Таблица коэффициентов теплопроводности различных строительных материалов. Теплопроводность и коэффициент теплопроводности. Что это такое. Теплопроводность материалов: параметры
Одним из важнейших показателей строительных материалов, особенно в условиях российского климата, является их теплопроводность, которая в общем виде определяется как способность тела к теплообмену (то есть распределению тепла от более горячей среды к более холодной).
В данном случае более холодная среда – это улица, а горячая – внутреннее пространство (летом зачастую наоборот). Сравнительная характеристика приведена в таблице:
Коэффициент рассчитывается как количество тепла, которое пройдет через материал толщиной 1 метр за 1 час при разнице температур внутри и снаружи на 1 градус Цельсия. Соответственно, единицей измерения строительных материалов является Вт/ (м*оС) – 1 Ватт, разделенный на произведение метра и градуса.
Материал | Теплопроводность,Вт/(м·град) | Теплоемкость,Дж/(кг·град) | Плотность,кг/м3 |
Асбестоцемент | 27759 | 1510 | 1500-1900 |
Асбестоцементный лист | 0.41 | 1510 | 1601 |
Асбозурит | 0.14-0.19 | — | 400-652 |
Асбослюда | 0.13-0.15 | — | 450-625 |
Асботекстолит Г (ГОСТ 5-78) | — | 1670 | 1500-1710 |
Асфальт | 0.71 | 1700-2100 | 1100-2111 |
Асфальтобетон (ГОСТ 9128-84) | 42856 | 1680 | 2110 |
Асфальт в полах | 0.8 | — | — |
Ацеталь (полиацеталь,полиформальдегид) POM | 0.221 | — | 1400 |
Береза | 0.151 | 1250 | 510-770 |
Бетон легкий с природной пемзой | 0.15-0.45 | — | 500-1200 |
Бетон на зольном гравии | 0.24-0.47 | 840 | 1000-1400 |
Бетон на каменном щебне | 0.9-1.5 | — | 2200-2500 |
Бетон на котельном шлаке | 0.57 | 880 | 1400 |
Бетон на песке | 0.71 | 710 | 1800-2500 |
Бетон на топливных шлаках | 0.3-0.7 | 840 | 1000-1800 |
Бетон силикатный плотный | 0.81 | 880 | 1800 |
Битумоперлит | 0.09-0.13 | 1130 | 300-410 |
Блок газобетонный | 0.15-0.3 | — | 400-800 |
Блок керамический поризованный | 0.2 | — | — |
Вата минеральная легкая | 0.045 | 920 | 50 |
Вата минеральная тяжелая | 0.055 | 920 | 100-150 |
пенобетон, газо- и пеносиликат | 0.08-0.21 | 840 | 300-1000 |
Газо- и пенозолобетон | 0.17-0.29 | 840 | 800-1200 |
Гетинакс | 0.230 | 1400 | 1350 |
Гипс формованный сухой | 0.430 | 1050 | 1100-1800 |
Гипсокартон | 0.12-0.2 | 950 | 500-900 |
Гипсоперлитовый раствор | 0.140 | — | — |
Глина | 0.7-0.9 | 750 | 1600-2900 |
Глина огнеупорная | 42826 | 800 | 1800 |
Гравий (наполнитель) | 0.4-0.930 | 850 | 1850 |
Гравий керамзитовый (ГОСТ 9759-83) — засыпка | 0.1-0.18 | 840 | 200-800 |
Гравий шунгизитовый (ГОСТ 19345-83) — засыпка | 0.11-0.160 | 840 | 400-800 |
Гранит (облицовка) | 42858 | 880 | 2600-3000 |
Грунт 10% воды | 27396 | — | — |
Грунт песчаный | 42370 | 900 | — |
Грунт сухой | 0.410 | 850 | 1500 |
Гудрон | 0.30 | — | 950-1030 |
Железо | 70-80 | 450 | 7870 |
Железобетон | 42917 | 840 | 2500 |
Железобетон набивной | 20090 | 840 | 2400 |
Зола древесная | 0.150 | 750 | 780 |
Золото | 318 | 129 | 19320 |
Каменноугольная пыль | 0.1210 | — | 730 |
Камень керамический поризованный | 0.14-0.1850 | — | 810-840 |
Картон гофрированный | 0.06-0.07 | 1150 | 700 |
Картон облицовочный | 0.180 | 2300 | 1000 |
Картон парафинированный | 0.0750 | — | — |
Картон плотный | 0.1-0.230 | 1200 | 600-900 |
Картон пробковый | 0.0420 | — | 145 |
Картон строительный многослойный | 0.130 | 2390 | 650 |
Картон термоизоляционный | 0.04-0.06 | — | 500 |
Каучук натуральный | 0.180 | 1400 | 910 |
Каучук твердый | 0.160 | — | — |
Каучук фторированный | 0.055-0.06 | — | 180 |
Кедр красный | 0.095 | — | 500-570 |
Керамзит | 0.16-0.2 | 750 | 800-1000 |
Керамзитобетон легкий | 0.18-0.46 | — | 500-1200 |
Кирпич доменный (огнеупорный) | 0.5-0.8 | — | 1000-2000 |
Кирпич диатомовый | 0.8 | — | 500 |
Кирпич изоляционный | 0.14 | — | — |
Кирпич карборундовый | — | 700 | 1000-1300 |
Кирпич красный плотный | 0.67 | 840-880 | 1700-2100 |
Кирпич красный пористый | 0.440 | — | 1500 |
Кирпич клинкерный | 0.8-1.60 | — | 1800-2000 |
Кирпич кремнеземный | 0.150 | — | — |
Кирпич облицовочный | 0.930 | 880 | 1800 |
Кирпич пустотелый | 0.440 | — | — |
Кирпич силикатный | 0.5-1.3 | 750-840 | 1000-2200 |
Кирпич силикатный с тех. пустотами | 0.70 | — | — |
Кирпич силикатный щелевой | 0.40 | — | — |
Кирпич сплошной | 0.670 | — | — |
Кирпич строительный | 0.23-0.30 | 800 | 800-1500 |
Кирпич трепельный | 0.270 | 710 | 700-1300 |
Кирпич шлаковый | 0.580 | — | 1100-1400 |
Листы пробковые тяжелые | 0.05 | — | 260 |
Магнезия в форме сегментов для изоляции труб | 0.073-0.084 | — | 220-300 |
Мастика асфальтовая | 0.70 | — | 2000 |
Маты, холсты базальтовые | 0.03-0.04 | — | 25-80 |
Маты минераловатные прошивные | 0.048-0.056 | 840 | 50-125 |
Нейлон | 0.17-0.24 | 1600 | 1300 |
Опилки древесные | 0.07-0.093 | — | 200-400 |
Пакля | 0.05 | 2300 | 150 |
Панели стеновые из гипса | 0.29-0.41 | — | 600-900 |
Парафин | 0.270 | — | 870-920 |
Паркет дубовый | 0.420 | 1100 | 1800 |
Паркет штучный | 0.230 | 880 | 1150 |
Паркет щитовой | 0.170 | 880 | 700 |
Пемза | 0.11-0.16 | — | 400-700 |
Пемзобетон | 0.19-0.52 | 840 | 800-1600 |
Пенобетон | 0.12-0.350 | 840 | 300-1250 |
Пенопласт резопен ФРП-1 | 0.041-0.043 | — | 65-110 |
Пенополиуретановые панели | 0.025 | — | — |
Пеносиликальцит | 0.122-0.320 | — | 400-1200 |
Пеностекло легкое | 0.045-0.07 | — | 100..200 |
Пеностекло или газо-стекло | 0.07-0.11 | 840 | 200-400 |
Пенофол | 0.037-0.039 | — | 44-74 |
Пергамент | 0.071 | — | — |
Песок 0% влажности | 0.330 | 800 | 1500 |
Песок 10% влажности | 0.970 | — | — |
Песок 20% влажности | 12055 | — | — |
Плита пробковая | 0.043-0.055 | 1850 | 80-500 |
Плитка облицовочная, кафельная | 42856 | — | 2000 |
Полиуретан | 0.320 | — | 1200 |
Полиэтилен высокой плотности | 0.35-0.48 | 1900-2300 | 955 |
Полиэтилен низкой плотности | 0.25-0.34 | 1700 | 920 |
Поролон | 0.04 | — | 34 |
Портландцемент (раствор) | 0.470 | — | — |
Прессшпан | 0.26-0.22 | — | — |
Пробка гранулированная | 0.038 | 1800 | 45 |
Пробка минеральная на битумной основе | 0.073-0.096 | — | 270-350 |
Пробка техническая | 0.037 | 1800 | 50 |
Пробковое покрытие для полов | 0.078 | — | 540 |
Ракушечник | 0.27-0.63 | 835 | 1000-1800 |
Раствор гипсовый затирочный | 0.50 | 900 | 1200 |
Резина пористая | 0.05-0.17 | 2050 | 160-580 |
Рубероид (ГОСТ 10923-82) | 0.17 | 1680 | 600 |
Стекловата | 0.03 | 800 | 155-200 |
Стекловолокно | 0.040 | 840 | 1700-2000 |
Туфобетон | 0.29-0.64 | 840 | 1200-1800 |
Уголь каменный обыкновенный | 0.24-0.27 | — | 1200-1350 |
Шлакопемзобетон (термозитобетон) | 0.23-0.52 | 840 | 1000-1800 |
Штукатурка гипсовая | 0.30 | 840 | 800 |
Щебень из доменного шлака | 0.12-0.18 | 840 | 400-800 |
Эковата | 0.032-0.041 | 2300 | 35-60 |
Сравнение теплопроводности строительных материалов, а также их плотности и паропроницаемости представлено в таблице.
Жирным шрифтом выделены наиболее эффективные материалы, применяющиеся в строительстве домов.
Ниже представлена наглядная схема, из которой легко увидеть, какую толщину должна иметь стена из разных материалов, чтобы она удерживала одинаковое количество тепла.
Очевидно, что по этому показателю преимущество за искусственными материалами (например, пенополистиролом).
Примерно такую же картину можно увидеть, если составить диаграмму строительных материалов, которые наиболее часто применяются в работе.
При этом большое значение имеют условия окружающей среды. Ниже приведена таблица теплопроводности строительных материалов, которые эксплуатируются:
- в обычных условиях (А);
- в условиях повышенной влажности (Б);
- в условиях засушливого климата.
Данные взяты на основе соответствующих строительных норм и правил (СНиП II-3-79), а также из открытых интернет-источников (веб-страницы производителей соответствующих материалов). Если данные по конкретным условиям эксплуатации отсутствуют, то поле в таблице не заполнено.
Чем больше показатель, тем больше тепла он пропускает при прочих равных условиях. Так, у некоторых видов пенополистирола этот показатель равен 0,031, а у пенополиуретана – 0,041. С другой стороны, у бетона коэффициент на порядок выше – 1,51, следовательно, он пропускает тепло значительно лучше, чем искусственные материалы.
Сравнительные потери тепла через разные поверхности дома можно увидеть на схеме (100% — общие потери).
Очевидно, что большая часть уходит именно из стен, поэтому отделка этой части помещения – наиболее важная задача, особенно в условиях северного климата.
Видео для справки
Применение материалов с небольшой теплопроводностью в утеплении домов
В основном сегодня используются искусственные материалы – пенопласт, минеральная вата, пенополиуретан, пенополистирол и другие. Они очень эффективны, доступны по цене и достаточно легко монтируются, не требуя особых навыков работы.
- при возведении стен (требуется меньшая их толщина, поскольку основную нагрузку по сбережению тепла берут на себя именно теплоизоляционные материалы);
- при обслуживании дома (тратится меньше ресурсов на отопление).
Пенопласт
Это один из лидеров в своей категории, который широко используется в утеплении стен как снаружи, так и внутри. Коэффициент составляет примерно 0,052-0,055 Вт/(оС*м).
Как выбрать качественный утеплитель
При выборе конкретного образца важно обращать внимание на маркировке – именно она содержит все основные сведения, влияющие на свойства.
Например, ПСБ-С-15 означает следующее:
Минеральная вата
Еще один довольно распространенный утеплитель, который применяется как во внутренней, так и в наружной отделке помещений, – это минеральная вата.
Материал достаточно долговечный, недорогой и несложен в монтаже. Вместе с тем, в отличие от пенопласта, она хорошо впитывает влагу, поэтому при ее использовании необходимо применять и гидроизоляционные материалы, что удорожает монтажные работы.
Строительство любого дома, будь то коттедж или скромный дачный домик, должно начинаться с разработки проекта. На этом этапе закладывается не только архитектурный облик будущего строения, но и его конструктивные и теплотехнические характеристики.
Основной задачей на этапе проекта будет не только разработка прочных и долговечных конструктивных решений, способных поддерживать наиболее комфортный микроклимат с минимальными затратами. Помочь определиться с выбором может сравнительная таблица теплопроводности материалов.
Понятие теплопроводности
В общих чертах процесс теплопроводности характеризуется передачей тепловой энергии от более нагретых частиц твердого тела к менее нагретым. Процесс будет идти до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие. Другими словами, пока не сравняются температуры.
Применительно к ограждающим конструкциям дома (стены, пол, потолок, крыша) процесс теплопередачи будет определяться временем, в течение которого температура внутри помещения сравняется с температурой окружающей среды.
Чем более продолжителен по времени будет этот процесс, тем помещение будет более комфортным по ощущениям и экономичным по эксплуатационным расходам.
Численно процесс переноса тепла характеризуется коэффициентом теплопроводности. Физический смысл коэффициента показывает, какое количество тепла за единицу времени проходит через единицу поверхности. Т.е. чем выше значение этого показателя, тем лучше проводится тепло, значит, тем быстрее будет происходить процесс теплообмена.
Соответственно, на этапе проектных работ необходимо спроектировать конструкции, теплопроводность которых должна иметь по возможности наименьшее значение.
Вернуться к оглавлению
Факторы, влияющие на величину теплопроводности
Теплопроводность материалов, используемых в строительстве, зависит от их параметров:
- Пористость - наличие пор в структуре материала нарушает его однородность. При прохождении теплового потока часть энергии передается через объем, занятый порами и заполненный воздухом. Принято за отсчетную точку принимать теплопроводность сухого воздуха (0,02 Вт/(м*°С)). Соответственно, чем больший объем будет занят воздушными порами, тем меньше будет теплопроводность материала.
- Структура пор - малый размер пор и их замкнутый характер способствуют снижению скорости теплового потока. В случае использования материалов с крупными сообщающимися порами в дополнение к теплопроводности в процессе переноса тепла будут участвовать процессы передачи тепла конвекцией.
- Плотность - при больших значениях частицы более тесно взаимодействуют друг с другом и в большей степени способствуют передаче тепловой энергии. В общем случае значения теплопроводности материала в зависимости от его плотности определяются либо на основе справочных данных, либо эмпирически.
- Влажность - значение теплопроводности для воды составляет (0,6 Вт/(м*°С)). При намокании стеновых конструкций или утеплителя происходит вытеснение сухого воздуха из пор и замещение его каплями жидкости или насыщенным влажным воздухом. Теплопроводность в этом случае значительно увеличится.
- Влияние температуры на теплопроводность материала отражается через формулу:
λ=λо*(1+b*t), (1)
где, λо - коэффициент теплопроводности при температуре 0 °С, Вт/м*°С;
b - справочная величина температурного коэффициента;
t - температура.
Вернуться к оглавлению
Практическое применение значения теплопроводности строительных материалов
Из понятия теплопроводности напрямую вытекает понятие толщины слоя материала для получения необходимого значения сопротивления теплового потока. Тепловое сопротивление - нормируемая величина.
Упрощенная формула, определяющая толщину слоя, будет иметь вид:
где, H - толщина слоя, м;
R - сопротивление теплопередаче, (м2*°С)/Вт;
λ - коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°С).
Данная формула применительно к стене или перекрытию имеет следующие допущения:
- ограждающая конструкция имеет однородное монолитное строение;
- используемые стройматериалы имеют естественную влажность.
При проектировании необходимые нормируемые и справочные данные берутся из нормативной документации:
- СНиП23-01-99 - Строительная климатология;
- СНиП 23-02-2003 - Тепловая защита зданий;
- СП 23-101-2004 - Проектирование тепловой защиты зданий.
Вернуться к оглавлению
Теплопроводность материалов: параметры
Принято условное разделение материалов, применяемых в строительстве, на конструкционные и теплоизоляционные.
Конструкционные материалы применяются для возведения ограждающих конструкций (стен, перегородок, перекрытий). Они отличаются большими значениями теплопроводности.
Значения коэффициентов теплопроводности сведены в таблицу 1:
Таблица 1
Подставляя в формулу (2) данные, взятые из нормативной документации, и данные из Таблицы 1, можно получить требуемую толщину стен для конкретного климатического района.
При выполнении стен только из конструкционных материалов без использования теплоизоляции их необходимая толщина (в случае использования железобетона) может достигать нескольких метров. Конструкция в этом случае получится непомерно большой и громоздкой.
Допускают возведение стен без использования дополнительного утепления, пожалуй, только пенобетон и дерево. И даже в этом случае толщина стены достигает полуметра.
Теплоизоляционные материалы имеют достаточно малые величины значения коэффициента теплопроводности.
Основной их диапазон лежит в пределах от 0,03 до 0,07 Вт/(м*°С). Наиболее распространенные материалы - это экструдированный пенополистирол, минеральная вата, пенопласт, стекловата, утепляющие материалы на основе пенополиуретана. Их использование позволяет значительно снизить толщину ограждающих конструкций.
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.
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).
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.
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:
τ х ∂ q / ∂ t = − (q + ϰ х ∇T) .
Если релаксация τ мгновенная, то формула превращается в закон Фурье.
Ориентировочная таблица теплопроводности материалов:
Основа | Значение теплопроводности, Вт/(м К) |
Жесткий графен | 4840 + / – 440 – 5300 + / – 480 |
Алмаз | 1001-2600 |
Графит | 278,4-2435 |
Бора арсенид | 200-2000 |
SiC | 490 |
Ag | 430 |
Cu | 401 |
BeO | 370 |
Au | 320 |
Al | 202-236 |
AlN | 200 |
BN | 180 |
Si | 150 |
Cu 3 Zn 2 | 97-111 |
Cr | 107 |
Fe | 92 |
Pt | 70 |
Sn | 67 |
ZnO | 54 |
Черная сталь | 47-58 |
Pb | 35,3 |
Нержавейка | Теплопроводность стали – 15 |
SiO2 | 8 |
Высококачественные термостойкие пасты | 5-12 |
Гранит (состоит из SiO 2 68-73 %; Al 2 O 3 12,0-15,5 %; Na 2 O 3,0-6,0 %; CaO 1,5-4,0 %; FeO 0,5-3,0 %; Fe 2 O 3 0,5-2,5 %; К 2 О 0,5-3,0 %; MgO 0,1-1,5 %; TiO 2 0,1-0,6 %) | 2,4 |
Бетонный раствор без заполнителей | 1,75 |
Бетонный раствор со щебнем или с гравием | 1,51 |
Базальт (состоит из SiO 2 – 47-52%, TiO 2 – 1-2,5%, Al2O 3 – 14-18%, Fe 2 O 3 – 2-5%, FeO – 6-10%, MnO – 0,1-0,2%, MgO – 5-7%, CaO – 6-12%, Na 2 O – 1,5-3%, K 2 O – 0,1-1,5%, P 2 O 5 – 0,2-0,5 %) | 1,3 |
Стекло (состоит из SiO 2 , B 2 O 3 , P 2 O 5 , TeO 2 , GeO 2 , AlF 3 и т.д.) | 1-1,15 |
Термостойкая паста КПТ-8 | 0,7 |
Бетонный раствор с наполнителем из песка, без щебня или гравия | 0,7 |
Вода чистая | 0,6 |
Силикатный или красный кирпич | 0,2-0,7 |
Масла на основе силикона | 0,16 |
Пенобетон | 0,05-0,3 |
Газобетон | 0,1-0,3 |
Дерево | Теплопроводность дерева – 0,15 |
Масла на основе нефти | 0,125 |
Снег | 0,10-0,15 |
ПП с группой горючести Г1 | 0,039-0,051 |
ЭППУ с группой горючести Г3, Г4 | 0,03-0,033 |
Стеклянная вата | 0,032-0,041 |
Вата каменная | 0,035-0,04 |
Воздушная атмосфера (300 К, 100 кПа) | 0,022 |
Гель на основе воздуха | 0,017 |
Аргон (Ar) | 0,017 |
Вакуумная среда | 0 |
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.
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).
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:
Стройматериалы | Коэффициент теплопроводимости, Вт/(м 2 К) |
Плиты из алебастра | 0,47 |
Al | 230 |
Шифер асбоцементный | 0,35 |
Асбест (волокно, ткань) | 0,15 |
Асбоцемент | 1,76 |
Асбоцементные изделия | 0,35 |
Асфальт | 0,73 |
Асфальт для напольного покрытия | 0,84 |
Бакелит | 0,24 |
Бетон с заполнителем щебнем | 1,3 |
Бетон с заполнителем песком | 0,7 |
Пористый бетон – пено- и газобетон | 1,4 |
Сплошной бетон | 1,75 |
Термоизоляционный бетон | 0,18 |
Битумная масса | 0,47 |
Бумажные материалы | 0,14 |
Рыхлая минвата | 0,046 |
Тяжелая минвата | 0,05 |
Вата – теплоизолятор на основе хлопка | 0,05 |
Вермикулит в плитах или листах | 0,1 |
Войлок | 0,046 |
Гипс | 0,35 |
Глиноземы | 2,33 |
Гравийный заполнитель | 0,93 |
Гранитный или базальтовый заполнитель | 3,5 |
Влажный грунт, 10% | 1,75 |
Влажный грунт, 20% | 2,1 |
Песчаники | 1,16 |
Сухая почва | 0,4 |
Уплотненный грунт | 1,05 |
Гудроновая масса | 0,3 |
Доска строительная | 0,15 |
Фанерные листы | 0,15 |
Твердые породы дерева | 0,2 |
ДСП | 0,2 |
Дюралюминиевые изделия | 160 |
Железобетонные изделия | 1,72 |
Зола | 0,15 |
Известняковые блоки | 1,71 |
Раствор на песке и извести | 0,87 |
Смола вспененная | 0,037 |
Природный камень | 1,4 |
Картонные листы из нескольких слоев | 0,14 |
Каучук пористый | 0,035 |
Каучук | 0,042 |
Каучук с фтором | 0,053 |
Керамзитобетонные блоки | 0,22 |
Красный кирпич | 0,13 |
Пустотелый кирпич | 0,44 |
Полнотелый кирпич | 0,81 |
Сплошной кирпич | 0,67 |
Шлакокирпич | 0,58 |
Плиты на основе кремнезема | 0,07 |
Латунные изделия | 110 |
Лед при температуре 0 0 С | 2,21 |
Лед при температуре -20 0 С | 2,44 |
Лиственное дерево при влажности 15% | 0,15 |
Медные изделия | 380 |
Мипора | 0,086 |
Опилки для засыпки | 0,096 |
Сухие опилки | 0,064 |
ПВХ | 0,19 |
Пенобетон | 0,3 |
Пенопласт марки ПС-1 | 0,036 |
Пенопласт марки ПС-4 | 0,04 |
Пенопласт марки ПХВ-1 | 0,05 |
Пенопласт марки ФРП | 0,044 |
ППУ марки ПС-Б | 0,04 |
ППУ марки ПС-БС | 0,04 |
Лист из пенополиуретана | 0,034 |
Панель из пенополиуретана | 0,024 |
Облегченное пеностекло | 0,06 |
Тяжелое вспененное стекло | 0,08 |
Пергаминовые изделия | 0,16 |
Перлитовые изделия | 0,051 |
Плиты на цементе и перлите | 0,085 |
Влажный песок 0% | 0,33 |
Влажный песок 0% | 0,97 |
Влажный песок 20% | 1,33 |
Обожженный камень | 1,52 |
Керамическая плитка | 1,03 |
Плитка марки ПМТБ-2 | 0,035 |
Полистирол | 0,081 |
Поролон | 0,04 |
Раствор на основе цемента без песка | 0,47 |
Плита из натуральной пробки | 0,042 |
Легкие листы из натуральной пробки | 0,034 |
Тяжелые листы из натуральной пробки | 0,05 |
Резиновые изделия | 0,15 |
Рубероид | 0,17 |
Сланец | 2,100 |
Снег | 1,5 |
Хвойная древесина влажностью 15% | 0,15 |
Хвойная смолистая древесина влажностью 15% | 0,23 |
Стальные изделия | 52 |
Стеклянные изделия | 1,15 |
Утеплитель стекловата | 0,05 |
Стекловолоконные утеплители | 0,034 |
Стеклотекстолитовые изделия | 0,31 |
Стружка | 0,13 |
Тефлоновое покрытие | 0,26 |
Толь | 0,24 |
Плита на основе цементного раствора | 1,93 |
Цементно-песчаный раствор | 1,24 |
Чугунные изделия | 57 |
Шлак в гранулах | 0,14 |
Шлак зольный | 0,3 |
Шлакобетонные блоки | 0,65 |
Сухие штукатурные смеси | 0,22 |
Штукатурный раствор на основе цемента | 0,95 |
Эбонитовые изделия | 0,15 |
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.
Строительство коттеджа или дачного дома - это сложный и трудоемкий процесс. И для того, чтобы будущее строение простояло не один десяток лет, нужно соблюдать все нормы и стандарты при его возведении. Поэтому каждый этап строительства требует точных расчетов и качественного выполнения необходимых работ.
Одним из самых важных показателей при строительстве и отделке строения является теплопроводность строительных материалов. СНИП (строительные нормы и правила) дает полный спектр информации по данному вопросу. Ее необходимо знать, чтобы будущее здание было комфортным для проживания как в летний, так и в зимний период.
Идеальный теплый дом
От конструктивных особенностей строения и применяемых при его возведении материалов зависит комфорт и экономичность проживания в нем. Комфорт заключается в создании оптимального микроклимата внутри вне зависимости от внешних погодных условий и температуры окружающей среды. Если материалы подобраны правильно, а котельное оборудование и вентиляция установлены согласно нормам, то в таком доме будет комфортная прохладная температура летом и тепло зимой. К тому же если все материалы, используемые при строительстве, обладают хорошими теплоизоляционными свойствами, то расходы на энергоносители при отоплении помещений будут минимальны.
Понятие теплопроводности
Теплопроводность - это передача тепловой энергии между непосредственно соприкасающимися телами или средами. Простыми словами теплопроводность - это способность материала проводить температуру. То есть, попадая в какую-то среду с отличающейся температурой, материал начинает принимать температуру этой среды.
Этот процесс имеет большое значение и в строительстве. Так, в доме с помощью отопительного оборудования поддерживается оптимальная температура (20-25°C). Если температура на улице будет ниже, то когда отключается отопление, все тепло из дома через некоторое время выйдет на улицу, и температура понизится. Летом происходит обратная ситуация. Чтобы сделать температуру в доме ниже уличной, приходится использовать кондиционер.
Коэффициент теплопроводности
Потеря тепла в доме неизбежна. Она происходит постоянно, когда температура снаружи меньше, чем в помещении. А вот ее интенсивность - это переменная величина. Она зависит от множества факторов, главными среди которых являются:
- Площадь поверхностей, участвующих в теплообмене (крыша, стены, перекрытия, пол).
- Показатель теплопроводности строительных материалов и отдельных элементов здания (окна, двери).
- Разница между температурами на улице и внутри дома.
- И другие.
Для количественной характеристики теплопроводности строительных материалов используют специальный коэффициент. Используя этот показатель, можно довольно просто рассчитать необходимую теплоизоляцию для всех частей дома (стены, крыша, перекрытия, пол). Чем выше коэффициент теплопроводности строительных материалов, тем больше интенсивность потери тепла. Таким образом, для постройки теплого дома лучше применять материалы с более низким показателем этой величины.
Коэффициент теплопроводности строительных материалов, как и любых других веществ (жидких, твердых или газообразных), обозначается греческой буквой λ. Единицей его измерения является Вт/(м*°C). При этом расчет ведется на один квадратный метр стены толщиной в один метр. Разница температур здесь берется 1°. Практически в любом строительном справочнике имеется таблица теплопроводности строительных материалов, в которой можно посмотреть значение этого коэффициента для различных блоков, кирпичей, бетонных смесей, пород дерева и других материалов.
Определение потерь тепла
Потери тепла в любом здании всегда есть, но в зависимости от материала они могут изменять свое значение. В среднем потеря тепла происходит через:
- Крышу (от 15 % до 25 %).
- Стены (от 15 % до 35 %).
- Окна (от 5 % до 15 %).
- Дверь (от 5 % до 20 %).
- Пол (от 10 % до 20 %).
Для определения потерь тепла применяют специальный тепловизор, который определяет наиболее проблемные места. Они выделяются на нем красным цветом. Меньшая потеря тепла происходит в желтых зонах, далее - в зеленых. Зоны с наименьшей потерей тепла выделяются синим цветом. А определение теплопроводности строительных материалов должно проводиться в специальных лабораториях, о чем должен свидетельствовать сертификат качества, прилагаемый к продукции.
Пример расчета потерь тепла
Если взять, к примеру, стену из материала с коэффициентом теплопроводности 1, то при разности температур с двух сторон этой стены в 1°, потери тепла составят 1 Вт. Если же толщину стены взять не 1 метр, а 10 см, то потери составят уже 10 Вт. В случае, если разность температур будет 10°, то тепловые потери также составят 10 Вт.
Рассмотрим теперь на конкретном примере расчет потери тепла целого здания. Высоту его возьмем 6 метров (8 с коньком), ширину - 10 метров, а длину - 15 метров. Для простоты расчетов берем 10 окон площадью 1 м 2 . Температуру внутри помещения будем считать равную 25°C, а на улице -15°C. Вычисляем площадь всех поверхностей, через которые происходит потеря тепла:
- Окна - 10 м 2 .
- Пол - 150 м 2 .
- Стены - 300 м 2 .
- Крыша (со скатами по длинной стороне) - 160 м 2 .
Формула теплопроводности строительных материалов позволяет вычислить коэффициенты для всех частей здания. Но проще использовать уже готовые данные из справочника. Там есть таблица теплопроводности строительных материалов. Рассмотрим каждый элемент по отдельности и определим его тепловое сопротивление. Оно рассчитывается по формуле R = d/λ, где d - толщина материала, а λ - коэффициент его теплопроводности.
Пол - 10 см бетона (R=0,058 (м 2 *°C)/Вт) и 10 см минеральной ваты (R=2,8 (м 2 *°C)/Вт). Теперь складываем эти два показателя. Таким образом, тепловое сопротивление пола равняется 2,858 (м 2 *°C)/Вт.
Аналогично считаются стены, окна и кровля. Материал - ячеистый бетон (газобетон), толщина 30 см. В таком случае R=3,75 (м 2 *°C)/Вт. Тепловое сопротивление пластового окна - 0,4 (м 2 *°C)/Вт.
Следующая формула позволяет выяснить потери тепловой энергии.
Q = S * T / R, где S - площадь поверхности, T - разница температур снаружи и внутри (40°C). Рассчитаем потери тепла для каждого элемента:
- Для крыши: Q = 160*40/2,8=2,3 кВт.
- Для стен: Q = 300*40/3,75=3,2 кВт.
- Для окон: Q = 10*40/0,4=1 кВт.
- Для пола: Q = 150*40/2,858=2,1 кВт.
Далее все эти показатели суммируются. Таким образом, для данного коттеджа тепловые потери составят 8,6 кВт. А для поддержания оптимальной температуры потребуется котельное оборудование мощностью не менее 10 кВт.
Материалы для внешних стен
На сегодняшний день существует множество стеновых строительных материалов. Но наибольшей популярностью в частном домостроении по-прежнему пользуются строительные блоки, кирпичи и дерево. Основные отличия - это плотность и теплопроводность строительных материалов. Сравнение дает возможность выбрать золотую середину в соотношении плотность/теплопроводность. Чем выше плотность материала, тем выше его несущая способность, а следовательно, и прочность конструкции в целом. Но при этом ниже его тепловое сопротивление, а как следствие, расходы на энергоносители выше. С другой стороны, чем выше тепловое сопротивление, тем ниже плотность материала. Меньшая плотность, как правило, подразумевает наличие пористой структуры.
Чтобы взвесить все за и против, необходимо знать плотность материала и его коэффициент теплопроводности. Следующая таблица теплопроводности строительных материалов для стен дает значение этого коэффициента и его плотность.
Материал | Теплопроводность, Вт/(м*°C) | Плотность, т/м 3 |
Железобетон | ||
Керамзитобетонные блоки | ||
Керамический кирпич | ||
Силикатный кирпич | ||
Газобетонные блоки | ||
Утеплители для стен
При недостаточной тепловой сопротивляемости внешних стен могут применяться различные утеплители. Так как значения теплопроводности строительных материалов для утепления могут иметь весьма низкий показатель, то чаще всего толщины в 5-10 см будет достаточно для создания комфортной температуры и микроклимата в помещениях. Широкое применение на сегодняшний день получили такие материалы, как минеральная вата, пенополистирол, пенопласт, пенополиуритан и пеностекло.
Следующая таблица теплопроводности строительных материалов, используемых для утепления наружных стен, дает значение коэффициента λ.
Особенности применения стеновых утеплителей
Применение утеплителей для наружных стен имеет некоторые ограничения. Это прежде всего связанно с таким параметром, как паропроницаемость. Если стена сделана из пористого материала, такого как газобетон, пенобетон или керамзитобетон, то применять лучше минеральную вату, так как этот параметр у них практически одинаковый. Использование пенополистирола, пенополиуритана или пеностекла возможно только при наличии специального вентиляционного зазора между стеной и утеплителем. Для дерева это также критично. А вот для кирпичных стен данный параметр не так критичен.
Теплая кровля
Утепление кровли позволяет избежать ненужных перерасходов при отоплении дома. Для этого могут применяться все виды утеплителей как листового формата, так и напыляемые (пенополиуритан). При этом не следует забывать про пароизоляцию и гидроизоляцию. Это весьма важно, так как мокрый утеплитель (минеральная вата) теряет свои свойства по тепловой сопротивляемости. Если же кровля не утепляется, то необходимо основательно утеплить перекрытие между чердаком и последним этажом.
Пол
Утепление пола весьма важный этап. При этом также необходимо применять пароизоляцию и гидроизоляцию. В качестве утеплителя используется более плотный материал. Он, соответственно, имеет более высокий коэффициент теплопроводности, чем кровельный. Дополнительной мерой для утепления пола может послужить подвал. Наличие воздушной прослойки позволяет повысить тепловую защиту дома. А оборудование системы теплого пола (водяного или электрического) дает дополнительный источник тепла.
Заключение
При строительстве и отделке фасада необходимо руководствоваться точными расчетами по тепловым потерям и учитывать параметры используемых материалов (теплопроводность, паропроницаемость и плотность).
Таблица теплопроводности строительных материалов необходима при проектировании защиты здания от теплопотерь согласно нормативам СНиП от 2003 года под номером 23-02. Этими мероприятиями обеспечивается снижение эксплуатационного бюджета, поддержание круглогодичного комфортного микроклимата внутри помещений. Для удобства пользователей все данные сведены в таблицы, даны параметры для нормальной эксплуатации, условий повышенной влажности, так как, некоторые материалы при увеличении этого параметра резко снижают свойства.
Теплопроводность является одним из способов потерь тепла жилыми помещениями. Эта характеристика выражается количеством тепла, способным проникнуть сквозь единицу площади материала (1 м 2) за секунду при стандартной толщине слоя (1 м). Физики объясняют выравнивание температур различных тел, объектов путем теплопроводности природным стремлением к термодинамическому равновесию всех материальных веществ. Таким образом, каждый индивидуальный застройщик, отапливая помещение в зимний период, получает потери тепловой энергии, уходящей из жилища сквозь наружные стены, полы, окна, кровлю. Чтобы сократить расход энергоносителя для обогрева помещений, сохранив внутри них комфортный для эксплуатации микроклимат, необходимо рассчитать толщину всех ограждающих конструкций на этапе проектирования. Это позволит сократить бюджет строительства. Таблица теплопроводности строительных материалов позволяет использовать точные коэффициенты для стеновых конструкционных материалов. Нормативы СНиП регламентируют сопротивление фасадов коттеджа передаче тепла холодному воздуху улицы в пределах 3,2 единиц. Перемножив эти значения, можно получить необходимую толщину стены, чтобы определиться с количеством материала. Например, при выборе ячеистого бетона с коэффициентом 0,12 единиц достаточно кладки в один блок длиной 0,4 м. используя более дешевые блоки из этого же материала с коэффициентом 0,16 единиц, потребуется сделать стену толще – 0,52 м. Коэффициент теплопроводности сосны, ели составляет 0,18 единиц. Поэтому, для соблюдения условия сопротивления теплопередаче 3,2, потребуется 57 см брус, которого не существует в природе. При выборе кирпичной кладки с коэффициентом 0,81 единица толщина наружных стен грозит увеличением до 2,6 м, железобетонных конструкций – до 6,5 м. На практике стены изготавливают многослойными, закладывая внутрь слой утеплителя или обшивая теплоизолятором наружную поверхность. У этих материалов коэффициент теплопроводности гораздо ниже, что позволяет уменьшить толщину многократно. Конструкционный материал обеспечивает прочность здания, теплоизолятор снижает теплопотери до приемлемого уровня. Современные облицовочные материалы, используемые на фасадах, внутренних стенах, так же обладают сопротивлением теплопотерям. Поэтому, в расчетах учитываются все слои будущих стен. Вышеуказанные расчеты будут неточными если не учесть наличие в каждой стене коттеджа светопрозрачных конструкций. Таблица теплопроводности строительных материалов в нормативах СНиП обеспечивает легкий доступ к коэффициентам теплопроводности данных материалов. При выборе типового или индивидуального проекта застройщик получает комплект документации, необходимый для возведения стен. Силовые конструкции в обязательном порядке просчитаны на прочность с учетом ветровых, снеговых, эксплуатационных, конструкционных нагрузок. Толщина стен учитывает характеристики материала каждого слоя, поэтому, теплопотери гарантированно будут ниже допустимых норм СНиП. В этом случае заказчик может предъявить претензии организации, занимавшейся проектированием, при отсутствии необходимого эффекта в процессе эксплуатации жилища. Однако, при строительстве дачи, садового домика многие владельцы предпочитают экономить на приобретении проектной документации. В этом случае расчеты толщины стен можно произвести самостоятельно. Специалисты не рекомендуют пользоваться сервисами на сайтах компаний, реализующих конструкционные материалы, утеплители. Многие из них завышают в калькуляторах значения коэффициентов теплопроводности стандартных материалов для представления собственной продукции в выгодном свете. Подобнее ошибки в расчетах чреваты для застройщика снижением комфортности внутренних помещений в холодный период. Самостоятельный расчет не представляет сложностей, используется ограниченное количество формул, нормативных значений: Например, чтобы привести толщину кирпичной стены в соответствие с нормативным теплосопротивлением, потребуется умножить коэффициент для этого материала, взятый из таблицы на нормативное теплосопротивление: 0,76 х 3,5 = 2,66 м Подобная крепость излишне затратна для любого застройщика, поэтому, следует снизить толщину кладки до приемлемых 38 см, добавив утеплитель: Теплосопротивление кирпичной кладки в этом случае составит 0,38/0,76 = 0,5 единиц. Вычитая из нормативного параметра полученный результат, получаем необходимое теплосопротивление слоя утеплителя: 3,5 – 0,5 = 3 единицы При выборе базальтовой ваты с коэффициентом 0,039 единиц, получаем слой толщиной: 3 х 0,039 = 11,7 смПример расчета толщины стены по теплопроводности