T-w-f.ru

Ремонт от TWF
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Теплопроводность

Теплопроводность

Теплопрово́дность — это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела ( атомами, молекулами, электронами и т.п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Численная характеристика теплопроводности материала равна количеству теплоты, проходящей через материал площадью 1 кв.м за единицу времени (секунду) при единичном температурном градиенте. Данная численная характеристика используется для расчета теплопроводности для калибрования и охлаждения профильных изделий.

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием теплорода от одного тела к другому. Однако более поздние опыты, в частности, нагрев пушечных стволов при сверлении, опровергли реальность существования теплорода как самостоятельного вида материи. Соответственно, в настоящее время считается, что явление теплопроводности обусловлено стремлением объектов занять состояние более близкое к термодинамическому равновесию, что выражается в выравнивании температуры.

Содержание

Закон теплопроводности Фурье

В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:

где — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, коэффициент теплопроводности (иногда называемый просто теплопроводностью), — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad T (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье. [1]

В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):

где — полная мощность тепловых потерь, — площадь сечения параллелепипеда, — перепад температур граней, — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.

Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м·K).

Коэффициент теплопроводности вакуума

Коэффициент теплопроводности вакуума почти ноль (чем глубже вакуум, тем ближе к нулю). Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, тепло в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотери стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.

Связь с электропроводностью

Связь коэффициента теплопроводности с удельной электрической проводимостью в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:

где — постоянная Больцмана, — заряд электрона.

Коэффициент теплопроводности газов

Коэффициент теплопроводности газов определяется формулой [2]

Где: i — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5, для одноатомного i=3), k — постоянная Больцмана, M — молярная масса, T — абсолютная температура, d — эффективный диаметр молекул, R — универсальная газовая постоянная. Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из не радиоактивных газов — у ксенона).

Обобщения закона Фурье

Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело. Закон Фурье не применим для описания высокочастотных процессов (и, соответственно, процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т.п. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл [3] , а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом: [4]

Если время релаксации пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.

Коэффициенты теплопроводности различных веществ

МатериалТеплопроводность, Вт/(м·K)
Графен(4840±440) — (5300±480)
Алмаз1001—2600
Графит278,4—2435
Карбид кремния490
Серебро430
Медь382—390
Оксид бериллия370
Золото320
Алюминий202—236
Нитрид алюминия200
Нитрид бора180
Кремний150
Латунь97—111
Хром93,7
Железо92
Платина70
Олово67
Оксид цинка54
Сталь47
Кварц8
Стекло1-1,15
КПТ-80,7
Вода при нормальных условиях0,6
Кирпич строительный0,2—0,7
Силиконовое масло0,16
Пенобетон0,14—0,3
Древесина0,15
Нефтяные масла0,12
Свежий снег0,10—0,15
Вата0,055
Воздух (300 K, 100 кПа)0,026
Вакуум (абсолютный)0 (строго)
МатериалТеплопроводность, Вт/(м·K)
Кальций201
Бериллий201
Вольфрам173
Магний156
Родий150
Иридий147
Молибден138
Рутений117
Хром93,9
Осмий87,6
Титан21,9
Тефлон0,25
Бумага0,14
Полистирол0,082
Шерсть0,05
Минеральная вата0,045
Пенополистирол0,04
Стекловолокно0,036
Пробковое дерево0,035
Пеноизол0,035
Каучук вспененный0,03
Аргон0,0177
Аэрогель0,017
Ксенон0,0057

На практике нужно также учитывать проводимость тепла за счет конвекции молекул и проникаемости излучений. Например, при полной нетеплопроводности вакуума, тепло может передаваться за счет излучения (пример — Солнце, установки инфракрасного излучения). А газ или жидкость могут обмениваться нагретыми или охлажденными слоями самостоятельно или искусственно (пример — фен, греющие вентиляторы). Так же в конденсированных средах возможно «перепрыгивание» фононов из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, что способствует распространению звуковых волн и тепла, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.

Примечания

  1. Естествознание. Энциклопедический словарь. Закон Фурье.
  2. Исследование теплопроводности газов. // Методические указания.
  3. J. C. Maxwell, Philos. Trans. Roy. Soc. London 157 (1867) 49.
  4. C. Cattaneo, Atti Seminario Univ. Modena 3 (1948) 33.

См. также

  • Теплопередача
  • Конвекция
  • Тепловое излучение
  • Закон Ньютона — Рихмана
  • Уравнение диффузии

Ссылки

  • Теплопроводность воды и водяного пара
  • Коэффициенты теплопроводности элементов

Wikimedia Foundation . 2010 .

  • Шредер
  • Международная студенческая олимпиада по программированию

Смотреть что такое «Теплопроводность» в других словарях:

теплопроводность — теплопроводность … Орфографический словарь-справочник

Теплопроводность — скорость передачи тепла от одной (более нагретой) к другой (менее нагретой) части тела. Например, теплопроводность воды равна 0,00140 кал/с, воздуха 0,00005, песка 0,00047 кал/с через 1 см вещества. Является важным экологический фактором,… … Экологический словарь

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ — один из видов переноса теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию темп ры. При Т. перенос энергии осуществляется в результате непосредств. передачи энергии от ч ц (молекул, атомов, эл нов), обладающих… … Физическая энциклопедия

Теплопроводность — – способность строительного раствора передавать тепло через толщу от одной своей поверхности к другой. [ГОСТ 4.233 86] Теплопроводность – направленный перенос теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ — ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, переход тепла с участка тела, имеющего высокую температуру, на участок с низкой температурой. Если один конец металлического стержня поместить в пламя, полученная им тепловая энергия вызывает усиление вибрации молекул в… … Научно-технический энциклопедический словарь

теплопроводность — перенос, теплопроводимость Словарь русских синонимов. теплопроводность сущ., кол во синонимов: 2 • перенос (22) • … Словарь синонимов

теплопроводность — Теплообмен, при котором перенос теплоты в неравномерно нагретой среде имеет атомно молекулярный характер [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] теплопроводность Способность материала пропускать тепловой… … Справочник технического переводчика

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ — ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, процесс переноса энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия составляющих его частиц. Приводит к выравниванию температуры тела. Плотность теплового потока,… … Современная энциклопедия

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ — перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия составляющих его частиц. Приводит к выравниванию температуры тела. Обычно количество переносимой энергии, определяемое как плотность … Большой Энциклопедический словарь

Теплопроводность — горных пород (a. heat condustance of rocks, thermoconductivity of rocks; н. Warmeleitung der Gesteine; ф. conductibilite calorifique des roches; и. conductibilidad del calor de rocas, conducciton del calor de rocas, conductibilidad… … Геологическая энциклопедия

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ — ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, теплопроводности, мн. нет, жен. (физ.). Свойство тел распространять тепло от более нагретых частей к менее нагретым. Коэффициент теплопроводности. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

Часть I. Теплопроводность (Или пролог к термоинтерфейсу)

3. Это первая, в которой немного рассказывается о теории теплопроводности, возможно кто-нибудь найдёт для себя новые нотки. Вторая часть будет критическая и выйдет в недалёком будущем. А третья, практическая немного позже, ибо первоначальная теоретическая база для эксперимента после написания и познания теории развалилась, да и материалов для эксперимента пока нет.

Теория.
Для лучшег.

3. Это первая, в которой немного рассказывается о теории теплопроводности, возможно кто-нибудь найдёт для себя новые нотки. Вторая часть будет критическая и выйдет в недалёком будущем. А третья, практическая немного позже, ибо первоначальная теоретическая база для эксперимента после написания и познания теории развалилась, да и материалов для эксперимента пока нет.

Теория.
Для лучшего понимания последующего материала необходимо вооружиться некоторыми физико-химическими определениями.

Изотропная среда – одинаковость физических свойств во всех направлениях, инвариантность, симметрия по отношению к выбору направлениях

Анизотропная – соответственно в противоположность, такая среда в которой свойства зависят от направления.

Кристаллы — это твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре, то есть на одном из нескольких определённых регулярных расположений составляющих вещество частиц (атомов, молекул, ионов).

Кристаллическая решётка — вспомогательный геометрический образ, вводимый для анализа строения кристалла. Решётка имеет сходство с канвой или сеткой, что даёт основание называть точки решётки узлами.

Ассоциированная жидкость – жидкость в которой присутствуют водородные связи, у них теплопроводность с увеличением температуры увеличивается в отличии от жидкостей и низкой степенью ассоциации.

Итак, главный вопрос, который сегодня будет поднят, это самый доступный для влияния простого пользователя термоинтерфейс, между подошвой радиатора и теплораспределительной крышкой, либо самим кристаллом.

Что же может служить этим термоинтерфейсом? В широком смысле всё что угодно. Газ, жидкость, твёрдое вещество. Взглянем на это со стороны теории.

Газы.
Согласно кинетической теории перенос теплоты теплопроводностью в газах при обычных давлениях и температурах определяется переносом кинетической энергии молекулярного движения в результате хаотического движения и столкновения отдельных молекул газа. При этом коэффициент теплопроводности определяется соотношением

Читать еще:  Теплоизоляция трубопроводов монтаж и расчет толщины утеплителя своими руками, виды изоляции

Теплоёмкость газов возрастает с повышением температуры. Тем самым объясняется тот факт, что коэффициент теплопроводности для газов с повышением температуры возрастает.
Коэффициент теплопроводности газов лежит а пределах от 0,006 до 0,6 Вт/(м*К).

Жидкости.
Механизм теплоты в капельных жидкостях можно представить как перенос энергии путём нестройных упругих колебаний.

Так как плотность жидкости с повышением температуры убывает, то из уравнения следует, что для жидкостей с постоянной молекулярной массой (неассоциированные и слабо ассоциированные жидкости) с повышением температуры коэффициент теплопроводности должен уменьшаться. Для жидкостей сильно ассоциированных (вода, спирты и т.д) в формулу нужно ввести коэффициент ассоциации, учитывающий изменение молекулярной массы. Коэффициент ассоциации также зависит от температуры, и по этому он может влиять на коэффициент теплопроводности по разному. Опыты подтверждают что для большинства жидкостей с повышением температуры коэффициент теплопроводности ассоциации убывает, исключение составляет вода и глицерин (см рис.). Коэффициент теплопроводности капельных жидкостей лежит примерно в пределах от 0,07 до 0,7Вт/(м*К).
При повышении давления коэффициенты теплопроводности жидкостей возрастают.

Твёрдые тела.
Металлы и сплавы.
В металлах основным передатчиком теплоты являются свободные электроны, которые можно уподобить идеальному одноатомному газу. Передача теплоты при помощи колебательных движений атомов или в виде упругих звуковых волн не исключается но её доля незначительна по сравнению с переносом энергии электронным газом. Вследствие движения свободных электронов происходит выравнивание температуры во всех точках нагревающегося или охлаждающегося металла. Свободные электроны движутся как из областей, более нагретых в области менее нагретые, так и в обратном направлении. В первом случае они отдают энергию атомам, во втором отбирают. Поскольку в металлах носителем тепловой энергии являются электроны, то коэффициенты тепло- и электропроводности пропорциональны друг другу. При повышении температуры вследствие усиления тепловых неоднородностей рассеивания электронов увеличивается. Это влечёт за собой уменьшение коэффициентов тепло– и электропроводности чистых металлов.
При наличии разного рода примесей коэффициент теплопроводности металлов резко убывает. Последнее можно объяснить увеличением структурных неоднородностей, которые приводят к рассеиванию электронов. Так например для чистой меди L=396 Вт/(м*К), для той же меди со следами мышьяка L= 142Вт/(м*К).
В отличии от чистых металлов коэффициенты теплопроводности сплавов при повышении температуры увеличиваются.

Твёрдые диэлектрики.
В диэлектриках с повышением температуры коэффициент теплопроводности обычно увеличивается. Как правило для материалов с большей объёмной плотностью коэффициент теплопроводности имеет более высокое значение. Он зависит от температуры материала его пористости и влажности.
Коэффициент теплопроводности порошкообразных и пористых тел сильно зависит от плотности.
Например, при возрастании плотности от 400 до 800кг/м^3 коэффициент теплопроводности асбеста увеличивается от 0,105 до 0,248 Вт/(м*К). Такое влияние плотности на коэффициент теплопроводности объясняется тем, что теплопроводность заполняющего поры воздуха значительно ниже, чем твёрдых компонентов пористого материала.
Эффективный коэффициент теплопроводности пористых материалов сильно зависит также от влажности. Для влажного материала коэффициент теплопроводности значительно больше чем для сухого и воды в отдельности. Например для сухого кирпича L=0.35, для воды L=0.6, а для влажного кирпича L=1.0 Вт/(м*К). Этот эффект может быть объяснен конвективным переносом теплоты, возникающая благодаря капиллярному движению жидкости внутри пористого материала и частично тем, что абсорбционно связанная влага имеет другие характеристики по сравнению со свободной водой.
Увеличение коэффициента теплопроводности зернистых материалов с изменением температуры можно объяснить тем, что с повышением температуры возрастает теплопроводность среды, заполняющей промежутки между зёрнами, а также увеличивается теплопередаче излучением зернистого массива.
Коэффициенты теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов имеют значения, лежащие примерно в пределах от 0,023 до 2,9Вт/(м*К).

Фотонная(решетчатая) теплопроводность.
Ну если с электронной теплопроводностью всё более или менее понятно, то на решетчатой стоит остановиться немного подробнее.
Атомы или ионы образующие кристаллическую решетку, связаны между собой упругими силами, благодаря которым тепловые колебания возникающие в какой–то части тела, распространяются по всем направлениям в виде упругих волн. Процесс теплопроводности представляет собой перенос энергии такими упругими волнами в те места, где узлы решетки менее возбуждены.
Приведём общую диаграмму теплопроводности веществ.

Ну вот, первая часть подошла к концу, она будет дополняться, изменяться и дорабатываться, если в том возникнет необходимость, продиктованная последующими частями.

Впечатления, предложения, замечания сюда

Что такое теплоизоляционные материалы: сравнительные характеристики теплопроводности

Теплоизоляционный материал — это продукция, которую применяют для теплоизоляции зданий, сооружений и оборудования. В специализированных магазинах изоляторы представлены в широком ассортименте. При выборе теплоизоляции важно знать информацию о качествах материала.

Утеплители бывают бытового и промышленного типа. Имеют различия по форме выпуска, по происхождению, типу сырья. А также имеют отличительные особенности по своим характеристикам. К характеристикам теплоизоляции относится гигроскопичность.

Анализ гигроскопичности теплоизоляции

Все теплоизоляционные материалы обладают общим минусом. У них есть способность впитывать влагу из воздуха. Эта способность называется гигроскопичностью теплоизоляции. Такой недостаток необходимо ликвидировать, чтобы эффективность утеплителя оставалась на высоком уровне. Гигроскопичность измеряется процентным соотношением массы поглощенной влаги к массе веса материала.

Наименование продуктаВодопоглощение,% от массы
Минвата1.5
Пенопласт3
Эковата1
Пеноизол18

Из данной таблицы видно, что у пеноизола высокий процент поглощения влаги. Но при этом пеноизол способен равномерно распределять и выводить воду. А это значит, что он не теряет своих свойств. Минеральная вата, напротив, имеет низкий процент гигроскопичности. Но если влага попадет в ее волокна, то удерживается внутри. Коэффициент теплопроводности понижается.

Таблица теплопроводности материалов и утеплителей

Теплопроводность основное свойство теплоизоляции. Это качество материала передавать тепло. Обозначается коэффициент теплопроводности символом «лямбда». Если данный коэффициент имеет низкое значение, эффективность утеплителя возрастает.

Для поддержания в помещении комфортного климата, показатели теплопроводности рассчитаны для каждого региона.

Теплопроводность утеплителей таблица

Наименование материалаКоэффициент теплопроводности Вт/(м·°C)
В сухом состоянииПри нормальной влажностиПри повышенной влажности
Каменная минеральная вата 25-50 кг/м30.0360.0420.045
Каменная минеральная вата 40-60 кг/м30.0350.0410.044
Каменная минеральная вата 80-125 кг/м30.0360.0420.045
Каменная минеральная вата 140-175 кг/м30.0370.0430.0456
Каменная минеральная вата 180 кг/м30.0380.0450.048
Стекловата 15 кг/м30.0460.0490.055
Стекловата 17 кг/м30.0440.0470.053
Стекловата 20 кг/м30.040.0430.048
Стекловата 30 кг/м30.040.0420.046
Стекловата 35 кг/м30.0390.0410.046
Стекловата 45 кг/м30.0390.0410.045
Стекловата 60 кг/м30.0380.040.045
Стекловата 75 кг/м30.040.0420.047
Стекловата 85 кг/м30.0440.0460.05
Пенополистирол (пенопласт, ППС)0,036-0,0410,038-0,0440,044-0,050
Экструдированный пенополистирол (ЭППС, XPS)0.0290.030.031
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 600 кг/м30.140.220.26
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 400 кг/м30.110.140.15
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 600 кг/м30.150.280.34
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 400 кг/м30.130.220.28
Пеностекло, крошка, 100 — 150 кг/м30,043-0,06
Пеностекло, крошка, 151 — 200 кг/м30,06-0,063
Пеностекло, крошка, 201 — 250 кг/м30,066-0,073
Пеностекло, крошка, 251 — 400 кг/м30,085-0,1
Пеноблок 100 — 120 кг/м30,043-0,045
Пеноблок 121- 170 кг/м30,05-0,062
Пеноблок 171 — 220 кг/м30,057-0,063
Пеноблок 221 — 270 кг/м30.073
Эковата0,037-0,042
Пенополиуретан (ППУ) 40 кг/м30.0290.0310.05
Пенополиуретан (ППУ) 60 кг/м30.0350.0360.041
Пенополиуретан (ППУ) 80 кг/м30.0410.0420.04
Пенополиэтилен сшитый0,031-0,038
Вакуум
Воздух +27°C. 1 атм0.026
Ксенон0.0057
Аргон0.0177
Аэрогель (Aspen aerogels)0,014-0,021
Шлаковата0.05
Вермикулит0,064-0,074
Вспененный каучук0.033
Пробка листы 220 кг/м30.035
Пробка листы 260 кг/м30.05
Базальтовые маты, холсты0,03-0,04
Пакля0.05
Перлит, 200 кг/м30.05
Перлит вспученный, 100 кг/м30.06
Плиты льняные изоляционные, 250 кг/м30.054
Полистирол бетон, 150-500 кг/м30,052-0,145
Пробка гранулированная, 45 кг/м30.038
Пробка минеральная на битумной основе, 270-350 кг/м30,076-0,096
Пробковое покрытие для пола, 540 кг/м30.078
Пробка техническая, 50 кг/м30.037

В таблице приведены показатели нормативных документов.

Так как материалы разных производителей отличаются по характеристикам, необходимо обращать на это внимание при покупке.

Теплопроводность зависит от толщины строительных материалов. Чем тоньше продукция, тем меньше теплоизоляции потребуется, чтобы осуществить монтаж.

Сравнение теплопроводности строительных материалов по толщине

Сравнение утеплителей по виду и свойствам

Минеральная вата имеет низкую теплопроводность. Это качество дает данному материалу преимущество перед большинством современных утеплителей. Компания “ТехноНиколь” предлагает разнообразный ассортимент минваты для теплоизоляции и отделки помещений.

Плиты «Роклайт»

Роклайт это теплоизоляционные плиты из каменной ваты для тепло-, звукоизоляционного покрытия. Этот вид плит применяется в частном домостроении. Идеально подходит для теплоизоляции кровель и других конструкций. Является одним из лучших теплоизоляционных материалов.

Основные плюсы «Роклайт»

  1. Правильно выбранный утеплитель способен очень долго прослужить в эксплуатации.
  2. Простой монтаж (монтаж теплоизоляции с плитами Роклайт очень удобно осуществлять за счет легкого веса. Плиты выпускаются в пачках, листы размером 1200*60*50мм. Их удобно устанавливать в каркасы, комбинировать между собой и использовать для утепления в несколько слоев)
  3. Пожаробезопасность (негорючий материал)
  4. Отсутствие влияние влаги на плиты (вата практически не впитывает влагу)
  5. Хорошие показатели теплоизоляционных свойств (минеральная вата, из которой изготовлены плиты прекрасно оказывает сопротивление холоду. Теплопроводность соответствует холодному климату и составляет 0,036 Вт/м.

Плиты «Техноблок»

Изолятор в виде плит из минеральной ваты. Материал средней плотности от 40 до 50 кг/м3. Поэтому этот вид не выдерживает высоких нагрузок и применяется в строительстве малоэтажный зданий. Применяется в отделке фасадов домов, под сайдинг. Можно использовать утеплитель укладывая его в два слоя.

Достоинства «Техноблок»:

  • Звукопоглощение (за счет плит снижается проникновение шума)
  • Паропроницаемость(циркуляция воздуха)
  • Влагостойкость
  • Длительный срок службы (производитель предоставляет гарантию до 80 лет)
  • Низкая теплопроводность. Составляет не более 0,034 Вт/м.
  • Благодаря высоким теплоизоляционным свойствам изолятор сохраняет комфортный микроклимат в жилых помещениях, что позволяет экономить на расходах за отопление.

«Техноруф»

Негорючие плиты из каменной ваты, для создания теплоизоляционного слоя.Изделия «Техноруф» устойчивы к деформации, поэтому прекрасно сохраняют свои качества. Плиты устойчивы к воздействию влаги, поэтому предотвращает появление сырости внутри помещения.

Назначение:

  1. Стена
  2. Пол
  3. Мансарды
  4. Чердачные перекрытия

Изделия сформированы из тесно переплетенных тонких волокон ваты происхождения. Имеют высокий уровень звукоизоляции, что способствует снижению воздушного и ударного уровня шума.

Качество:

  1. Долговечность (плиты состоят из вертикальных и горизонтальных волокон, что делает их прочными и увеличивает срок службы)
  2. Устойчивость утеплителя к возгоранию (плиты из негорючего материала, благодаря этому их можно использовать в помещениях любого назначения)
  3. Небольшой вес плит (это качество позволяет производить монтаж быстро и на любой поверхности).
  4. Низкая теплопроводность 0,041 Вт/м

«Техновент»

«Техновент» – утеплители нового поколения на основе минеральной базальтовой ваты.

В ассортименте 3 линейки материала:

  1. «Стандарт»;
  2. «Оптима»;
  3. «Проф».

Различие этих материалов состоит:

  • твердость материала;
  • плотность.

Все три разновидности материла предназначаются для утепления вентилируемых фасадных конструкций, причем оптимизированы для создания однослойной защитной теплоизоляции.

Высокие показатели по:

  • несгораемости;
  • экологической чистоте;
  • легкости монтажа.

«Технофлор»

«Технофлор» это материал, который предназначен для тепловой и звуковой изоляции пола. Панель из жесткой минеральной ваты используются для поверхностей, испытывающих большие нагрузки. Энергосберегающий материал, который не подвергается перепадам температурного режима. Обеспечивает изоляцию звука на 100%.

Огнестойкий, не гниет и не поддается негативным воздействиям окружающей среды. Незаменим для утепления полов спортивного типа, на который оказывается весовая механическая нагрузка. Используется для утепление полов плавающего типа, для теплого пола с методом укладки ваты на грунт либо с монтажом ваты на бетонное основание.

Продукт «Технофлор» производится в листах размерами: 1000х500х40мм и 1200х600х200мм. Сроки эксплуатации данного продукта из серии «ТехноНиколь», достигает 80 лет.

«Техноакустик»

Экологически чистый материал, предназначенный для использования в качестве звукоизоляции:

  • используется для внутренних и наружных работ;
  • для поглощения шума;
  • каркасных перегородок;
  • подвесных потолков;
  • перекрытий.

Обладает способностью удерживать и поглощать шумы до 60 дБ. В связи с этим обеспечивает высокий уровень акустической защиты стен.

«Теплоролл»

«Теплоролл» — это рулонная теплоизоляция нового поколения. Выпускается в виде матов. Маты обладают высокой прочностью. Обеспечивают высокие теплоизоляционные и звукоизоляционные качества. Используется в утеплении и изоляции кровли, перегородок и перекрытий. Широко используется в строительстве частных домов.

Особенности:

  • материал не горит и не гниет;
  • имеет низкий уровень теплопроводности;
  • устойчив к образованию плесени и грибка, не разрушается при высокой влажности;
  • не подвергается разрушению;
  • не токсичен и абсолютно безопасен для человеческого здоровья.

Теплоизоляция имеет хороший уровень заглушки шумов. Удобна в монтаже за счет небольшой длины.

«Техно Т»

Это жесткие плиты из каменной ваты, которые используют в гражданском и промышленном строительстве для тепловой термоизоляции. За счет этого этот материал имеет ограничения в использовании. Выдерживает широкий диапазон температур от −180 С до +750 С.

Это является особенностью материала и главным отличием от обычной строительной изоляции. Позволяет осуществлять монтаж тепловой изоляции воздуховодов, газоходов, промышленных печей.

Плиты могут выпускаться обработанные алюминиевой фольгой или стеклохолстом с одной стороны. Фольгированная изоляция дает ряд преимуществ. Фольгированное покрытие утеплителя не позволяет влаге попасть под покрытие, тем самым обеспечивает проникновение влаги. Фольга не пропускает холодный воздух и не выпускает тепло. Благодаря высокому коэффициенту теплообмена выдерживает перепады температур. Способна отражать ультрафиолетовые лучи.

Теплопроводность материалов

Термин «теплопроводность» применяется к свойствам материалов пропускать тепловую энергию от горячих участков к холодным. Теплопроводность основана на движении частиц внутри веществ и материалов. Способность передавать энергию тепла в количественном измерении – это коэффициент теплопроводности. Круговорот тепловой энергопередачи, или тепловой обмен, может проходить в любых веществах с неравнозначным размещением разных температурных участков, но коэффициент теплопроводности зависим от давления и температуры в самом материале, а также от его состояния – газообразного, жидкого или твердого. Эквивалентная теплопроводимость строительных материалов и утеплителей

Физически теплопроводность материалов равняется количеству тепла, которое перетекает через однородный предмет установленных габаритов и площади за определенный временной отрезок при установленной температурной разнице (1 К). В системе СИ единичный показатель, который имеет коэффициент теплопроводности, принято измерять в Вт/(м•К).

  1. Как рассчитать теплопроводность по закону Фурье
  2. Электропроводность и коэффициент теплопередачи
  3. Коэффициент теплопроводности газовой среды
  4. Теплопроводимость в газовой разреженной среде

Как рассчитать теплопроводность по закону Фурье

В заданном тепловом режиме плотность потока при передаче тепла прямо пропорциональна вектору максимального увеличения температуры, параметры которой изменяются от одного участка к другим, и по модулю с одинаковой скоростью увеличения температуры по направлению вектора:

q → = − ϰ х grad х (T), где:

  • q → – направление плотности предмета, передающего тепло, или объем теплового потока, который протекает по участку за заданную временную единицу через определенную площадь, перпендикулярный всем осям;
  • ϰ – удельный коэффициент теплопроводности материала;
  • T – температура материала.

Перенос тепла в неравновесной термодинамической системе

Знак «-» в формуле перед «ϰ» указывает, что тепло движется в противоположном направлении от вектора grad х (T)/ – в направлении уменьшения температуры предмета. Эта формула отражает закон Фурье. В интегральном выражении коэффициент теплопередачи согласно закону Фурье будет выглядеть как формула:

  • P = − ϰ х S х ΔT / l, выражается в (Вт/(м•К) х (м 2 •К) / м = Вт/(м•К) х (м•К) = Вт), где:
  • P ­– общая мощность потерь теплоотдачи;
  • S – сечение предмета;
  • ΔT – разница температуры по стыкам сторон предмета;
  • l – расстояние между стыками сторон предмета – длина фигуры.

Связь коэффициента теплопроводимости с электропроводностью материалов

Электропроводность и коэффициент теплопередачи

Собственно, коэффициент теплопроводности металлов «ϰ» связан с их удельной электропроводимостью «σ» согласно закону Видемана-Франца, в соответствии с которым коэффициент теплопроводности металлов зависит от удельной электропроводимости прямо пропорционально температуре:

Κ / σ = π 2 / 3 х (К / e) 2 х T, где:

  • К – постоянный коэффициент Больцмана, устанавливающий закономерность между тепловой энергией тела и его температурой;
  • e – заряд электрона;
  • T – термодинамическая температура предмета.

Коэффициент теплопроводности газовой среды

В газовой среде коэффициент теплопроводности воздуха может рассчитываться по приблизительной формуле:

1/3 х p х cv х Λλ х v – , где:

  • pv – плотность газовой среды;
  • cv – удельная емкость тепловой энергии при одном и том же объеме тела;
  • Λλ – расстояние свободного перемещения молекул в газовой среде;
  • v – – скорость передачи тепла.

Что такое теплопроводимость

ϰ = I x К / 3 x π 3/3 x d 2 √ RT / μ, где:

  • i – результат суммирования уровней свободы прямого движения и вращения молекул в газовой среде (для 2-атомных газов i=5, для 1-атомных i=3;
  • К – коэффициент Больцмана;
  • μ – отношение массы газа к количеству молей газа;
  • T – термодинамическая температура;
  • d – ⌀ молекул газа;
  • R – универсальный коэффициент для газовой среды.

Согласно формуле минимальная теплопроводность материалов существует у тяжелых инертных газов, максимально эффективная теплопроводность строительных материалов – у легких.

Теплопроводимость в газовой разреженной среде

Результат по выкладкам выше, по которым делают расчет теплопроводности для газовой среды, от давления не зависит. Но в очень разреженной газовой среде расстояние свободного перемещения молекул зависит не от столкновений частиц, а от препятствий в виде стен резервуара. При этом ограничение перемещения молекул в соответствующих единицах измерения называют высоковакуумной средой, при которой степень теплообмена уменьшается в зависимости от плотности материала и прямо пропорциональна значению давления в резервуаре:

1/3 х p х cv х l х v – , где:

i – объем резервуара;

Р – уровень давления в резервуаре.

Согласно этой формуле теплопроводность в вакуумной среде стремится к нулевой отметке при глубоком вакууме. Это объясняется тем, что в вакууме частицы, которые передают тепловую энергию, имеют низкую плотность на единицу площади. Но тепловая энергия в вакуумной среде перетекает посредством излучения. В качестве примера можно привести обычный термос, в котором для уменьшения потерь тепловой энергии стенки должны быть двойными и посеребренными, без воздуха между ними. Что такое тепловое излучение

При применении закона Фурье не принимают во внимание инерционность перетекания тепловой энергии, а это значит, что имеется в виду мгновенная передача тепла из любой точки на любое расстояние. Поэтому формулу нельзя использовать для расчетов передачи тепла при протекании процессов, имеющих высокую частоту повторения. Это ультразвуковое излучение, передача тепловой энергии волнами ударного или импульсного типа и т.д. Существует решение по закону Фурье с релаксационным членом:

Если ре­лак­са­ция τ мгновенная, то формула превращается в закон Фурье.

Приведенная таблица теплопроводности учитывает теплопередачу посредством теплового излучения и теплообмена частиц. Так как вакуум не передает тепло, то оно перетекает при помощи солнечного излучения или другого типа генерации тепла. В газовой или жидкой среде слои с разной температурой смешиваются искусственно или естественным способом.

Таблица теплопроводимости стройматериалов

Проводя расчет теплопроводности стены, необходимо принимать во внимание, что теплопередача сквозь стеновые поверхности меняется от того, что температура в здании и на улице всегда разная, и зависит от площади всех поверхностей дома и от теплопроводности стройматериалов.

Чтобы количественно оценить теплопроводность, ввели такое значение, как коэффициент теплопроводности материалов. Он показывает, как тот или иной материал способен передавать тепло. Чем выше это значение, например, коэффициент теплопроводности стали, тем эффективнее сталь будет проводить тепло.

  • При утеплении дома из древесины рекомендуется выбирать стройматериалы с низким коэффициентом.
  • Если стена кирпичная, то при значении коэффициента 0,67 Вт/(м2•К) и толщине стены 1 м при ее площади 1 м 2 при разнице наружной и внутридомовой температуры 1 0 С кирпич будет пропускать 0,67 Вт энергии. При разнице температур 10 0 С кирпич будет пропускать 6,7 Вт и т.д.

Стандартное значение коэффициента теплопроводимости теплоизоляции и других строительных материалов верно для толщины стены 1 м. Чтобы провести расчет теплопроводности поверхности другой толщины, следует коэффициент поделить на выбранное значение толщины стены (метры). Ориентировочные показатели коэффициентов теплопроводимости

В СНиП и при проведении расчетов фигурирует термин «тепловое сопротивление материала», он означает обратную теплопроводность. То есть при теплопроводности листа пенопласта 10 см и его теплопроводности 0,35 Вт/(м 2 •К) тепловое сопротивление листа – 1 / 0,35 Вт/(м 2 •К) = 2,85 (м 2 •К)/Вт.

Ниже – таблица теплопроводности для востребованных строительных материалов и теплоизоляторов:

СтройматериалыКоэффициент теплопроводимости, Вт/(м 2 •К)
Плиты из алебастра0,47
Al230
Шифер асбоцементный0,35
Асбест (волокно, ткань)0,15
Асбоцемент1,76
Асбоцементные изделия0,35
Асфальт0,73
Асфальт для напольного покрытия0,84
Бакелит0,24
Бетон с заполнителем щебнем1,3
Бетон с заполнителем песком0,7
Пористый бетон – пено- и газобетон1,4
Сплошной бетон1,75
Термоизоляционный бетон0,18
Битумная масса0,47
Бумажные материалы0,14
Рыхлая минвата0,046
Тяжелая минвата0,05
Вата – теплоизолятор на основе хлопка0,05
Вермикулит в плитах или листах0,1
Войлок0,046
Гипс0,35
Глиноземы2,33
Гравийный заполнитель0,93
Гранитный или базальтовый заполнитель3,5
Влажный грунт, 10%1,75
Влажный грунт, 20%2,1
Песчаники1,16
Сухая почва0,4
Уплотненный грунт1,05
Гудроновая масса0,3
Доска строительная0,15
Фанерные листы0,15
Твердые породы дерева0,2
ДСП0,2
Дюралюминиевые изделия160
Железобетонные изделия1,72
Зола0,15
Известняковые блоки1,71
Раствор на песке и извести0,87
Смола вспененная0,037
Природный камень1,4
Картонные листы из нескольких слоев0,14
Каучук пористый0,035
Каучук0,042
Каучук с фтором0,053
Керамзитобетонные блоки0,22
Красный кирпич0,13
Пустотелый кирпич0,44
Полнотелый кирпич0,81
Сплошной кирпич0,67
Шлакокирпич0,58
Плиты на основе кремнезема0,07
Латунные изделия110
Лед при температуре 0 0 С2,21
Лед при температуре -20 0 С2,44
Лиственное дерево при влажности 15%0,15
Медные изделия380
Мипора0,086
Опилки для засыпки0,096
Сухие опилки0,064
ПВХ0,19
Пенобетон0,3
Пенопласт марки ПС-10,036
Пенопласт марки ПС-40,04
Пенопласт марки ПХВ-10,05
Пенопласт марки ФРП0,044
ППУ марки ПС-Б0,04
ППУ марки ПС-БС0,04
Лист из пенополиуретана0,034
Панель из пенополиуретана0,024
Облегченное пеностекло0,06
Тяжелое вспененное стекло0,08
Пергаминовые изделия0,16
Перлитовые изделия0,051
Плиты на цементе и перлите0,085
Влажный песок 0%0,33
Влажный песок 0%0,97
Влажный песок 20%1,33
Обожженный камень1,52
Керамическая плитка1,03
Плитка марки ПМТБ-20,035
Полистирол0,081
Поролон0,04
Раствор на основе цемента без песка0,47
Плита из натуральной пробки0,042
Легкие листы из натуральной пробки0,034
Тяжелые листы из натуральной пробки0,05
Резиновые изделия0,15
Рубероид0,17
Сланец2,100
Снег1,5
Хвойная древесина влажностью 15%0,15
Хвойная смолистая древесина влажностью 15%0,23
Стальные изделия52
Стеклянные изделия1,15
Утеплитель стекловата0,05
Стекловолоконные утеплители0,034
Стеклотекстолитовые изделия0,31
Стружка0,13
Тефлоновое покрытие0,26
Толь0,24
Плита на основе цементного раствора1,93
Цементно-песчаный раствор1,24
Чугунные изделия57
Шлак в гранулах0,14
Шлак зольный0,3
Шлакобетонные блоки0,65
Сухие штукатурные смеси0,22
Штукатурный раствор на основе цемента0,95
Эбонитовые изделия0,15

Влажность и теплопроводимость – зависимость

Кроме того, необходимо учитывать теплопроводность утеплителей из-за их струйных тепловых потоков. В плотной среде возможно «переливание» квазичастиц из одного нагретого стройматериала в другой, более холодный или более теплый, через поры субмикронных размеров, что помогает распространять звук и тепло, даже если в этих порах будет абсолютный вакуум.

Просто о сложном: сравнительная таблица теплопроводности строительных материалов

Комфорт и уют в доме во многом зависят от грамотно рассчитанного теплообмена ещё на этапе строительства. Для этого учитывают всё. Чтобы расчёты были более точными, а сделать их было гораздо легче, применяется таблица теплопроводности строительных материалов. С её помощью можно рассчитать, насколько тепло будет в доме и насколько экономнее получится его отопление. Рассмотрим основные параметры теплопроводности различных материалов и методику вычисления подобной величины общей конструкции.

Что такое теплопроводность, термическое сопротивление и коэффициент теплопроводности

Что же за «зверь» − теплопроводность? Если «расшифровать» сложное физическое определение, то можно получить следующее пояснение. Теплопроводность – свойство, которым обладают все строительные материалы. Характеризуется способностью отдавать тепло от нагретого предмета более холодному. Чем быстрее и интенсивнее это происходит, тем холоднее сам материал, соответственно, и строение из него нуждается в более интенсивном обогреве. Что не очень эффективно, особенно в денежном плане.

Для оценки величины теплопроводности используются специальные коэффициенты, которые уже заранее выявлены. ГОСТ 30290-94 контролирует методы определения подобной характеристики. Последняя нераздельно связана с термическим сопротивлением, которое означает сопротивление слоя теплоотдачи. В случае многослойного материала оно рассчитывается как сумма термических сопротивлений отдельных слоёв. Сама же эта величина равна отношению толщины слоя к коэффициенту.

Внимание! Для упрощённого расчёта теплосопротивления стены в сети можно найти калькулятор с доступным и понятным интерфейсом.

Как видите, в определении теплопроводности нет ничего сложного и непонятного. Зная все подобные характеристики будущих материалов, можно составить «энергоэффективный бутерброд», но только при условии учёта всех обстоятельств, которые будут влиять на теплоэффективность каждого слоя конструкции.

Основные параметры, от которых зависит величина теплопроводности

Не все строительные материалы одинаково теплоэффективны. На это влияют следующие факторы:

    Пористая структура материала говорит о том, что подобное строение неоднородно, а поры наполнены воздухом. Тепловые массы, перемещаясь через такие прослойки, теряют минимум своей энергии. Поэтому пенобетон именно с замкнутыми порами считается хорошим теплоизолятором.

Замкнутые поры пенобетона наполнены воздухом, который по праву считается лучшим теплоизолятором

Повышенная плотность материала гарантирует более тесную взаимосвязь частиц друг с другом. Соответственно, уравновешивание температурного баланса происходит намного быстрее. По этой причине плотный материал обладает большим коэффициентом проводимости тепла. Поэтому железобетон считается одним из самых «холодных» материалов.

Высокая плотность даёт хорошую прочность железобетону, но также и «обделяет» его теплоэффективностью

  • Влажность – злокачественный фактор, повышающий скорость прохождения тепла. Поэтому так важно качественно произвести гидроизоляцию необходимых узлов здания, грамотно организовать вентиляцию и использовать максимально инертные к намоканию строительные материалы.
  • «Холодно, холодно и сыро. Не пойму, что же в нас остыло. » Даже Согдиана знает о том, что сырость и холод − вечные соседи, от которых не спрячешься в тёплом свитере

    Зная, что такое проводимость тепла, и какие факторы на неё влияют, можно смело пробовать применять свои знания для расчётов будущих строительных конструкций. Для этого нужно знать коэффициенты используемых материалов.

    Коэффициент теплопроводности строительных материалов – таблицы

    Теплоизоляционные свойства материалов прекрасно демонстрируют сводные таблицы, в которых представлены нормативные показатели.

    Таблица коэффициентов теплоотдачи материалов. Часть 1

    Таблица теплопроводности изоляционных материалов для бетонных полов

    Но эти таблицы теплопроводности материалов и утеплителей учли далеко не все значения. Рассмотрим подробнее теплоотдачу основных строительных материалов.

    Таблица теплопроводности кирпича

    Как уже успели убедиться, кирпич – не самый «тёплый» стеновой материал. По теплоэффективности он отстаёт от дерева, пенобетона и керамзита. Но при грамотном утеплении из него получаются уютные и тёплые дома.

    Сравнение теплопроводности строительных материалов по толщине (кирпич и пенобетон)

    Но не все виды кирпича имеют одинаковый коэффициент теплопроводности (λ). Например, у клинкерного он самый большой – 0,4−0,9 Вт/(м·К). Поэтому строить из него что-то нецелесообразно. Чаще всего его применяют при дорожных работах и укладке пола в технических зданиях. Самый малый коэффициент подобной характеристики у так называемой теплокерамики – всего 0,11 Вт/(м·К). Но подобное изделие также отличается и большой хрупкостью, что максимально минимизирует область его применения.

    Неплохое соответствие прочности и теплоэффективности у силикатных кирпичей. Но кладка из них также нуждается в дополнительном утеплении, и в зависимости от региона строительства, возможно, ещё и в утолщении стены. Ниже приведена сравнительная таблица значений проводимости тепла различными видами кирпичей.

    Теплопроводность разных видов кирпичей

    Таблица теплопроводности металлов

    Теплопроводность металлов не менее важна в строительстве, например, при выборе радиаторов отопления. Также без подобных значений не обойтись при сварке ответственных конструкций, производстве полупроводников и различных изоляторов. Ниже приведены сравнительные таблицы проводимости тепла различных металлов.

    Теплоэффективность разных видов металлов. Часть 3

    Таблица теплопроводности дерева

    Древесина в строительстве негласно относится к элитным материалам для возведения домов. И это не только из-за экологичности и высокой стоимости. Самые низкие коэффициенты теплопроводности у дерева. При этом подобные значения напрямую зависят от породы. Самый низкий коэффициент среди строительных пород имеет кедр (всего 0,095 Вт/(м∙С)) и пробка. Из последней строить дома очень дорого и проблемно. Но зато пробка для покрытия пола ценится из-за своей невысокой проводимости тепла и хороших звукоизоляционных качеств. Ниже представлены таблицы теплопроводности и прочности различных пород.

    Прочность разных пород древесины

    Таблица проводимости тепла бетонов

    Бетон в различных его вариациях является самым распространённым строительным материалом на сегодня, хотя и не является самым «тёплым». В строительстве различают конструкционные и теплоизоляционные бетоны. Из первых возводят фундаменты и ответственные узлы зданий с последующим утеплением, из вторых строят стены. В зависимости от региона к таковым либо применяется дополнительное утепление, либо нет.

    Сравнительная таблица теплоизоляционных бетонов и теплопроводности различных стеновых материалов

    Наиболее «тёплым» и прочным считает газобетон. Хотя это не совсем так. Если сравнивать структуру пеноблоков и газобетона, можно увидеть существенные различия. У первых поры замкнутые, когда же у газосиликатов большинство их открытые, как бы «рваные». Именно поэтому в ветреную погоду неутеплённый дом из газоблоков очень холодный. Эта же причина делает подобный лёгкий бетон более подверженным к воздействиям влаги.

    Какой коэффициент теплопроводности у воздушной прослойки

    В строительстве зачастую используют воздушные ветронепродуваемые прослойки, которые только увеличивают проводимость тепла всего здания. Также подобные продухи необходимы для вывода влаги наружу. Особое внимание проектированию подобных прослоек уделяется в пенобетонных зданиях различного назначения. У подобных прослоек также есть свой коэффициент теплопроводности в зависимости от их толщины.

    Таблица проводимости тепла воздушных прослоек

    Калькулятор расчёта толщины стены по теплопроводности

    На практике подобные данные применяют часто и не только профессиональными проектировщиками. Нет ни одного закона, запрещающего самостоятельно создавать проект своего будущего дома. Главное, чтобы тот соответствовал всем нормативам и СНиПам. Чтобы рассчитать теплопроводность стены, можно воспользоваться специальным калькулятором. Подобное «чудо прогресса» можно как установить к себе на компьютер в качестве приложения, так и воспользоваться услугой онлайн.

    Окно расчёта калькулятора

    В нём нет премудростей. Просто выбираешь необходимые данные и получаешь готовый результат.

    Расчёт толщины стен с использованием глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе

    Существуют и более сложные калькуляторы расчёта, где учитываются все слои стен, пример подобного расчётного «механизма» показан на фото ниже.

    Расчёт проводимости тепла всех прослоек стен

    Конечно, теплоэффективность будущего здания – это вопрос, требующий пристального внимания. Ведь от него зависит, насколько тепло будет в доме и насколько экономно будет его отапливать. Для каждого климатического региона существуют свои нормы коэффициентов теплопроводности ограждающих конструкций. Можно рассчитать самостоятельно теплоэффективность, но если возникают проблемы, лучше обратиться за помощью к специалистам.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector