Рассчет теплопроводности стен: таблица теплосопротивления материалов

Рассчет теплопроводности стен: таблица теплосопротивления материалов

Во многих случаях при выборе материала для строительства дома мы не вникаем, каково теплосопротивление строительных материалов, а полагаемся на «народные» методики. Самые популярные из них: «как у соседа», «как раньше», «смотри, какой толстый слой», и – венец искусства – «вроде, должно быть нормально». Что ж, ваш дом – вам и решать, какому методу отдать предпочтение. Но чтобы точно ответить на вопрос, достаточно ли тепло будет в вашем доме зимой (и достаточно ли прохладно в летний зной), нужно знать теплосопротивление стены. Откуда его можно узнать, как считать теплопроводность стены и как это поможет при ответе на ваш вопрос? Давайте разберемся по порядку.

Итак, немного теории, чтобы определиться с терминами и понять, как рассчитать теплосопротивление стены.

Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Такой вид теплопередачи, обусловленный тепловыми движениями и столкновениями молекул, называется теплопроводностью.
Итак, теплопроводность – это количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.
Теплосопротивление – величина обратная теплопроводности. (Хорошо проводит тепло – значит, слабо теплу сопротивляется. Следовательно, обладает высокой теплопроводностью и низким теплосопротивлением).
То есть, при строительстве лучше использовать материалы с низкой теплопроводностью (высоким теплосопротивлением) для лучшего сохранения тепла.

Как рассчитать теплопроводность стены?

Чтобы рассчитать теплосопротивление слоя нужно его толщину в метрах разделить на коэффициент теплосопротивления материалов, из которых он выполнен.
Как рассчитать коэффициент теплопроводности? Эти расчеты делаются в лабораторных условиях. Тем не менее, узнать его несложно: нормальный производитель всегда предоставляет эти данные, указан он и в СНиПе в разделе «Строительная теплотехника», правда, там представлены не все современные материалы. Если вы хотите знать теплосопротивление материалов, таблица с некоторыми из них представлена на данной странице.

Как пользоваться коэффициентом теплопроводности? В СНИПе указано два режима эксплуатации А и Б. Режим А подходит для сухих помещений (влажность меньше 50%) и для районов, удаленных от морских берегов. Для московского региона, например, подходит режим А. Таким образом, теплосопротивление стен по регионам может отличаться.

Теплосопротивление многослойной конструкции считается как сумма теплосопротивлений каждого слоя. (В случае с одним слоем все просто – его теплосопротивление и будет теплосопротивлением всей конструкции.)

Теплосопротивление конструкции = теплососпротивление слоя 1 + теплосоротивление слоя 2 + и т.д.

Единицы измерения теплосопротивления —

Рассмотрим, как рассчитать толщину стены по теплопроводности на конкретных примерах.

Пример 1

Стена толщиной в полтора кирпича, или, если перевести в международную систему измерения, 0,37 метра (37 сантиметров). Как посчитать теплопроводность стены?

Все, кто имел опыт работы с кирпичом, знают, что кирпич может быть разным. И коэффициент теплопроводности кирпичной кладки, соответственно, тоже разный. Кроме того, теплопроводность кирпичной стены на обычном цементно-песчаном растворе будет ниже, чем коэффициент отдельного кирпича. Как посчитать коэффициент теплопроводности стены в таком случае? Для расчетов будет правильно использовать именно значение для кладки.

Вид кирпича	Коэффициент теплопро- водности*,	Кирпичная кладка на цементно-песчаном растворе, плотность 1800 кг/м³*	Теплосопроти- вление стены толщи- ной 0,37 м,
Красный глиняный (плотность 1800 кг/м³)	0,56	0,70	0,53
Силикатный, белый	0,70	0,85	0,44
Керамический пустотелый (плотность 1400 кг/м³)	0,41	0,49	0,76
Керамический пустотелый (плотность 1000 кг/м³)	0,31	0,35	1,06

(*из межгосударственного стандарта ГОСТ 530-2007)

Итак, мы убедились, что не все кирпичи одинаковы. И теплопроводность кирпичной кладки в зависимости от вида кирпича может отличаться в 2 раза. Ваш дом из какого кирпича? А мы рассмотрим самый лучший результат (плотность кирпичной кладки полтора керамических пустотелых кирпича). В данном случае теплосопротивление кирпича 1,06 . Запомним результат и перейдем к следующему примеру.

Пример 2

Допустим, мы хотим построить дачный домик из бруса сечением 15 см. Снаружи и изнутри отделаем вагонкой. Что получим? Коэффициент теплосопротивления дерева поперек волокон (данные из СНиПов) составляет 0,14 . Теперь делаем расчет теплосопротивления стены: толщину материала разделим на коэффициент теплопроводности.

Для бруса (это 0,15 м дерева) теплосопротивление составит (0,15/0,14) 1,07 .

Для вагонки (толщина 20 мм или 0,02 м) – 0,143 . Да, вагонка с двух сторон, значит 0.143 х 2 = 0,286 . Справедливости ради заметим, что на практике теплосопротивлением вагонки чаще всего пренебрегают, так как на стыках она имеет еще меньшую толщину, следовательно, меньшее теплосопротивление материала.

Запомним общее расчетное теплосопротивление стены из 15-исантиметрового бруса, обшитого изнутри и снаружи вагонкой, –
1,356 .

Чтобы не было необходимости делать расчёт теплосопротивления стены для каждого материала, в приведенной здесь таблице мы собрали данные по теплосопротивлению материалов, часто используемых при строительстве домов.

Таблица теплосопротивления материалов

Снова обратимся к СНиПам: теплосопротивление наружной стены, например, в Московской области должно быть не меньше 3 . Помните цифры, которые мы получили? В Российской Федерации нет районов, для которых эта величина составляла хотя бы 1,5 (не говоря уже о значениях еще ниже). Для сравнения приведем такие данные: в Германии эта норма определена не менее 3,4 , в Финляндии — не менее 5 (это, разумеется, уже не по нашим СНиПам, а по их регламентирующим документам).

Эти требования — для домов постоянного проживания. Если дом (как написано в СНиПах) предназначен для сезонного проживания, либо отапливается менее 5 дней в неделю, эти требования на него не распространяются.
Итак мы можем сделать вывод, что в домах со стенами в 1,5 кирпича, либо из бруса в 15 см проживать постоянно… нежелательно. Но ведь живем же! Да, только цена отопления 1 м³ из года в год становится все выше. Со временем все домовладельцы перейдут к эффективному утеплению домов — экономические соображения заставят заранее рассчитать теплопроводность стены и выбрать наилучшее техническое решение.

измерители теплопроводности

Прибор ИТП-МГ4 «Зонд» предназначен для оперативного определения теплопроводности строительных материалов, а также материалов, предназначенных для тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов методом теплового зонда по ГОСТ 30256.

Прибор позволяет определять теплопроводность материалов на образцах размером не менее 100x100x100мм или в массиве, в процессе их производства и применения, а также при обследовании зданий и сооружений.

Получаемая в процессе измерений информация автоматически архивируется.

Рабочий диапазон температур от -10°С до +40°С.

Режим передачи данных на ПК активируется при поставке в комплекте с приборами ИТП-МГ4 «100» или ИТП-МГ4 «250».

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ИЗМЕРИТЕЛИ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ИТП-МГ4 «100», ИТП-МГ4 «250», ИТП-МГ4 «300»

Приборы ИТП-МГ4 «100» («100» Зонд), ИТП-МГ4 «250» («250» Зонд) и ИТП-МГ4 «300» («300» Зонд) предназначены для определения теплопроводности и термического сопротивления строительных материалов, а также материалов, предназначенных для тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов при стационарном режиме по ГОСТ 7076 и методом теплового зонда по ГОСТ 30256.

Приборы позволяют определять теплопроводность и термическое сопротивление материалов при средней температуре образца от +15° до +42,5°С, обеспечивая автоматическое регулирование температур холодильника и нагревателя и их термостатирование в процессе испытаний.

Получаемая в процессе измерений информация автоматически архивируется и маркируется датой и временем измерения.

Приборы могут комплектоваться тепловым зондом для оперативного контроля теплопроводности материалов в процессе их производства и применения, а также при обследовании зданий и сооружений, имеют связь с ПК .

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ИТП-МГ4 «ГРУНТ»

Прибор ИТП-МГ4 «Грунт» предназначен для определения теплопроводности мерзлых грунтов в лабораторных условиях по ГОСТ 26263.

Прибор состоит из блока управления с дисплеем и термоконтейнера, помещаемого в морозильную камеру (приобретается отдельно) для промораживания образца грунта и поддержания стационарного теплового режима. Термоконтейнер состоит из нижней и верхней термоплит, нагрузочного устройства и датчиков для измерения температур, теплового потока и силы.

ИТП-МГ4 «Грунт» позволяет задавать необходимое давление на образец мерзлого грунта и определять его теплопроводность в автоматическом режиме при средней температуре от 20 до +2°С, обеспечивая поддержание заданной разницы температур нижней и верхней термоплит в диапазоне от 0 до 5°С. Прибор имеет режим непрерывной регистрации процесса испытаний образца грунта, энергонезависимую память на 500 результатов испытаний, промаркированных датой и временем измерения, часы реального времени и режим передачи данных на ПК по USB интерфейсу.

Коэффициент теплопроводности строительных материалов — таблица и цифры

Первый вопрос, который возникает, у того, кто решил построить собственный дом, – какой использовать для этого материал. От этого зависит выбор фундамента, в свою очередь, а также теплопроводность стен. На это влияет наличие пор, плотность и прочие характеристики стройматериала. Главнейшим из них является теплопроводность. Коэффициенты теплопроводности строительных материалов, конечно, неодинаковы. И выбирать нужно материал наиболее подходящий для постройки дома в данной местности.

Узнать значение коэффициента теплопроводности можно из документации производителя на этот материал. Коэффициент теплопроводности строительных материалов, таблица тоже поможет выяснить интересующую величину. К примеру, теплопроводность дерева лучше, чем у кирпича. Поэтому, кирпичные стены в доме должны быть втрое толще стен из сосновых бревен, чтобы было также тепло.

Определение понятия

Коэффициентом теплопроводности называется физическая величина, показывающая количество тепла, проходящего за час через метровую толщину материала. Температура на той поверхности, через которую тепло выходит, должна быть на 1°С меньше, чем с другой стороны.

Коэффициенты теплопроводности строительных материалов учитываются во многих случаях. Важно их знать, например, при выборе теплоизоляционного материала для стен здания. В этом случае очень важен правильный расчет. Из-за ошибки сместится точка росы, на стенах, в результате, появится влага, в доме будет холодно и сыро.

Поэтому, коэффициент теплопроводности строительных материалов, таблица обязательно должна быть внимательно изучена во избежание промашек.

Комбинация материалов

Качество производимых утеплителей, благодаря современным технологиям, очень высокое, и строительная индустрия получает весьма широкие возможности. В холодных регионах не нужно возводить дома с большой шириной стен. Надо лишь правильно скомбинировать строительный и теплоизоляционный материалы. Если вам нужно узнать коэффициент теплопроводности строительных материалов, таблица поможет в этом.

Поскольку теплопроводность кирпича небольшая, компенсировать это можно путем использования пенополистирола, к примеру, имеющего коэффициент теплопроводности 0,03 Вт/м град. Вместо кирпича выгодно использовать ячеистый бетон с такими же параметрами, как у дерева. Даже в лютые морозы в доме, построенном из этого материала, сохраняется тепло.

Благодаря таким приемам, стоимость постройки зданий сократилась. Также на возведение сооружения требуется меньше времени. Огромный плюс в том, что нет необходимости в массивном основании, что отдельно дает немалую экономию. Иногда нужен просто легкий столбчатый или ленточный фундамент.

Теплопроводность и каркасное строительство

Все вышесказанное особенно актуально при постройке каркасных домов. Использование материалов низкой теплопроводности привело к тому, что сейчас с применением каркасной технологии строится большое количество коттеджей, складов, магазинов и других сооружений. А возводить каркасные здания можно в зонах с любым климатом.

Теплоизоляционный материал в случае с каркасно-щитовыми зданиями помещается между листами фанеры и плитами OSB. Каким именно должен быть утеплитель в данных климатических условиях, определить можно, используя «коэффициент теплопроводности строительных материалов таблица» на нашем сайте. Будет это пенополиуретан или минеральная вата, толщина утеплителя выбирается в зависимости от величины коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала.

Наподобие того, как утраивается комбинация стен и утеплителя, делается и кровля строения. Применение этой технологии позволяет построить здание в короткий срок, а денежные затраты при этом минимальны.

Минеральная вата и пенополистирол являются лидерами среди материалов-утеплителей для фасадов. Насчет минеральной ваты однозначного мнения нет. Одни специалисты утверждают, что этот материал накапливает конденсат, и использоваться может только вместе с паронепроницаемой мембраной. Но в этом случае стены не «дышат», поэтому целесообразность использования этих материалов остается под вопросом.

По мнению других, устранить эту проблему можно путем устройства вентилируемых фасадов.

Пенополистирол помимо того, что хорошо пропускает воздух, имеет невысокую теплопроводность. Этот показатель зависит от плотности материала. Еще одной важной характеристикой является паропроницаемость. Проветривать помещение в этом случае не нужно.

Высокий уровень паронепроницаемости и низкая теплопроводность стен дома обеспечат отличные условия проживания.

Метод лазерной вспышки

Существующие методы определения теплопроводности материала подразделяют на стационарные и нестационарные.

Метод лазерной вспышки (метод лазерного импульса) относится к группе нестационарных методов, которые, в отличие от стационарных, не требуют длительного времени для установления теплового равновесия.

• экспрессность, собственно измерение длится секунды
• малые размеры исследуемых образцов
• при помощи одного и того же инструмента исследуется широкий диапазон свойств, например, для приборов Aнтер (термическая диффузия — 0.001 … 10 см 2 /с, теплопроводность- 0.1 . 2000 Вт/м*K)
• при помощи одного прибора можно определять термическую диффузию, теплопроводность и теплоемкость
• высокая точность
• более широкий интервал температур, чем для стационарных методов (возможны испытания расплавов)

• высокая стоимость аппаратуры
• повышенные требования к условиям эксперимента при испытании пористых и негомогенных материалов

Сущность метода

Сущность метода лазерной вспышки состоит в том, что короткий импульс лучистой энергии поглощается в тонком слое фронтальной поверхности плоского образца — «таблетки». Вызванное этим возмущение температуры (рис.1, 2) регистрируется на тыльной поверхности образца.

Рис.1. Схема метода лазерной вспышки

Рис.2. График изменения температуры на тыльной поверхности образца в зависимости от времени.
А – идеальная кривая; B, C – реальные кривые

Полученная в этом случае информация содержит данные, связанные с коэффициентом температуропроводности (термической диффузии), теплоемкостью и теплопроводностью образца:

Для интерпретации результатов применяется метод, разработанный Паркером.

• адиабатный, гомогенный, изотропный образец
• однородный импульсный нагрев
• стремящаяся к 0 длительность импульса (импульс должен описываться распределением Дирака)

При облучении идеального образца при идеальных условиях температура обратной поверхности образца после облучения возрастает до определенного значения и затем остается постоянной (рис.2, кривая А)

На практике перечисленные идеальные условия труднодостижимы, поэтому на реальных кривых (рис.2, кривые B и C) наблюдается максимум , после достижения которого значения начинают уменьшаться.

• потери тепла и излучение поверхности образца,
• конечность лазерного импульса,
• неоднородность импульсного нагрева,
• негомогенность и неизотропность материала (например, в случае композитов).

Для учета потерь тепла и излучения поверхности образцы испытывают относительно образца сравнения или обрабатывают поверхность специальными материалами (графит).

Отличие от 0 длительности импульса компенсируют при помощи специального преобразования (finite correction).

Остальные неидеальности учитываются при помощи специальных моделей, заложенных в программном обеспечении.

Определение коэффициента термической диффузии, теплоемкости и теплопроводности по результатам эксперимента

Определение коэффициента термической диффузии
По зависимости температуры обратной поверхности образца (при помощи формулы 2) определяют температуропроводность (коэффициент термической диффузии). Затем, зная поглощенную образцом энергию, толщину, диаметр и массу образца можно определить теплоемкость материала, рассчитать плотность и теплопроводность материала.

Определение теплоемкости
Несмотря на то, что определение температуропроводности является абсолютным методом, теплоемкость определяют дифференциальным методом: пробу испытывают относительно образца сравнения.

При этом очень важно выполнение модельных допущений Паркера или введение описанных выше поправок, учитывающих неидеальность условий.

Для получения надежных результатов необходимо использовать автосэмплер. В этом случае тестирование пробы проводится непосредственно после испытания образца сравнения при тех же самых термических условиях.

Расчет теплопроводности
Теплопроводность рассчитывается из данных по определению температуропроводности и теплоемкости. Теплоемкость может быть определена либо методом лазерной вспышки как описано выше, либо независимо, при помощи дифференциального сканирующего калориметра.

Расчет проводится по формуле (4), из которой следует необходимость информации о плотности вещества. Если известна масса и размеры пробы, то эта величина может быть легко рассчитана и введена в программу.