Так что же такое теплопроводность? С точки зрения физики теплопроводность – это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).
Можно сказать проще, теплопроводность – это способность материала проводить тепло. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества. Происходит это до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой. Такой процесс может происходить в твердых, жидких и газообразных веществах.
На практике, например в строительстве при теплоизоляции зданий, рассматривается другой аспект теплопроводности, связанный с передачей тепловой энергии. В качестве примера возьмем “абстрактный дом”. В “абстрактном доме” стоит нагреватель, который поддерживает внутри дома постоянную температуру, скажем, 25 °С. На улице температура тоже постоянная, например, 0 °С. Вполне понятно, что если выключить обогреватель, то через некоторое время в доме тоже будет 0 °С. Все тепло (тепловая энергия) через стены уйдет на улицу.
Чтобы поддерживать температуру в доме 25 °С, нагреватель должен постоянно работать. Нагреватель постоянно создает тепло, которое постоянно уходит через стены на улицу.
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 , и различных . Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами – .
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
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.
Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.
Материал | Коэфф. тепл. Вт/(м2*К) |
Алебастровые плиты | 0,470 |
Алюминий | 230,0 |
Асбест (шифер) | 0,350 |
Асбест волокнистый | 0,150 |
Асбестоцемент | 1,760 |
Асбоцементные плиты | 0,350 |
Асфальт | 0,720 |
Асфальт в полах | 0,800 |
Бакелит | 0,230 |
Бетон на каменном щебне | 1,300 |
Бетон на песке | 0,700 |
Бетон пористый | 1,400 |
Бетон сплошной | 1,750 |
Бетон термоизоляционный | 0,180 |
Битум | 0,470 |
Бумага | 0,140 |
Вата минеральная легкая | 0,045 |
Вата минеральная тяжелая | 0,055 |
Вата хлопковая | 0,055 |
Вермикулитовые листы | 0,100 |
Войлок шерстяной | 0,045 |
Гипс строительный | 0,350 |
Глинозем | 2,330 |
Гравий (наполнитель) | 0,930 |
Гранит, базальт | 3,500 |
Грунт 10% воды | 1,750 |
Грунт 20% воды | 2,100 |
Грунт песчаный | 1,160 |
Грунт сухой | 0,400 |
Грунт утрамбованный | 1,050 |
Гудрон | 0,300 |
Древесина – доски | 0,150 |
Древесина – фанера | 0,150 |
Древесина твердых пород | 0,200 |
Древесно-стружечная плита ДСП | 0,200 |
Дюралюминий | 160,0 |
Железобетон | 1,700 |
Зола древесная | 0,150 |
Известняк | 1,700 |
Известь-песок раствор | 0,870 |
Ипорка (вспененная смола) | 0,038 |
Камень | 1,400 |
Картон строительный многослойный | 0,130 |
Каучук вспененный | 0,030 |
Каучук натуральный | 0,042 |
Каучук фторированный | 0,055 |
Керамзитобетон | 0,200 |
Кирпич кремнеземный | 0,150 |
Кирпич пустотелый | 0,440 |
Кирпич силикатный | 0,810 |
Кирпич сплошной | 0,670 |
Кирпич шлаковый | 0,580 |
Кремнезистые плиты | 0,070 |
Латунь | 110,0 |
Лед 0°С | 2,210 |
Лед -20°С | 2,440 |
Липа, береза, клен, дуб (15% влажности) | 0,150 |
Медь | 380,0 |
Мипора | 0,085 |
Опилки – засыпка | 0,095 |
Опилки древесные сухие | 0,065 |
ПВХ | 0,190 |
Пенобетон | 0,300 |
Пенопласт ПС-1 | 0,037 |
Пенопласт ПС-4 | 0,040 |
Пенопласт ПХВ-1 | 0,050 |
Пенопласт резопен ФРП | 0,045 |
Пенополистирол ПС-Б | 0,040 |
Пенополистирол ПС-БС | 0,040 |
Пенополиуретановые листы | 0,035 |
Пенополиуретановые панели | 0,025 |
Пеностекло легкое | 0,060 |
Пеностекло тяжелое | 0,080 |
Пергамин | 0,170 |
Перлит | 0,050 |
Перлито-цементные плиты | 0,080 |
Песок 0% влажности | 0,330 |
Песок 10% влажности | 0,970 |
Песок 20% влажности | 1,330 |
Песчаник обожженный | 1,500 |
Плитка облицовочная | 1,050 |
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2 | 0,036 |
Полистирол | 0,082 |
Поролон | 0,040 |
Портландцемент раствор | 0,470 |
Пробковая плита | 0,043 |
Пробковые листы легкие | 0,035 |
Пробковые листы тяжелые | 0,050 |
Резина | 0,150 |
Рубероид | 0,170 |
Сланец | 2,100 |
Снег | 1,500 |
Сосна обыкновенная, ель, пихта (450…550 кг/куб.м, 15% влажности) | 0,150 |
Сосна смолистая (600…750 кг/куб.м, 15% влажности) | 0,230 |
Сталь | 52,0 |
Стекло | 1,150 |
Стекловата | 0,050 |
Стекловолокно | 0,036 |
Стеклотекстолит | 0,300 |
Стружки – набивка | 0,120 |
Тефлон | 0,250 |
Толь бумажный | 0,230 |
Цементные плиты | 1,920 |
Цемент-песок раствор | 1,200 |
Чугун | 56,0 |
Шлак гранулированный | 0,150 |
Шлак котельный | 0,290 |
Шлакобетон | 0,600 |
Штукатурка сухая | 0,210 |
Штукатурка цементная | 0,900 |
Эбонит | 0,160 |
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.
Из чего построить дом? Его стены должны обеспечить здоровый микроклимат без лишней влаги, плесени, холода. Это зависит от их физических свойств: плотности, водостойкости, пористости. Самым главным является теплопроводность строительных материалов, означающая их свойство пропускать сквозь себя тепловую энергию при разнице температур. Для того, чтобы количественно оценить этот параметр, используют коэффициент теплопроводности.
Для того, чтобы кирпичный дом был таким же теплым, как и деревянный сруб (из сосны), толщина его стен должна втрое превышать толщину стен сруба.
Что такое коэффициент теплопроводности
Эта физическая величина равна количеству теплоты (измеряемой в килокалориях), проходящей через материал толщиной 1 м за 1 час. При этом разница температур на противоположных сторонах его поверхности должна быть равной 1 °С. Исчисляется теплопроводность в Вт/м град (Ватт, деленный на произведение метра и градуса).
Использование данной характеристики продиктовано необходимостью грамотного подбора типа фасада для создания максимальной теплоизоляции. Это необходимое условие для комфорта живущих или работающих в здании людей. Также теплопроводность строительных материалов учитывается при выборе дополнительного утепления дома. В данном случае ее расчет особенно важен, так как ошибки приводят к неправильному смещению точки росы и, как следствие - стены мокнут, в доме сыро и холодно.
Сравнительная характеристика теплопроводности строительных материалов
Коэффициент теплопроводности материалов различный. К примеру, у сосны этот показатель равен 0,17 Вт/м град, у пенобетона – 0,18 Вт/м град: то есть, по способности сохранять тепло они примерно идентичны. Коэффициент теплопроводности кирпича – 0,55 Вт/м град, а обыкновенного (полнотелого) – 0,8 Вт/м град. Из всего этого следует, что для того, чтобы кирпичный дом был таким же теплым, как и деревянный сруб (из сосны), толщина его стен должна втрое превышать толщину стен сруба.
Практическое использование материалов с низкой теплопроводностью
Современные технологии производства теплоизолирующих материалов предоставляют широкие возможности для строительной индустрии. Сегодня совершенно не обязательно строить дома с большой толщиной стен: можно удачно комбинировать различные материалы для возведения энергоэффективных построек. Не очень высокую теплопроводность кирпича можно компенсировать использованием дополнительного внутреннего или наружного утеплителя, например, пенополистирола, коэффициент теплопроводности которого – всего 0,03 Вт/м град.
Взамен дорогих домов из кирпича и не эффективных с точки зрения энергосбережения монолитных и каркасно-панельных домов из тяжелого и плотного бетона сегодня строят здания из ячеистого бетона. Его параметры такие же, как у древесины: в доме из данного материала стены не промерзают даже в самые холодные зимы.
Потери тепла дома в процентном соотношении.
Такая технология позволяет возводить более дешевые здания. Это связано с тем, что низкий коэффициент теплопроводности строительных материалов упростил возведение минимальными затратами по финансированию. Уменьшается также и время, затрачиваемое на строительные работы. Для более легких сооружений не требуется устраивать тяжелый глубоко заглубленный фундамент: в ряде случаев достаточно легкого ленточного или столбчатого.
Особенно привлекательным данный принцип строительства стал для возведения легких каркасных домов. Сегодня с использованием материалов низкой теплопроводности возводится все больше коттеджей, супермаркетов, складских помещений и производственных зданий. Такие строения могут эксплуатироваться в любой климатической зоне.
Принцип каркасно-щитовой технологии строительства заключается в том, что между тонкими листами фанеры или плит OSB помещается теплоизолятор. Это может быть минеральная вата либо пенополистирол. Толщина материала выбирается с учетом его теплопроводности. Тонкие стены вполне справляются с задачей тепловой изоляции. Таким же образом устраивается кровля. Данная технология позволяет в короткие сроки возводить здание с минимальными финансовыми затратами.
Сравнение параметров популярных материалов для изоляции и возведения домов
Пенополистирол и минеральная вата заняли лидирующие позиции при утеплении фасадов. Мнения специалистов разделились: одни утверждают, что вата накапливает конденсат и пригодна к эксплуатации лишь при одновременном использовании с паронепроницаемой мембраной. Но тогда стены теряют дышащие свойства, и качественное применение оказывается под вопросом. Другие уверяют, что создание вентилируемых фасадов решает данную проблему. При этом пенополистирол имеет низкую проводимость тепла и хорошо дышит. У него она пропорционально зависит от плотности листов: 40/100/150 кг/м3 = 0,03/0,04/0,05 Вт/м*ºC.
Еще одна важная характеристика, которую обязательно учитывают при строительстве - паропроницаемость. Она означает возможность стен пропускать изнутри влажность. При этом не происходят потери комнатной температуры и нет необходимости проветривать помещение. Низкая теплопроводность и высокая паропроницаемость стен обеспечивают идеальный для проживания человека микроклимат в доме.
Исходя из этих условий, можно определить самые эффективные дома для проживания человека. Наиболее низкой проводимостью тепла обладает пенобетон (0,08 Вт
м*ºC) при плотности 300 кг/м3. Этот строительный материал имеет также одну из самых высоких степеней паропроницаемости (0,26 Мг/м*ч*Па). Второе место по праву занимает древесина, в частности - сосна, ель, дуб. Их теплопроводность достаточно низкая (0,09 Вт/м*ºC) при условии обработки дерева поперек волокон. А паропроницаемость этих сортов наиболее высокая (0,32 Мг/м*ч*Па). Для сравнения: использование сосны, обработанной вдоль волокон, повышает выпуск тепла до 0,17-0,23 Вт/м*ºC.
Таким образом, для возведения стен подходят лучше всего пенобетон и древесина, так как они обладают лучшими параметрами по обеспечению экологической чистоты и хорошего микроклимата внутри помещений. Для изоляции фасада подходят пенополиуретан, пенополистирол, минеральная вата. Отдельно следует сказать о пакле. Ее закладывают для исключения мостиков холода во время кладки сруба. Она увеличивает и без того отличные свойства деревянного фасада: коэффициент проводимости тепла у пакли самый низкий (0,05 Вт/м*ºC), а паропроницаемость самая высокая (0,49 Мг/м*ч*Па).
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).
Процесс передачи энергии от более нагретой части тела к менее нагретой называется теплопроводностью. Числовое значение такого процесса отражает коэффициент теплопроводности материала. Это понятие является очень важным при строительстве и ремонте зданий. Правильно подобранные материалы позволяют создать в помещении благоприятный микроклимат и сэкономить на отоплении существенную сумму.
Понятие теплопроводности
Теплопроводность - процесс обмена тепловой энергией, который происходит за счет столкновения мельчайших частиц тела. Причем этот процесс не прекратится, пока не наступит момент равновесия температур. На это уходит определенный промежуток времени. Чем больше времени затрачивается на тепловой обмен, тем ниже показатель теплопроводности.
Данный показатель выражают как коэффициент теплопроводности материалов. Таблица содержит уже измеренные значения для большинства материалов. Расчет производится по количеству тепловой энергии, прошедшей сквозь заданную площадь поверхности материала. Чем больше вычисленное значение, тем быстрее объект отдаст все свое тепло.
Факторы, влияющие на теплопроводность
Коэффициент теплопроводности материала зависит от нескольких факторов:
- При повышении данного показателя взаимодействие частиц материала становится прочнее. Соответственно, они будут передавать температуру быстрее. А это значит, что с повышением плотности материала улучшается передача тепла.
- Пористость вещества. Пористые материалы являются неоднородными по своей структуре. Внутри них находится большое количество воздуха. А это значит, что молекулам и другим частицами будет сложно перемещать тепловую энергию. Соответственно, коэффициент теплопроводности повышается.
- Влажность также оказывает влияние на теплопроводность. Мокрые поверхности материала пропускают большее количество тепла. В некоторых таблицах даже указывается расчетный коэффициент теплопроводности материала в трех состояниях: сухом, среднем (обычном) и влажном.
Выбирая материал для утепления помещений, важно учитывать также условия, в которых он будет эксплуатироваться.
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.
Конструкционные материалы и их показатели
Для строительства зданий используют материалы с низким коэффициентом теплопроводности. Наиболее популярными являются:
- Железобетон, значение теплопроводности которого составляет 1,68Вт/м*К. Плотность материала достигает 2400-2500 кг/м 3 .
- Древесина, издревле использующаяся как строительный материал. Ее плотность и теплопроводность в зависимости от породы составляют 150-2100 кг/м 3 и 0,2-0,23Вт/м*К соответственно.
Еще один популярный строительный материал - кирпич. В зависимости от состава он обладает следующими показателями:
- саманный (изготовленный из глины): 0,1-0,4 Вт/м*К;
- керамический (изготовленный методом обжига): 0,35-0,81 Вт/м*К;
- силикатный (из песка с добавлением извести): 0,82-0,88 Вт/м*К.
Материалы из бетона с добавлением пористых заполнителей
Коэффициент теплопроводности материала позволяет использовать последний для постройки гаражей, сараев, летних домиков, бань и других сооружений. В данную группу можно отнести:
- Керамзитобетон, показатели которого зависят от его вида. Полнотелые блоки не имеют пустот и отверстий. С пустотами внутри изготавливают которые менее прочные, нежели первый вариант. Во втором случае теплопроводность будет ниже. Если рассматривать общие цифры, то составляет 500-1800кг/м3. Его показатель находится в интервале 0,14-0,65Вт/м*К.
- Газобетон, внутри которого образуются поры размером 1-3 миллиметра. Такая структура определяет плотность материала (300-800кг/м 3). За счет этого коэффициент достигает 0,1-0,3 Вт/м*К.
Показатели теплоизоляционных материалов
Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов, наиболее популярных в наше время:
- пенополистирол, плотность которого такая же, как и у предыдущего материала. Но при этом коэффициент передачи тепла находится на уровне 0,029-0,036Вт/м*К;
- стекловата. Характеризуется коэффициентом, равным 0,038-0,045Вт/м*К;
- с показателем 0,035-0,042Вт/м*К.
Таблица показателей
Для удобства работы коэффициент теплопроводности материала принято заносить в таблицу. В ней кроме самого коэффициента могут быть отражены такие показатели как степень влажности, плотность и другие. Материалы с высоким коэффициент теплопроводности сочетаются в таблице с показателями низкой теплопроводности. Образец данной таблицы приведен ниже:
Использование коэффициента теплопроводности материала позволит возвести желаемую постройку. Главное: выбрать продукт, отвечающий всем необходимым требованиями. Тогда здание получится комфортным для проживания; в нем будет сохраняться благоприятный микроклимат.
Правильно подобранный снизит по причине чего больше не нужно будет «отапливать улицу». Благодаря этому финансовые затраты на отопление существенно снизятся. Такая экономия позволит в скором времени вернуть все деньги, которые будут затрачены на приобретение теплоизолятора.