Сравнение теплопроводности строительных материалов по толщине. Сравнение теплопроводности различных строительных материалов и расчет толщины стен Сравнение теплопроводности различных строительных материалов

Вопрос утепления квартир и домов весьма важен – постоянно повышающаяся стоимость энергоносителей обязывает бережно относиться к теплу в помещении. Но как правильно выбрать материал изоляции и рассчитать его оптимальную толщину? Для этого необходимо знать показатели теплопроводности.

Что такое теплопроводность

Эта величина характеризует способность проводить тепло внутри материала. Т.е. определяет отношение количества энергии, проходящей через тело площадью 1 м² и толщиной 1 м за единицу времени – λ (Вт/м*К). Проще говоря – сколько тепла будет передано от одной поверхности материала к другой.

В качестве примера рассмотрим обыкновенную кирпичную стену.

Как видно на рисунке, температура в помещении составляет 20°С, а на улице – 10°С. Для соблюдения такого режима в комнате необходимо, чтобы материал, из которого сделана стена, был с минимальным коэффициентом теплопроводности. Именно при таком условии можно говорить об эффективном энергосбережении.

Для каждого материала существует свой определенный показатель этой величины.

При строительстве принято следующее разделение материалов, которые выполняют определенную функцию:

• Возведение основного каркаса зданий – стен, перегородок и т.д. Для этого применяются бетон, кирпич, газобетон и т.д.

Их показатели теплопроводности довольно велики, а это значит, что для достижения хорошего энергосбережения необходимо увеличивать толщину наружных стен. Но это не практично, так как требует дополнительных затрат и возрастание веса всего здания. Поэтому принято использовать специальные дополнительные изоляционные материалы.

• Утеплители. К ним относятся , пенопласт, пенополистирол и любой другой материал с низким коэффициентом теплопроводности.

Именно они обеспечивают должную защиту дома от быстрой потери тепловой энергии.

В строительстве требованиями к основным материалам являются – механическая прочность, пониженный показатель гигроскопичности (сопротивление влаги), и менее всего – их энергетические характеристики. Поэтому особое внимание уделяется теплоизоляционным материалам, которые должны компенсировать этот «недостаток».

Однако применение на практике величины теплопроводности затруднительно, так как она не учитывает толщину материала. Поэтому используют обратное ей понятие – коэффициент сопротивления теплопередачи.

Эта величина является отношением толщины материала к его коэффициенту теплопроводности.

Значение этого параметра для жилых зданий прописаны в СНиП II-3-79 и СНиП 23-02-2003. Согласно этим нормативным документам коэффициент сопротивления теплопередачи в разных регионах России не должен быть менее тех значений, которые указаны в таблице.

СНиП .

Эта процедура расчета является обязательно не только при планировании постройки нового здания, но и для грамотного и эффективного утепления стен уже возведенного дома.

Теплопроводность строительных материалов (таблица ее значений будет приведена в статье ниже) – это очень важный критерий, на который категорически нужно обращать внимание, во время такого этапа организации строительных работ, как: закупка сырья.

Этот показатель следует учитывать не только при возведении какого-либо объекта с нуля, а и при ремонтных работах, включающих в себя установку стен (как внешних, так и внутренних).

В основном, от теплопроводности выбранных материалов, зависит будущий уровень комфорта внутри помещения. Однако, данный критерий влияет и на некоторые технические показатели, о чем можно узнать более детально в этой статье.

Теплопроводность – определение

Перед тем, как определять коэффициент теплопроводности того, или иного материала, важно заранее знать: а что вообще представляет из себя данный термин.

Как правило, под определением «теплопроводность», принято понимать уровень теплообмена определенного материала, выраженный в ваттах/метр кельвина.

Более простым языком, данный коэффициент показывает способность получения материалом энергии от более нагретых тел, и уровень отдачи его энергии телам, с пониженной температурой. Как правило, этот показатель рассчитывается по одной, из двух основных формул: q = x*grad(T) или P=-x*.

Что влияет на теплопроводность

Коэффициент теплопроводности каждого строительного материала определяется строго индивидуально, на что следует обратить особое внимание, и зависит он от нескольких основных критериев:

• плотности;
• уровня пористости;
• строения и формы пор;
• природной температуры;
• уровня влажности;
• химической структуры (атомной группы).

К примеру, при наличии в структуре материала большого количества мелких пор, замкнутого типа, его уровень теплопроводности существенно понизится. Однако, при варианте с крупными порами, данный коэффициент будет наоборот повышен, за счет возникновения в порах конвективных воздушных потоков.

Таблица

Как было сказано ранее: каждый строительный материал имеет индивидуальный коэффициент теплопроводности, который рассчитывается исходя из некоторых характерных критериев.

Для более ясной картины, приведем в таблице примеры теплопроводности некоторых, самых распространенных материалов, используемых в строительстве:

Материал	Плотность (кг*м3)	Теплопроводность (Вт\(м*К))
Железобетон	2500	1,69
Бетон	2400	1,51
Керамзитобетон	1800	0,66
Пенобетон	1000	0,29
Минеральная вата	От 50 до 200	От 0,04 до 0,07 соответственно
Пенополистирол	От 33 до 150	От 0,03 до 0,05 соответственно
	От 30 до 80	От 0,02 до 0,04 соответственно
Керамзит	800	0,18
Пеностекло	400	0,11

Разновидности утепления конструкций

Вермикулит

Подбор материала для утепления любой конструкции, в первую очередь осуществляется исходя из ее типа: наружная или внутренняя. В первом варианте, в качестве утеплителя хорошо подойдут вещества, не поддающиеся воздействию погодных условий, и других внешних факторов, а именно:

• керамзит;
• перлитовый щебень.

Для большего эффекта, утеплитель можно наносить в два слоя, где вышеперечисленные материалы будут считаться защитным слоем, а в качестве основы, вполне смогут выступить:

• пенопласт;
• пеноизол;
• пенополистирол;
• пенополиуретан.

Пеноизол

Что же касается исключительно внутреннего варианта утепления конструкций, то для этого вполне сгодятся такие материалы:

• минеральная вата;
• стекловата;
• вата из базальтового волокна;

Помимо сферы применения, утеплители значительно отличаются между собой и своей стоимость, теплопроводностью, герметичностью, а также сроком службы, на что следует обратить внимание при их выборе.

При выборе утеплителя, в первую очередь, важно обращать внимание на сферу его применения. К примеру, подбирая материал утепления для наружной отделки объекта, следите за тем, чтоб его плотность была достаточно высокой, а его структура имела надежную защиту от перепадов температуры, попадания влаги, физического воздействия и т.д.

Также, старайтесь подбирать такие материалы, вес которых будет не очень большим, дабы не разрушать основу постройки. Ведь не редко, утеплитель приходится крепить на глиняную поверхность, или же поверх обычной «шубы», что вполне может стать причиной быстрого его разрушения.

Подводя итог, можно сделать вывод, что подборка подходящего материала для утепления какой-либо конструкции – процесс весьма тяжелый, требующий повышенного внимания. Помните, что в данном вопросе, лучше всего полагаться только на себя, и на свои знания, так как в большинстве случаев, консультанты магазинов могут советовать

Вам приобрести качественный дорогой утеплитель туда, где и без него вполне можно обойтись (к примеру, под линолеум, или на внутренние стенки). Поэтому, осуществляйте выбор самостоятельно, опираясь на характеристики материала, и на его качество. Также, важно помнить, что цена – это далеко не всегда важный критерий, на который стоит ориентироваться при выборе.

Смотрите в следующем видео пояснения таблицы теплопроводности материалов с примерами:

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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.

Чтобы определить, какой толщины возводить стену при постройке дома, нужно научиться рассчитать теплопроводность стен. Этот показатель зависит от используемых строительных материалов, климатических условий.

Нормы толщины стен в южных и северных регионах будут различаться. Если не сделать расчет до начала строительства, то может оказаться так, что в доме зимой будет холодно и сыро, а летом слишком влажно.

Для чего нужен расчет

Толщина стен в южных и северных широтах должна отличаться

Чтобы сэкономить на отоплении и способствовать созданию здорового микроклимата в помещении, нужно правильно и утеплительных материалов, которые будем использовать при строительстве. По закону физики, когда на улице холодно, а в помещении тепло, то через стену и кровлю тепловая энергия выходит наружу.

• зимой стены будут промерзать;
• на обогрев помещения будут затрачиваться значительные средства;
• сместиться , что приведет к образованию конденсата и влажности в помещении, заведется плесень;
• летом в доме будет так же жарко, как и под палящим солнцем.

Чтобы избежать этих неприятностей, нужно перед началом строительства просчитать показатели теплопроводности материала и определиться, какой толщины возводить стену, и каким теплосберегающим материалом ее утеплять.

От чего зависит теплопроводность

Проводимость тепла во многом зависит от материала стен

Проводимость тепла рассчитывают исходя из количества тепловой энергии, проходящей через материал площадью 1 кв. м. и толщиной 1 м при разнице температур внутри и снаружи в один градус. Испытания проводят в течение 1 часа.

Проводимость тепловой энергии зависит от:

• физических свойств и состава вещества;
• химического состава;
• условий эксплуатации.

Теплосберегающими считаются материалы с показателем менее 17 ВТ/ (м·°С).

Выполняем расчеты

Сопротивление передаче тепла должно быть больше минимума, указанного в нормативах

По теплопроводности является важным фактором в строительстве. При проектировании зданий архитектор рассчитывает толщину стен, но это стоит дополнительных денег. Чтобы сэкономить, можно разобраться, как рассчитать нужные показатели самостоятельно.

Скорость передачи тепла материалом зависит от компонентов, входящих в его состав. Сопротивление передачи тепла должно быть больше минимального значения, указанного в нормативном документе «Тепловая изоляция зданий».

Рассмотрим, как рассчитать толщину стены в зависимости от применяемых в строительстве материалов.

Формула расчета:

R=δ/ λ (м2·°С/Вт), где:

δ это толщина материала, используемого для строительства стены;

λ показатель удельной теплопроводности, рассчитывается в (м2·°С/Вт).

Когда приобретаете стройматериалы, в паспорте на них обязательно должен быть указан коэффициент теплопроводности.

Значения параметров для жилых домов указаны в СНиП II-3-79 и СНиП 23-02-2003.

Допустимые значения в зависимости от региона

Минимально допустимое значение проводимости тепла для различных регионов указано в таблице:

У каждого материала есть свой показатель проводимости тепла. Чем он выше, тем больше тепла пропускает через себя этот материал.

Показатели теплопередачи для различных материалов

Величины проводимости тепла материалами и их плотность указаны в таблице:

Теплопроводность строительных материалов зависит от их плотности и влажности. Одни и те же материалы, изготовленные разными производителями, могут отличаться по свойствам, поэтому коэффициент нужно смотреть в инструкции к ним.

Расчет многослойной конструкции

При расчете многослойной конструкции суммируйте показатели теплосопротивляемости всех материалов

Если стену будем строить из различных материалов, допустим, минеральная вата, штукатурка, рассчитывать величины следует для каждого отдельного материала. Зачем полученные числа суммировать.

В этом случае стоит работать по формуле:

Rобщ= R1+ R2+…+ Rn+ Ra, где:

R1-Rn- термическое сопротивление слоев разных материалов;

Ra.l- термосопротивление закрытой воздушной прослойки. Величины можно узнать в таблице 7 п. 9 в СП 23-101-2004. Прослойка воздуха не всегда предусмотрена при постройке стен. Подробнее о расчетах смотрите в этом видео:

На основании этих подсчетов можно сделать вывод о том, можно ли применять выбранные стройматериалы, и какой они должны быть толщины.

Последовательность действий

Первым делом, нужно выбрать строительные материалы, которые будете использовать для постройки дома. После этого рассчитываем термическое сопротивление стены по описанной выше схеме. Полученные величины следует сравнивать с данными таблиц. Если они совпадают или оказываются выше, хорошо.

Если величина ниже, чем в таблице, тогда нужно увеличить или стены, и снова выполнить подсчет. Если в конструкции присутствует воздушная прослойка, которая вентилируется наружным воздухом, тогда в учет не следует брать слои, находящиеся между воздушной камерой и улицей.

Как выполнить подсчеты на онлайн калькуляторе

Чтобы получить нужные величины, стоит ввести в онлайн калькулятор регион, в котором будет эксплуатироваться постройка, выбранный материал и предполагаемую толщину стен.

В сервис занесены сведения по каждой отдельной климатической зоне:

• t воздуха;
• средняя температура в отопительный сезон;
• длительность отопительного сезона;
• влажность воздуха.

Температура и влажность внутри помещения — одинаковы для каждого региона

Сведения, одинаковые для всех регионов:

• температура и влажность воздуха внутри помещения;
• коэффициенты теплоотдачи внутренних, наружных поверхностей;
• перепад температур.

Чтобы дом был теплым, и в нем сохранялся здоровый микроклимат, при выполнении строительных работ нужно обязательно выполнять расчет теплопроводности материалов стены. Это несложно сделать самостоятельно или воспользовавшись онлайн калькулятором в интернете. Подробнее о том, как пользоваться калькулятором, смотрите в этом видео:

Для гарантировано точного определения толщины стен можно обратиться в строительную компанию. Ее специалисты выполнят все необходимые расчеты согласно требованиям нормативных документов.

Строительство частного дома – очень непростой процесс от начала и до конца. Одним из основных вопросов данного процесса является выбор строительного сырья. Этот выбор должен быть очень грамотным и обдуманным, ведь от него зависит большая часть жизни в новом доме. Особняком в этом выборе стоит такое понятие, как теплопроводность материалов. От неё будет зависеть, насколько в доме будет тепло и комфортно.

Теплопроводность – это способность физических тел (и веществ, из которых они изготовлены) передавать тепловую энергию. Объясняя более простым языком, это перенос энергии от тёплого места к холодному. У некоторых веществ такой перенос будет происходить быстро (например, у большинства металлов), а у некоторых, наоборот – очень медленно (резина).

Если говорить ещё более понятно, то в некоторых случаях, материалы, имея толщину в несколько метров, будут проводить тепло гораздо лучше, чем другие материалы, с толщиной в несколько десятков сантиметров. Например, несколько сантиметров гипсокартона смогут заменить внушительную стену из кирпича.

Основываясь на этих знаниях, можно предположить, что наиболее правильным будет выбор материалов с низкими значениями этой величины , чтобы дом быстро не остывал. Для наглядности, обозначим процентное соотношение потерь тепла в разных участках дома:

От чего зависит теплопроводность?

Значения данной величины могут зависеть от нескольких факторов . Например, коэффициент теплопроводности, о котором мы поговорим отдельно, влажность строительного сырья, плотность и так далее.

• Материалы, имеющие высокие показатели плотности, имеют, в свою очередь, и высокую способность к теплоотдаче, за счёт плотного скопления молекул внутри вещества. Пористые материалы, наоборот, будут нагреваться и остывать медленнее.
• На теплопередачу оказывает влияние и влажность материалов. Если материалы промокнут, то их теплоотдача возрастёт.
• Также, сильно влияет на этот показатель структура материала. Например, дерево с поперечными и продольными волокнами будет иметь разные значения теплопроводности.
• Показатель изменяется и при изменениях таких параметров, как давление и температура. С ростом температуры он увеличивается, а с ростом давления, наоборот – уменьшается.

Коэффициент теплопроводности

Для количественной оценки такого параметра, используются специальные коэффициенты теплопроводности , строго задекларированные в СНИП. Например, коэффициент теплопроводности бетона равен 0,15-1,75 ВТ/(м*С) в зависимости от типа бетона. Где С – градусы Цельсия. На данный момент расчёт коэффициентов есть практически для всех существующих типов строительного сырья, применяющихся при строительстве. Коэффициенты теплопроводности строительных материалов очень важны в любых архитектурно-строительных работах.

Для удобного подбора материалов и их сравнения, используются специальные таблицы коэффициентов теплопроводности, разработанные по нормам СНИП(строительные нормы и правила). Теплопроводность строительных материалов , таблица на которых будет приведена ниже, очень важна при строительстве любых объектов.

• Древесные материалы. Для некоторых материалов параметры будут приведены как вдоль волокон(Индекс 1, так и поперёк – индекс 2)

• Различные типы бетона.

• Различные виды строительного и декоративного кирпича.

Расчёт толщины утеплителя

Из вышеприведённых таблиц мы видим, насколько могут отличаться коэффициенты проводимости тепла у разных материалов. Для расчёта теплосопротивления будущей стены, существует нехитрая формула , которая связывает толщину утеплителя и коэффициент его теплопроводности.

R = p / k , где R -показатель теплосопротивления, p -толщина слоя, k – коэффициент.

Из этой формулы несложно выделить и формулу расчёта толщины слоя утеплителя для требуемого теплосопротивления. P = R * k . Значение теплосопротивление разное для каждого региона. Для этих значений тоже существует специальная таблица, где их и можно посмотреть при расчёте толщины утеплителя.

Теперь приведём примеры некоторых наиболее популярных утеплителей и их технических характеристик.