Пеностекло, дробленое, 201 — 250 кг/м3 0,066-0,073 Пеностекло, дробленое, 251 — 400 кг/м3 0,085-0,1 Пеноблоки 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 Эковата 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 Пенополиэтилен со сшивкой 0,031-0,038 Вакуум Воздух +27°C. 1 атм 0,026 Ксенон 0,0057 Аргон 0,0177 Аэрогели (аэрогели из осины) 0,014-0,021 Шлаковая вата 0,05 Вермикулит 0,064-0,074 Вспененная резина 0,033 Пробковые плиты 220 кг/м3 0,035 Пробковые плиты 260 кг/м3 0,05 Базальтовый мат, холст 0,03-0,04 Конопля 0,05 Перлит, 200 кг/м3 0,05 Перлит, вспученный, 100 кг/м3 0,06 Изоляционные плиты из льна, 250 кг/м3 0,054 Полистиролбетон, 150-500 кг/м3 0,052-0,145 Гранулированная пробка, 45 кг/м3 0,038 Минеральная пробка на основе битумной пробки, 270-350 кг/м3 0,076-0,096 Пробковый пол, 540 кг/м3 0,078 Техническая пробка, 50 кг/м3 0,037 Содержание
В установившемся состоянии плотность теплового потока пропорциональна градиенту температуры:
(T),» width=»» height=»» />
где вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей через единицу площади перпендикулярно каждой оси в единицу времени, — коэффициент теплопроводности (иногда называемый просто теплопроводностью) и закон Фурье для теплопроводности. 1
В интегральной форме это выражение будет выглядеть следующим образом (при постоянном тепловом потоке от одной стороны параллелепипеда к другой):
,» width=»» height=»» />
Где — площадь поперечного сечения параллелепипеда, длина параллелепипеда, т.е. расстояние между поверхностями.
Коэффициент теплопередачи измеряется в Вт/(м-К).
Коэффициент теплопроводности вакуума
Коэффициент теплопередачи вакуума близок к нулю (чем глубже вакуум, тем ближе к нулю). Это связано с низкой концентрацией частиц, способных передавать тепло в вакууме. Однако в вакууме тепло передается путем излучения. Чтобы уменьшить потери тепла, стенки колбы термоса, например, делают двойными, серебристыми (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.
Связь с электропроводностью
Соотношение коэффициентов теплопроводности в металлах определяется законом Видемана-Франца:
=\frac<\pi^2>\left(\frac\right)^2T,» width=»» height=»» />
где — заряд электрона.
Коэффициент теплопроводности газов
Коэффициент теплопередачи для газов определяется по формуле 2
d^>\sqrt>» width=»» height=»» />
Где i — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5, для одноатомного i=3), k — постоянная Больцмана, M — молекулярная масса, T — абсолютная температура, d — эффективный диаметр молекул, R — глобальная газовая постоянная. Из формулы следует, что тяжелые одноатомные (инертные) газы имеют самую низкую теплопроводность, а легкие многоатомные газы — самую высокую (как подтверждает практика, самая высокая теплопроводность из всех газов — у водорода, самая низкая — у радона и нерадиоактивных газов — у ксенона).
Обобщения закона Фурье
Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, т.е. в данной модели изменение температуры в определенной точке сразу же сказывается на всем теле. Закон Фурье не применим к высокочастотным процессам (и, следовательно, не применим к процессам, разложение Фурье которых имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т.д. Инерция была впервые введена в уравнения переноса Максвеллом3, а в 1948 году Каттанео предложил вариант закона Фурье с членом релаксации: 4
<\partial t>=-\left(\mathbf+\varkappa\,\nabla T\right).» width=»» height=»» />
Если время релаксации
Коэффициенты теплопроводности различных веществ
Материал Теплопроводность, Вт/(м-К) График (4840±440) — (5300±480) Алмаз 1001-2600 Графит 278,4-2435 карбид кремния 490 Серебро 430 Медь 382-390 Оксид бериллия 370 Золото 320 Алюминий 202-236 Нитрид алюминия 200 Нитрид бора 180 Кремний 150 Латунь 97-111 Хром 93,7 Железо 92 Платина 70 Олово 67 Оксид цинка 54 Сталь 47 Кварц 8 Стекло 1-1,15 КПТ-8 0,7 Водав нормальных условиях 0,6 Строительный кирпич 0,2-0,7 Силиконовое масло 0,16 Вспененный бетон 0,14-0,3 Дерево 0,15 Нефтяные масла 0,12 Свежий снег 0,10-0,15 Хлопковая шерсть 0,055 Воздух (300 К, 100 кПа) 0,026 Пустота (абсолютная) 0 (строгий) Материал Теплопроводность, Вт/(м-К) Кальций 201 Бериллий 201 Вольфрам 173 Магний 156 Родий 150 Иридиум 147 Молибден 138 Рутений 117 Хром 93,9 Осмий 87,6 Титан 21,9 Тефлон 0,25 Бумага 0,14 Полистирол 0,082 Шерсть 0,05 Минеральная вата 0,045 Пенополистирол 0,04 Стекловата 0,036 Пробковое дерево 0,035 Пенопластовая изоляция 0,035 Вспененная резина 0,03 Аргон 0,0177 Воздушный гель 0,017 Ксенон 0,0057 На практике необходимо также учитывать теплопроводность за счет конвекции молекул и проникновение излучения. Например, если вакуум полностью теплоизолирован, тепло может передаваться излучением (пример: солнце, инфракрасные излучатели). Причем газ или жидкость могут обмениваться нагретыми или охлажденными слоями самостоятельно или искусственно (пример — фен, тепловентилятор). Кроме того, фононы в конденсированных средах могут «перепрыгивать» из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, способствуя распространению звуковых волн и тепла, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.
От чего зависит величина теплопроводности?
Теплопроводность строительных материалов зависит от многих факторов. Таблица коэффициентов в нашем обзоре ясно показывает это.
На этот рисунок влияют 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.
Использование значений теплопроводности на практике
Материалы, используемые в строительстве, могут быть конструкционными и изоляционными.
Строительные материалы, используемые для возведения потолков, стен и крыш, имеют самое высокое значение теплопроводности. Если вы не используете сырье с теплоизоляционными свойствами, то для сбережения тепла вам потребуется толстый изоляционный слой для стен.
Поэтому при строительстве здания стоит использовать дополнительные материалы. Теплопроводность строительных материалов имеет большое значение, в таблице приведены все значения.
Полезная информация! Здания из дерева и пенобетона не нуждаются в дополнительной изоляции. Даже при использовании материала с низкой проводимостью толщина конструкции не должна быть меньше 50 см.
Особенности теплопроводности готового строения
При планировании будущего дома всегда следует учитывать возможные потери тепла. Большая часть тепла уходит через двери, окна, стены, потолки и полы.
Если вы не учитываете потери тепла в вашем доме, ваш дом будет холодным. Рекомендуется дополнительная изоляция кирпичных, бетонных и каменных зданий.
Полезный совет! Прежде чем утеплять свой дом, подумайте, правильно ли вы утепляете свой дом. В этом случае даже высокая влажность не повлияет на теплоизоляционные свойства помещения.
Разновидности утепления конструкций
Теплое здание достигается за счет оптимального сочетания конструкции из прочных материалов и хорошего теплоизоляционного слоя. Такие конструкции могут включать следующее:
- при возведении каркасной постройки, используемая древесина обеспечивает жесткость здания. Утеплитель прокладывается между стойками. В некоторых случаях применяется утепление снаружи здания;
- здание из стандартных материалов: шлакоблоков или кирпича. При этом утепление часто проводится по наружной стороне.
Коэффициент теплопроводности материалов
Теплопроводность.
Что же такое теплопроводность? С физической точки зрения теплопроводность — это молекулярный перенос тепла между телами, находящимися в непосредственном контакте, или частицами одного и того же тела при различных температурах, при котором происходит обмен кинетической энергией структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).
Проще говоря, теплопроводность — это способность материала передавать тепло. При разнице температур в организме тепловая энергия передается от более горячей части тела к более холодной. Теплопередача происходит за счет переноса энергии при столкновении молекул материала. Это происходит до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой. Этот процесс может происходить в твердых телах, жидкостях и газах.
Другой аспект теплопроводности, касающийся передачи тепловой энергии, на практике применяется в строительстве, например, при теплоизоляции зданий. Возьмем пример «абстрактного дома». Абстрактный дом» содержит систему отопления, которая поддерживает постоянную температуру внутри дома, например, 25 °C. Снаружи также существует постоянная температура, например, 0 °C. Понятно, что если отключить отопление, то через некоторое время в доме также будет 0 °C. Все тепло (тепловая энергия) отдается наружу через стены.
Отопление должно работать постоянно, чтобы поддерживать температуру в доме на уровне 25°C. При отоплении постоянно выделяется тепло, которое постоянно уходит наружу через стены.
Коэффициент теплопроводности.
Количество тепла, проходящего через стены (в научных терминах: скорость передачи тепла из-за теплопроводности), зависит от разницы температур (внутри и снаружи), площади поверхности стен и теплопроводности материала, из которого сделаны стены.
Следует отметить, что значения коэффициента теплопроводности материалов приведены для толщины материала в 1 метр. Чтобы определить теплопроводность материала для другой толщины, необходимо коэффициент теплопроводности разделить на требуемую толщину в метрах.
Термин «теплопроводность материала» часто используется в строительных нормах и расчетах. Это обратная величина теплопроводности. Например, если теплопроводность пенопласта толщиной 10 см составляет 0,37 Вт/(м2*К), тепловое сопротивление равно 1 / 0,37 Вт/(м2*К) = 2,7 (м2*К)/Вт.
Коэффициент теплопроводности материалов.
В таблице ниже приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов, используемых в строительстве.
Коэффициент теплопроводности материалов
Что такое теплопроводность и термическое сопротивление
При выборе строительных материалов для строительства важно обращать внимание на их свойства. Одним из наиболее важных свойств является теплопроводность. Он обозначается 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 число, тем лучше отводится тепло.
Диаграмма иллюстрирует различия в теплопроводности материалов
Теплопроводность строительного материала указывает на количество тепла, пропускаемого им в единицу времени.
Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов
Чтобы в доме было тепло зимой и прохладно летом, теплопроводность стен, пола и потолка должна иметь как минимум определенное значение, которое рассчитывается для каждого участка. Состав «пирога» стен, пола и потолка, толщина материалов берутся с учетом того, чтобы общее количество было не меньше (а лучше — хотя бы чуть больше) рекомендованного для вашей местности.
Коэффициент теплопроводности современных строительных материалов для ограждающих конструкций.
При выборе материалов следует учитывать, что некоторые из них (не все) лучше проводят тепло при высокой влажности. Если такая ситуация может возникнуть в течение длительного периода времени, в расчеты включается теплопроводность для этой ситуации. Коэффициенты теплопроводности основных используемых теплоизоляционных материалов приведены в таблице ниже.
Часть информации взята из нормативных документов, определяющих свойства определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП 50.13330.2012, СНиП II-3-79* (Приложение 2)). Материалы, не предусмотренные стандартами, можно найти на сайтах производителей. Поскольку стандартов не существует, они могут значительно отличаться у разных производителей. Поэтому при покупке обращайте внимание на свойства материала, о котором идет речь.
Таблица теплопроводности строительных материалов
Можно сравнивать широкий спектр материалов
Дерево — это строительный материал с относительно низкой теплопроводностью. В таблице ниже приведены приблизительные значения для различных пород древесины. При покупке всегда обращайте внимание на плотность и коэффициент теплопроводности. Не все они указаны в законодательстве.
Металлы очень хорошо проводят тепло. Они часто образуют мостик холода в конструкции. Это необходимо учитывать и исключить прямой контакт, используя теплоизолирующие прослойки и прокладки, называемые терморазрывами. Теплопроводность металлов показана в другой таблице.
Имя Теплопроводность Имя Теплопроводность Медь 22-105 Алюминий 202-236 Медь 282-390 Латунь 97-111 Серебро 429 Железо 92 Олово 67 Сталь 47 Золото 318 Теплопроводность строительных материалов, их плотность и теплоемкость
Подробная таблица содержит теплопроводность строительных материалов, а также плотность и удельную теплоемкость материалов в сухом состоянии при атмосферном давлении и температуре 20…50°C (если не указана другая температура). Значения приведены для более чем 400 материалов! Необходимо учитывать теплопроводность строительных материалов, перечисленных в таблице, так как это свойство, наряду с их плотностью, является наиболее важным. Теплопроводность особенно важна для строительных материалов, используемых в качестве теплоизоляции для утепления зданий. Теплопроводность строительных материалов в значительной степени зависит от их пористости и плотности. Чем ниже плотность, тем ниже теплопроводность материала, а значит, и теплопроводность пористых и легких материалов (значения плотности строительных материалов, металлов и сплавов, продуктов и других веществ можно также найти в подробной таблице плотности). Например, в нашей таблице теплопроводности материалов и изоляционных материалов вы найдете следующие строительные материалы с низкими значениями теплопроводности: аэрогель (от 0,014 Вт/(м-рад) ), стекловата, пенополистирол и пенорезина (от 0,03 Вт/(м-рад) ), изоляция MBOR (от 0,038 Вт/(м-рад) ), газобетон и пенобетон (от 0,08 Вт/(м-рад) ).
Теплопроводность — это процесс передачи тепловой энергии от нагретых частей к холодным. Обменные процессы происходят до тех пор, пока значение температуры не станет полностью равновесным. Какова теплопроводность строительных материалов?
Коэффициент теплопроводности строительных материалов — таблица!
Это количественное свойство материалов передавать тепло и определяется коэффициентом. Коэффициент равен общему количеству тепла, которое проходит через однородный материал одинаковой длины, площади поверхности и времени при одинаковой разнице температур. В системе СИ это значение преобразуется в коэффициент теплопередачи, который обозначается по алфавиту как Вт/(м*К). Тепловая энергия распространяется через быстро движущиеся, нагретые частицы материала, которые при столкновении отдают часть тепла более медленным, холодным частицам. Чем лучше нагретые частицы защищены от холодных частиц, тем лучше сохраняется тепло в материале.
Таблица теплопроводности строительных материалов.
Основной характеристикой изоляционных материалов и строительных элементов является внутренняя структура и коэффициент сжатия молекулярной основы сырья, из которого изготовлены материалы. Значения коэффициентов теплопроводности строительных материалов приведены в таблицах ниже.
Расшифровка таблицы.
В приведенной выше таблице указаны теплопроводность строительных материалов, а также плотность и удельная теплоемкость материалов в сухом состоянии при атмосферном давлении и температуре 20…50 °C (если не указана другая температура). Значения приведены для более чем 400 материалов!
Теплопроводность строительных материалов: какой материал самый энергоэффективный
Основной тенденцией современного строительства является возведение домов с максимальной энергоэффективностью. То есть с возможностью создания и поддержания комфортных условий жизни при минимальном использовании источников энергии. Понятно, что многим нашим строителям, возводящим собственные дома, еще далеко до таких показателей, но стремиться к ним нужно всегда.
Прежде всего, целью является минимизация потерь тепла через конструкцию здания. Этого можно достичь с помощью эффективной теплоизоляции, основанной на теплотехнических расчетах. В идеале планированием должны заниматься профессионалы, но обстоятельства часто вынуждают домовладельцев брать это дело в свои руки. Это означает, что базовое понимание основных понятий строительной теплотехники является обязательным. Прежде всего, что такое теплопроводность строительных материалов, как она измеряется и как рассчитывается?
Зная все эти «основы», вам будет легче серьезно подойти к вопросу утепления дома, если вы будете знать факты, а не полагаться на собственные желания.
Что такое теплопроводность, какими единицами измерения она описывается?
Фактически, все физические тела, жидкости или газы, обладают способностью передавать тепло. Другими словами: Когда объект нагревается с одной стороны, он становится проводником тепла, нагревается и передает тепловую энергию. То же самое происходит при охлаждении, только с противоположным знаком».
Даже на уровне простого домашнего хозяйства каждому ясно, что эта способность выражена в очень разной степени в разных материалах. Например, одно дело — помешивать готовящуюся еду на кухне деревянной лопаткой, а другое — использовать металлическую ложку, которая почти сразу становится настолько горячей, что ее уже невозможно удержать в руке. Этот пример наглядно показывает, что теплопроводность металла во много раз выше, чем у дерева.
И таких примеров множество, буквально на каждом уровне. Например, дотроньтесь рукой до обычной деревянной двери в комнате и прикрученной к ней металлической ручки. Вы можете почувствовать это — ручка стала холоднее. Но этого не может быть — все предметы в комнате имеют примерно одинаковую температуру. Просто металл ручки быстрее поглощает тепло тела, поэтому она кажется более холодной.
Коэффициент теплопроводности материала
Главный редактор сайта Stroyday.ru. Инженер.
Существует специальная единица, которая идентифицирует любой материал как проводник тепла. Он называется коэффициентом теплопроводности, обычно обозначается греческой буквой λ и измеряется в Вт/(м×℃) (во многих формулах вместо градусов Цельсия ℃ указывается Кельвин, K, но это не меняет сути дела).
Этот коэффициент указывает на способность материала передавать определенное количество тепла на определенное расстояние за единицу времени. Причем коэффициент зависит от материала, т.е. без привязки к каким-либо размерам.
Такие коэффициенты рассчитываются практически для всех конструкционных и других материалов. Ниже в этой публикации вы найдете таблицы для различных групп — раствор, бетон, кирпич и каменная кладка, изоляционные материалы, дерево, металлы и т.д. Достаточно беглого взгляда на них, чтобы понять, насколько разными могут быть эти соотношения.
Производители строительных материалов для конкретного применения часто указывают коэффициент теплопроводности в своих спецификациях.
Материалы с высокой проводимостью, например, металлы, часто используются в качестве теплоотводов или теплообменников. Классический пример — радиаторы, которые тем эффективнее, чем лучше их стенки передают тепло теплоносителя.
Однако с большинством строительных материалов ситуация обратная. То есть, чем ниже теплопроводность материала, из которого сделана обычная стена, тем меньше тепла теряется из здания при похолодании. Или чем меньше может быть толщина стенки при тех же значениях теплопроводности.
Для чего используются такие расчеты в практическом приложении?
Оценка эффективности имеющейся термоизоляции
Почему необходимо рассчитывать теплопроводность, каково ее практическое применение?
С помощью таких расчетов можно очень точно оценить теплоизоляцию вашего дома.
Для различных климатических регионов России так называемые нормативные значения этого термического сопротивления рассчитываются экспертами отдельно для стен, полов и потолков. Это означает, что если сопротивление конструкции соответствует этому стандарту, то вы можете быть спокойны за изоляцию.
Значение этих стандартных значений сопротивления для различных строительных конструкций может быть определено с помощью предлагаемой таблицы.
В противном случае необходимо принять меры по усилению изоляции, чтобы минимизировать потери тепла. И таким образом решить обратную проблему. То есть, используя ту же формулу (сопротивление по коэффициенту теплопроводности и толщине), определите толщину изоляции, которая компенсирует недостаток до правила.
Если изоляции еще нет, то все очень просто. Далее необходимо определить, какой слой выбранного изоляционного материала будет работать при стандартном значении сопротивления теплопередаче.
Определение уровня тепловых потерь
Другой важной задачей является определение величины теплопотерь через ограждающую конструкцию здания. Такие расчеты могут понадобиться, например, при определении требуемой производительности системы отопления. Как для каждого помещения — для правильной расстановки отопительного оборудования (радиаторов), так и в целом — для выбора оптимальной модели котла.
На самом деле это сопротивление описывается другой формулой, которая уже вытекает из разницы температур и количества тепла, которое уходит через ограждающую конструкцию здания площадью один квадратный метр.
R = D t / q
Δ t — разница температур между двумя сторонами конструкции, ℃.
q — удельные теплопотери, Вт.
Это означает, что если мы знаем площадь ограждающей конструкции здания и ее термическое сопротивление (определяемое, например, толщиной и коэффициентом теплопередачи), если мы знаем условия, для которых выполняется расчет (например, нормальная комнатная температура и местный мороз), мы также можем предсказать потери тепла через здание.
Q = S × D t/ R
Q — потери тепла через ограждающие конструкции здания, Вт.
Коэффициенты теплопроводности алюминиевых, медных и никелевых сплавов
При выполнении расчетов, связанных с цветными металлами и сплавами, проектировщики используют справочные материалы, которые включены в специальные таблицы.
Таблица теплопроводности для алюминиевых сплавов
В них представлен материал по теплопроводности цветных металлов и сплавов, а в дополнение к этим данным приводится химический состав сплавов. Исследования проводились при температурах от 0 до 600 °C.
Из информации, собранной в этих таблицах материалов, следует, что цветные металлы с высокой теплопроводностью — это сплавы на основе магния и никеля. К металлам с низкой теплопроводностью относятся никель, инвар и некоторые другие.
Большинство металлов обладают хорошей теплопроводностью, некоторые имеют более высокую теплопроводность, а некоторые — более низкую. К металлам с хорошей теплопроводностью относятся золото, медь и некоторые другие. К металлам с низкой теплопроводностью относятся олово, алюминий и т.д.
Таблица теплопроводности для никелевых сплавов
Высокая теплопроводность может быть как преимуществом, так и недостатком. Это полностью зависит от области применения. Например, высокая теплопроводность хороша для кухонной посуды. Материалы с низкой теплопроводностью используются для изготовления неразъемных соединений металлических деталей. Существуют целые семейства сплавов на основе олова.
Недостатки высокой теплопроводности меди и ее сплавов
Медь намного дороже алюминия или латуни. Однако этот материал наряду с положительными сторонами имеет и некоторые недостатки. Высокая теплопроводность этого металла требует создания специальных условий для его обработки. Куски меди нужно нагревать более точно, чем сталь. Кроме того, перед обработкой часто требуется предварительный или боковой нагрев. Следует помнить, что медные трубы требуют тщательной теплоизоляции. Это особенно актуально, когда эти трубы используются для создания системы теплоснабжения. Это значительно увеличивает стоимость монтажных работ. При газовой сварке также существуют определенные сложности. Для выполнения работы необходимы более мощные инструменты. Иногда для сварки меди толщиной 8-10 мм требуется две или даже три горелки. В этом случае один из них сваривает медную трубу, пока остальные заняты ее нагревом. Кроме того, работа с медью требует большего количества расходных материалов.
Работа с медью требует использования специальных инструментов. Например, если вы режете бронзовые или латунные детали толщиной 150 мм, вам нужна фреза, которая может также обрабатывать сталь с высоким содержанием хрома. Если он используется для обработки меди, предельная толщина не должна превышать 50 мм.
Можно ли повысить теплопроводность меди
Некоторое время назад группа западных ученых провела ряд исследований по улучшению теплопроводности меди и ее сплавов. Они использовали медную фольгу с тонким слоем графена на ее поверхности. Для его нанесения они использовали процесс газового осаждения. При проведении исследования использовались различные инструменты для подтверждения объективности результатов. Результаты показали, что графен обладает одной из самых высоких теплопроводностей. После нанесения его на медную подложку теплопроводность немного снизилась. Однако при этом процессе медь нагревается и увеличивается размер зерен в ней, что приводит к увеличению электронной проводимости.
Графен с медной фольгой
При нагревании меди без применения этого материала зерна сохраняют свой размер. Одно из применений меди — отвод избыточного тепла от электронных и электрических схем. С помощью графенового напыления эта задача решается гораздо эффективнее.
