Теплопроводность строительных материалов

Пар или горячая вода?

В данной статье речь пойдет о том, как рассчитать и сравнить коэффициент теплопередачи пара и горячей воды посредством различных типов рабочей среды, в т.ч. с учетом пленочного коэффициента и характеристик самого стенового материала.

На общий коэффициент теплопередачи влияет толщина и теплопроводность рабочей среды, передающей тепло. Чем больше коэффициент, тем легче тепло передается от источника к нагреваемому продукту. В теплообменнике связь между общим коэффициентом теплопередачи (U) и количеством теплоты (Q) может быть определена следующим уравнением,

где

Q = количество теплоты, Вт = ДжА = поверхность теплообмена, м2U = общий коэффициент теплопередачи, Вт/(м2°C)ΔT_LM = средняя логарифмическая разница температур, ° C

Из этого уравнения следует, что значение U прямо пропорционально Q, скорости теплообмена. Допустим, что поверхность теплопередачи и разница температур остаются неизменными, тогда чем больше значение U, тем больше будет скорость теплопередачи. Другими словами, для определенного теплообменника и продукта большой коэффициент теплопередачи сократит время запуска и увеличит эффективность работы и прибыль.

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 неприменим 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, а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:

\tau\frac{\partial\mathbf{q}}{\partial t}=-\left(\mathbf{q}+\varkappa\,\nabla T\right).

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

Что такое теплопроводность и термическое сопротивление

При выборе строительных материалов для строительства необходимо обращать внимание на характеристики материалов. Одна из ключевых позиций — теплопроводность

Она отображается коэффициентом теплопроводности. Это количество тепла, которое может провести тот или иной материал за единицу времени. То есть, чем меньше этот коэффициент, тем хуже материал проводит тепло. И наоборот, чем выше цифра, тем тепло отводится лучше.

Диаграмма, которая иллюстрирует разницу в теплопроводности материалов

Материалы с низкой теплопроводностью используются для утепления, с высокой — для переноса или отвода тепла. Например, радиаторы делают из алюминия, меди или стали, так как они хорошо передают тепло, то есть имеют высокий коэффициент теплопроводности. Для утепления используются материалы с низким коэффициентом теплопроводности — они лучше сохраняют тепло. В случае если объект состоит из нескольких слоев материала, его теплопроводность определяется как сумма коэффициентов всех материалов. При расчетах, рассчитывается теплопроводность каждой из составляющих «пирога», найденные величины суммируются. В общем получаем теплоизоляцонную способность ограждающей конструкции (стен, пола, потолка).

Теплопроводность строительных материалов показывает количество тепла, которое он пропускает за единицу времени

Есть еще такое понятие как тепловое сопротивление. Оно отображает способность материала препятствовать прохождению по нему тепла. То есть, это обратная величина по отношению к теплопроводности. И, если вы видите материал с высоким тепловым сопротивлением, его можно использовать для теплоизоляции. Примером теплоизоляционных материалов может случить популярная минеральная или базальтовая вата, пенопласт и т.д. Материалы с низким тепловых сопротивлением нужны для отведения или переноса тепла. Например, алюминиевые или стальные радиаторы используют для отопления, так как они хорошо отдают тепло.

Что влияет на коэффициент теплопроводности?

​

Строительные материалы, кирпич, бетон, блоки, дерево, панели имеют разную теплопроводность. Но физические свойства этих материалов, влияющие на  показатели проводимости тепла, одинаковы. Вот они:

• Плотность;
• Пористость;
• Структура пор;
• Влажность.

Как данные параметры влияют на проводимость тепла. Плотность материала характеризуется взаимодействием частиц, передающих тепловую энергию, чем плотность выше, тем потери тепла больше. Пористость материала способствует разрушению его однородности, тепло задерживается порами, в которых воздух, а теплопроводность воздуха при 0°С равна 0,02 Вт/м*. Чем больше пористость кирпича или иного материала, тем ниже коэффициент теплопроводности. Если структура пол малого размера и закрытого типа, потери тепла снижаются. Повышенная влажность материала снижает (ухудшает) показатель, так как сухой воздух вытесняется влажным.

В строительной профессиональной практике коэффициент определяется формулами, для обычного понимания необходимо понимать, что проводимость тепловой энергии – величина нормируемая, конструкция строения должна представлять собой монолитное сооружение, возведенное из материалов естественной влажности, требуемой толщины, как показано на картинке.

Полезно знать, что все строительные материалы делятся на два класса:

1. те, из которых возводят конструкцию, каркас сооружения;
2. те, которыми производят утепление конструкции.

Материалы для несущих конструкций характеризуются высоким коэффициентом теплопроводности. Самым холодным среди прочих является железобетон с коэффициентом – 1,29. Самый теплый материалом для стен пенобетон– 0,08. Интересно, что кирпич, согласно присвоенным показателям неплохо держит тепло:

Пустотелый керамический	0,35 – 0,41
Красный глиняный	0,56
Силикатный	0,7
Силикатный с тех. пустотами	0,66
Силикатный щелевой	0,4
Керамический с тех. пустотами	0,57
Керамический щелевой	0,34 – 0,43
Поризованный	0,22
Теплая керамика	0,11
Керамический блок	0,17 – 0,21
Клинкерный	0,8 – 0,9

Таким образом, таблица подсказывает, какой кирпич выбрать для строительства своего дома.

​

Важно! Теплопроводность только один из большого числа технических показателей строительного материала, принимать во внимание которые необходимо при проектировании и возведении будущего дома. Кроме того, кирпич от разных производителей также различается по техническим и физическим, а также ценовым показателям

Кроме того, кирпич от разных производителей также различается по техническим и физическим, а также ценовым показателям.

Виды кирпича и их теплопроводность

Из вышеприведенной таблицы видно, что существует несколько видов кирпича, которые помимо характеристик теплопроводности имеют разные показатели экологической безопасности, устойчивости к огню, морозостойкости. Каждый вид имеет свои показатели прочности, долговечности. Все кирпичи можно разделить по материалу изготовления на два типа:

1. керамический, изготовленный из глины с разными добавками;
2. силикатный, изготовленный из кварцевого песка и воды.

Каждый вид кирпича имеет градации по назначению:

• строительная, для возведения поверхностей;
• специальная, для обустройства поверхностей соприкасающихся с высокими температурами, печь, печная трубе, камин;
• облицовочная, для отделки фасадов зданий.

Теплопроводность пустотелого кирпича, объем пустот, которого составляет 45% от общей массы, меньше

Его можно использовать для возведения несущих стен и перегородок, важно, чтобы раствор, на который его кладут, был густым и не забивал полости

Полнотелый кирпич имеет не более 13% пустот, хорош для возведения колон, столбов и прочих опорных конструкций. Такой материал можно использовать и в строительстве жилых домов, стены придется в таком случае утеплять.

​

Клинкерный кирпич имеет прекрасные характеристики теплопроводности, лучшее использование – возведение утепленных конструкций.

Повысить коэффициент теплопроводности можно созданием воздушных зазоров, теплоизоляцией, естественной циркуляцией воздуха. Чтобы дом был теплым без дополнительного использования теплоизоляционных материалов нужно увеличивать ширину стены. Но в таком случае толщина стены должна достигать полуметра. Использование современных утеплителей, с нужными значениями теплопроводности, позволит построить теплый дом для комфортного проживания.

Закон теплопроводности Фурье

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

\vec{q}=-\varkappa\,\mathrm{grad}(T),

где \vec{q} — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, \varkappa — коэффициент теплопроводности

(удельная теплопроводность), T — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad T (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно какзакон теплопроводности Фурье .

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

P=-\varkappa\frac{S\Delta T}{l},

где P — полная мощность тепловых потерь, S — площадь сечения параллелепипеда, \Delta T — перепад температур граней, l — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.

Связь с электропроводностью

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

\frac{\varkappa}{\sigma}=\frac{\pi^2}{3}\left(\frac{k}{e}\right)^2T,

где k — постоянная Больцмана, e — заряд электрона.

Коэффициент теплопроводности газов

В газах коэффициент теплопроводности может быть найден по приближённой формуле

\varkappa \sim \frac{1}{3} \rho c_v \lambda \bar{v}

где \rho — плотность газа, c_v — удельная теплоёмкость при постоянном объёме, \lambda — средняя длина свободного пробега молекул газа, \bar{v} — средняя тепловая скорость. Эта же формула может быть записана как

\varkappa = \frac{ik}{3\pi^{3/2}d^{2}} \sqrt{\frac{RT}{\mu}}

где i — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5, для одноатомного i=3), k — постоянная Больцмана, \mu — молярная масса, T — абсолютная температура, d — эффективный (газокинетический) 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 нерадиоактивных газов — у ксенона).

Теплопроводность в сильно разреженных газах

Приведённое выше выражение для коэффициента теплопроводности в газах не зависит от давления. Однако если газ сильно разрежен, то длина свободного пробега определяется не столкновениями молекул друг с другом, а их столкновениями со стенками сосуда. Состояние газа, при котором длина свободного пробега молекул ограничивается размерами сосуда называют высоким вакуумом

. При высоком вакууме теплопроводность убывает пропорционально плотности вещества (то есть пропорциональна давлению в системе): \varkappa \sim \frac{1}{3}\rho c_v l \bar v\propto P, где l — размер сосуда, P — давление.

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

Расчет величины U

Для определения значения U используется множество уравнений, вот одно из них:

где

h = коэффициент конвективного теплообмена, Вт/(м2°C)L = толщина стенки, м λ = теплопроводность, Вт/(м°С)

Теплопередача через металлическую стенку

При подогреве воды, например, теплопередача проходит из жидкости 1 (источник тепла) к жидкости 2 (вода, нагреваемый продукт) через проводящее твердое вещество (металлическую стенку). Но нельзя забывать и о сопротивлении пленки. Именно поэтому коэффициент конвективного теплообмена (h), иногда называемый пленочным коэффициентом, учитывается при расчете теплообмена между жидкостью и проводящей стенкой.

Кроме того, в некоторых уникальных производственных процессах, как в технологическом нагреве, применяемом в биотехнологии или в фармацевтике, передача тепла может проходить через несколько слоев стенок. Для таких случаев приведенное выше уравнение можно адаптировать, включив в него каждый слой толщины твердого тела (L), разделенный на его теплопроводность (λ).

Чтобы упростить приведенные ниже типовые вычисления, следующие значения могут использоваться в качестве примера для коэффициентов конвективного теплообмена:

Текучая среда	Коэффициент конвективного теплообмена (h)
Вода	около 1000 Вт/(м2°C)
Горячая вода	1000 — 6000 Вт/(м2°C)
Пар	6000 — 15000 Вт/(м2°C)

Пример для сравнения влияния на величину U различных источников тепла, пара или горячей воды

Для подогрева воды используются два паровых котла из углеродистой стали (λ = 50 Вт/(м°C)) со внутренней толщиной стенки 15 мм. Предположим, что коэффициент теплопередачи подогреваемой воды — 1000 Вт/м2°C, горячей воды — 3000 Вт/м2°C и пара — 10000Вт/м2°C, а теперь рассчитаем значение U для обоих процессов нагревания.

Паровой котел из углеродистой стали — Сравнение источников тепла: пара и горячей воды

Горячая вода:

Пар:

В этом случае пар обеспечивает расчетное улучшение значения U на 17%.

Теперь представьте, что теплопроводящая стенка котла также облицована слоем стеклоэмали толщиной 1 мм (λ = 0.9 Вт/(м °C)). Включение этих значений в вышеприведенное уравнение для расчета величины U дает следующие результаты:

Стеклоэмалированный паровой котел — Сравнение источников тепла: пара и горячей воды

Горячая вода:

Пар:

В данном случае при дополнительном сопротивлении проводимости значение U также увеличится, но только на 9%. Этот пример демонстрирует, как плохой тепловой проводник, такой как стекло, может сильно мешать теплопередаче.

Так, для некоторого теплообменного оборудования, как для котла из углеродистой стали, изменение источника тепла с горячей воды на пар может потенциально улучшить значение U и существенно повысить теплопередачу, если материал стенки будет обладать высокой теплопроводимостью. Однако, такого потрясающего эффекта достичь не удастся при использовании теплообменника с несколькими слоями стенок, не обладающими высокой теплопроводимостью (напр. котла со стеклоэмалью).

Тем не менее в некоторых процессах для предотвращения взаимодействия с продуктом как раз и потребуются особые стеклоэмалированные стенки.

Теплопроводность материалов. Таблица

Очень часто домашнему мастеру приходится выбирать, какой материал выбрать для той или иной работы. Одним из основных параметров материалов, в том числе и строительных, является их теплопроводность.

Чтобы быстро найти ответ, какой теплопроводностью обладает конкретный материал, или сравнить между собой различные материалы, очень удобно воспользоваться таблицей теплопроводности материалов.

В таблице собраны, конечно, далеко не все материалы. Но по большинству самых распространенных материалов вы с можете найти в ней значение теплопроводности.

	Плотность (для сыпучих – насыпная плотность), кг/м3	Коэффициент теплопроводности, Вт/ (м*К)
Алюминий	2600-2700	203,5-221 растет с ростом плотности
Асбест	600	0,151
Асфальтобетон	2100	1,05
АЦП асбесто-цементные плиты	1800	0,35
Бетон см.также Железобетон	2300-2400	1,28-1,51 растет с ростом плотности
Битум	1400	0,27
Бронза	8000	64
Винипласт	1380	0,163
Вода при температурах выше 0 градусов С	~1000	~0,6
Войлок шерстяной	300	0,047
Гипсокартон	800	0,15
Гранит	2800	3,49
Дерево, дуб — вдоль волокон	700	0,23
Дерево, дуб — поперек волокон	700	0,1
Дерево, сосна или ель — вдоль волокон	500	0,18
Дерево, сосна или ель — поперек волокон	500	0,10—0,15 растет с ростом плотности и влажности
ДСП, ОСП; древесно- или ориентированно-стружечная плита	1000	0,15
Железобетон	2500	1,69
Картон облицовочный	1000	0,18
Керамзит	200	0,1
Керамзит	800	0,18
Керамзитобетон	1800	0,66
Керамзитобетон	500	0,14
Кирпич керамический пустотелый (брутто1000)	1200	0,35
Кирпич керамический пустотелый (брутто1400)	1600	0,41
Кирпич красный глиняный	1800	0,56
Кирпич, силикатный	1800	0,7
Кладка из изоляционного кирпича	600	0,116—0,209 растет с ростом плотности
Кладка из обыкновенного кирпича	600–1700	0,384—0,698—0,814 растет с ростом плотности
Кладка из огнеупорного кирпича	1840	1,05 (при 800—1100°С)
Краска масляная	—	0,233
Латунь	8500	93
Лед при температурах ниже 0 градусов С	920	2,33
Линолеум	1600	0,33
Литье каменное	3000	0,698
Магнезия 85% в порошке	216	0,07
Медь	8500-8800	384-407 растет с ростом плотности
Минвата	100	0,056
Минвата	50	0,048
Минвата	200	0,07
Мрамор	2800	2,91
Накипь, водяной камень	—	1,163—3,49 растет с ростом плотности
Опилки древесные	230	0,070—0,093 растет с ростом плотности и влажности
Пакля сухая	150	0,05
Пенобетон	1000	0,29
Пенобетон	300	0,08
Пенопласт	30	0,047
Пенопласт ПВХ	125	0,052
Пенополистирол	100	0,041
Пенополистирол	150	0,05
Пенополистирол	40	0,038
Пенополистирол экструдированый	33	0,031
Пенополиуретан	32	0,023
Пенополиуретан	40	0,029
Пенополиуретан	60	0,035
Пенополиуретан	80	0,041
Пеностекло	400	0,11
Пеностекло	200	0,07
Песок сухой	1600	0,35
Песок влажный	1900	0,814
Полимочевина	1100	0,21
Полиуретановая мастика	1400	0,25
Полиэтилен	1500	0,3
Пробковая мелочь	160	0,047
Ржавчина (окалина)	—	1,16
Рубероид, пергамин	600	0,17
Свинец	11400	34,9
Совелит	450	0,098
Сталь	7850	58
Сталь нержавеющая	7900	17,5
Стекло оконное	2500	0,698—0,814
Стеклянная вата (стекловата)	200	0,035—0,070 растет с ростом плотности
Текстолит	1380	0,244
Торфоплиты	220	0,064
Фанера клееная	600	0,12
Фаолит	1730	0,419
Чугун	7500	46,5—93,0
Шлаковая вата	250	0,076
Эмаль	2350	0,872—1,163

Конвекция в атмосфере

Важность атмосферной конвекции велика, поскольку благодаря ней существуют такие явления, как ветры, циклоны, образование облаков, дожди и другие. Все эти процессы подчиняются физическим законам термодинамики

Среди процессов конвекции в атмосфере самым важным является круговорот воды. Здесь следует рассмотреть вопросы о том, что такое теплопроводность и теплоемкость воды. Под теплоемкостью воды понимается физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо передать 1 кг воды, чтобы ее температура увеличилась на один градус. Оно равно 4220 Дж.

Смотреть галерею

Круговорот воды осуществляется следующим образом: солнце нагревает воды Мирового океана, и часть воды испаряется в атмосферу. За счет процесса конвекции водяной пар поднимается на большую высоту, охлаждается, образуются облака и тучи, которые приводят к возникновению осадков в виде града или дождя.

Время для проведения ремонтных работ

Если задумано индивидуальное строительство

При возведении дома важно учитывать технические характеристики всех составляющих (материала для стен, кладочного раствора, будущего утепления, гидроизоляционных и пароотводящих плёнок, финишной отделки). Для понимания, какие стены наилучшим образом будут сохранять тепло, нужно проанализировать коэффициент теплопроводности не только материала для стен, но и строительного раствора, что видно из таблицы ниже:

Для понимания, какие стены наилучшим образом будут сохранять тепло, нужно проанализировать коэффициент теплопроводности не только материала для стен, но и строительного раствора, что видно из таблицы ниже:

Номер п/п	Материал для стен, строительный раствор	Коэффициент теплопроводности по СНиП
1.	Кирпич	0,35 – 0,87
2.	Саманные блоки	0,1 – 0,44
3.	Бетон	1,51 – 1,86
4.	Пенобетон и газобетон на основе цемента	0,11 – 0,43
5.	Пенобетон и газобетон на основе извести	0,13 – 0,55
6.	Ячеистый бетон	0,08 – 0,26
7.	Керамические блоки	0,14 – 0,18
8.	Строительный раствор цементно-песчаный	0,58 – 0,93
9.	Строительный раствор с добавлением извести	0,47 – 0,81

Важно. Из приведённых в таблице данных видно, что у каждого строительного материала довольно большой разброс в показателях коэффициента теплопроводности.. Это связано с несколькими причинами:

Это связано с несколькими причинами:

• Плотность. Все утеплители выпускаются или укладываются (пеноизол, эковата) различной плотности. Чем ниже плотность (больше присутствует воздуха в теплоизоляционной структуре), тем ниже проводимость тепла. И, наоборот, у очень плотных утеплителей этот коэффициент выше.
• Вещество, из которого производят (основа). Например, кирпич бывает силикатным, керамическим, глиняным. От этого зависит и коэффициент теплопроводности.
• Количество пустот. Это касается кирпича (пустотелый и полнотелый) и теплоизоляции. Воздух – самый худший проводник тепла. Коэффициент его теплопроводимости – 0,026. Чем больше пустот, тем ниже этот показатель.

Строительный раствор хорошо проводит тепло, поэтому любые стены рекомендуется утеплять.

Понятие теплопроводности на практике

Теплопроводность учитывается на этапе проектирования здания

При этом берется во внимание способность материалов удерживать тепло. Благодаря их правильному подбору жильцам внутри помещения всегда будет комфортно

Во время эксплуатации будут существенно экономиться денежные средства на отопление.

Утепление на стадии проектирования является оптимальным, но не единственным решением. Не составляет трудности утеплить уже готовое здание путем проведения внутренних или наружных работ. Толщина слоя изоляции будет зависеть от выбранных материалов. Отдельные из них (к примеру, дерево, пенобетон) могут в некоторых случаях использоваться без дополнительного слоя термоизоляции. Главное, чтобы их толщина превышала 50 сантиметров.

Особенное внимание следует уделить утеплению кровли, оконных и дверных проемов, пола. Сквозь эти элементы уходит больше всего тепла

Зрительно это можно увидеть на фотографии в начале статьи.

Необходимость расчетов

Для чего же необходимо проводить эти вычисления, есть ли от них хоть какая-то польза на практике? Разберемся подробнее.

Оценка эффективности термоизоляции

В разных климатических регионах России разный температурный режим, поэтому для каждого из них рассчитаны свои нормативные показатели сопротивления теплопередаче. Проводятся эти расчеты для всех элементов строения, контактирующих с внешней средой. Если сопротивление конструкции находится в пределах нормы, то за утепление можно не беспокоиться.

В случае, если термоизоляция конструкции не предусмотрена, то нужно сделать правильный выбор утеплительного материала с подходящими теплотехническими характеристиками.

Тепловые потери

Тепловые потери дома

Не менее важная задача – прогнозирование тепловых потерь, без которого невозможно правильно спланировать систему отопления и создать идеальную термоизоляцию. Такие вычисления могут понадобиться при выборе оптимальной модели котла, количества необходимых радиаторов и правильной их расстановки.

Такие расчеты в здании проводятся для всех ограждающих конструкций, взаимодействующих с холодными потоками воздуха, а затем суммируются для определения общей потери тепла. На основании полученной величины проектируется система отопления, которая должна полностью компенсировать эти потери. Если же потери тепла получаются слишком большими, они влекут за собой дополнительные финансовые затраты, а это не всем «по карману». При таком раскладе нужно задуматься об улучшении системы термоизоляции.

Отдельно нужно поговорить про окна, для них сопротивление теплопередаче определяются нормативными документами. Самостоятельно проводить расчеты не нужно. Существуют уже готовые таблицы, в которых внесены значения сопротивления для всех типов конструкций окон и балконных дверей.Тепловые потери окон рассчитываются исходя из площади, а также разницы температур по разные стороны конструкции.

Расчеты, приведенные выше, подходят для новичков, которые делают первые шаги в проектировании энергоэффективных домов. Если же за дело берется профессионал, то его расчеты более сложные, так как дополнительно учитывается множество поправочных коэффициентов – на инсоляцию, светопоглощение, отражение солнечного света, неоднородность конструкций и другие.

Как рассчитать толщину стен

Для того чтобы зимой в доме было тепло, а летом прохладно, необходимо чтобы ограждающие конструкции (стены, пол, потолок/кровля) должны иметь определенное тепловое сопротивление. Для каждого региона эта величина своя. Зависит она от средних температур и влажности в конкретной области.

Термическое сопротивление ограждающих конструкций для регионов России

Для того чтобы счета за отопление не были слишком большими, подбирать строительные материалы и их толщину надо так, чтобы их суммарное тепловое сопротивление было не меньше указанного в таблице.

Расчет толщины стены, толщины утеплителя, отделочных слоев

Для современного строительства характерна ситуация, когда стена имеет несколько слоев. Кроме несущей конструкции есть утепление, отделочные материалы. Каждый из слоев имеет свою толщину. Как определить толщину утеплителя? Расчет несложен. Исходят из формулы:

Формула расчета теплового сопротивления

R — термическое сопротивление;

p — толщина слоя в метрах;

k — коэффициент теплопроводности.

Предварительно надо определиться с материалами, которые вы будете использовать при строительстве. Причем, надо знать точно, какого вида будет материал стен, утепление, отделка и т.д. Ведь каждый из них вносит свою лепту в теплоизоляцию, и теплопроводность строительных материалов учитывается в расчете.

Сначала считается термическое сопротивление конструкционного материала (из которого будет строится стена, перекрытие и т.д.), затем «по остаточному» принципу подбирается толщина выбранного утеплителя. Можно еще принять в расчет теплоизоляционных характеристики отделочных материалов, но обычно они идут «плюсом» к основным. Так закладывается определенный запас «на всякий случай». Этот запас позволяет экономить на отоплении, что впоследствии положительно сказывается на бюджете.

Пример расчета толщины утеплителя

Разберем на примере. Собираемся строить стену из кирпича — в полтора кирпича, утеплять будем минеральной ватой. По таблице тепловое сопротивление стен для региона должно быть не меньше 3,5. Расчет для этой ситуации приведен ниже.

1. Для начала просчитаем тепловое сопротивление стены из кирпича. Полтора кирпича это 38 см или 0,38 метра, коэффициент теплопроводности кладки из кирпича 0,56. Считаем по приведенной выше формуле: 0,38/0,56 = 0,68. Такое тепловое сопротивление имеет стена в 1,5 кирпича.
2. Эту величину отнимаем от общего теплового сопротивления для региона: 3,5-0,68 = 2,82. Эту величину необходимо «добрать» теплоизоляцией и отделочными материалами.

   Рассчитывать придется все ограждающие конструкции

3. Считаем толщину минеральной ваты. Ее коэффициент теплопроводности 0,045. Толщина слоя будет: 2,82*0,045 = 0,1269 м или 12,7 см. То есть, чтобы обеспечить требуемый уровень утепления, толщина слоя минеральной ваты должна быть не меньше 13 см.

Если бюджет ограничен, минеральной ваты можно взять 10 см, а недостающее покроется отделочными материалами. Они ведь будут изнутри и снаружи. Но, если хотите, чтобы счета за отопление были минимальными, лучше отделку пускать «плюсом» к расчетной величине. Это ваш запас на время самых низких температур, так как нормы теплового сопротивления для ограждающих конструкций считаются по средней температуре за несколько лет, а зимы бывают аномально холодными

Потому теплопроводность строительных материалов, используемых для отделки просто не принимают во внимание

С чего начать оформление палисадника

Оформление палисадника возле дома – это творческий, захватывающий процесс, начинающийся изучением местности и составлением плана.

При изучении территории определяют стороны горизонта, выясняют глубину залежей подземных вод. Для обнаружения воды делают ямку 1,5 м., немного подождав, замеряется степень поднятия воды. Если менее чем метр пространства свободно от воды, потребуется осушать территорию участка, путём проделывания дренажных канавок.

Планирование участка предполагает разделение на зоны с отдельными проектами и определением общего стиля дизайна всего места. Придумывают декорации в виде цветников, водоёмов, дорожек, светильников.

На территории любых размеров можно предусмотреть удобный уголок для отдыха.

Коэффициент теплопроводности.

Количество тепла, которое проходит через стены (а по научному — интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности) зависит от разности температур (в доме и на улице), от площади стен и теплопроводности материала, из которого сделаны эти стены.

Для количественной оценки теплопроводности существует коэффициент теплопроводности материалов. Этот коэффициент отражает свойство вещества проводить тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше он проводит тепло. Если мы собираемся утеплять дом, то надо выбирать материалы с небольшим значением этого коэффициента. Чем он меньше, тем лучше. Сейчас  в качестве материалов для утепления зданий  наибольшее распространение получили утеплители из минеральной ваты, и различных пенопластов. Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами — Неопор.

Коэффициент теплопроводности материалов обозначается буквой ? (греческая строчная буква лямбда)  и выражается в Вт/(м2*К). Это означает, что если взять стену из кирпича, с коэффициентом теплопроводности 0,67 Вт/(м2*К), толщиной 1 метр и площадью 1 м2., то при разнице температур в 1 градус, через стену будет проходить 0,67 ватта тепловой энергии. Если разница температур будет 10 градусов, то будет проходить уже 6,7 ватта. А если при такой разнице температур  стену сделать 10 см, то потери тепла будут уже 67 ватт. Подробней о методике расчета теплопотерь зданий можно посмотреть здесь.

Следует отметить, что значения коэффициента теплопроводности материалов указываются для толщины материала в 1 метр. Чтобы определить теплопроводность материала для любой другой толщины, надо коэффициент теплопроводности разделить на нужную толщину, выраженную в метрах.

В строительных нормах и расчетах часто используется понятие «тепловое сопротивление материала». Это величина обратная теплопроводности.  Если, на пример, теплопроводность пенопласта толщиной 10 см — 0,37 Вт/(м2*К), то его тепловое сопротивление будет равно 1 / 0,37 Вт/(м2*К) = 2,7 (м2*К)/Вт.

Что такое теплопроводность?

На стадии проектирования любого дома, солидного коттеджа или дачной постройки наряду с архитектурными и конструктивными решениями, закладываются технические и эксплуатационные характеристики строения. Теплотехнические значения постройки напрямую зависят от материалов, из которых она возведена.

В соответствии со СНип 23-01-99, СНиП 23-02-2003, СНип 23 -02-2004 разработаны

технологии обеспечения климатологии, тепловой защиты жилья, а так же правила их проектирования. Созданы таблицы теплопроводности, полезные при определении критериев материалов для создания благоприятного микроклимата в зависимости от их показателей теплопроводности.

​

Показатели теплопроводности строительных материалов

Под теплопроводностью понимается физический процесс передачи энергии от нагретых частиц к холодным до наступления теплового равновесия, до того как сравняются температуры. Для жилого строения процесс теплопередачи определяется время выравнивания температуры в нутрии его и снаружи. Соответственно, чем длительнее процесс выравнивания температур (зимой – охлаждения, летом – нагревания), тем выше показатель (коэффициент) теплопроводности.

Коэффициент это показатель количества тепла, которое за единицу времени теряется, проходя через поверхность стен. Чем выше, тем больше теряется тепла, чем ниже, тем лучше для жилого дома.

Важно! Задача проектирования в том, чтобы подобрать материалы с наиболее низким коэффициентом теплопроводности для возведения всех строительных конструкций