Сравнительная таблица теплопроводности материалов и утеплителей

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:

Пенобетон. Производится с добавлением пенообразующих веществ, за счет которых характеризуется пористой структурой с плотностью 500-1000 кг/м3. При этом способность передавать тепло определяется значением 0,1-0,37Вт/м*К.

Керамзитобетон, показатели которого зависят от его вида. Полнотелые блоки не имеют пустот и отверстий. С пустотами внутри изготавливают пустотелые блоки, которые менее прочные, нежели первый вариант. Во втором случае теплопроводность будет ниже. Если рассматривать общие цифры, то плотность керамзитобетона 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/м3). За счет этого коэффициент достигает 0,1-0,3 Вт/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 изоляционный материал снизит потери тепла, 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.

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.

Показатели влажности ячеистого бетона

Европейский и Международный комитеты по бетону, проходящие в 1977 году в Лондоне, в связи с существенными различиями в применении в строительстве и физико-техническими свойствами между бетонами на легких заполнителях и ячеистыми бетонами, создали рабочую группу по ячеистому бетону, которая выявила, что эксплуатационная влажность – его важнейший показатель. Значение влажности ячеистого бетона составляет 4-5% от его массы и устанавливается примерно через 2-3 года. Пределы значения отпускной влажности — 25 – 35%.

Способность внутренней влаги передавать тепло обуславливает основную теплопередачу. Ячеистый бетон имеет свойство линейно повышать теплопроводность, по мере увеличения такого показателя как сорбционное влагопотребление до 15%. Дальнейший рост этого показателя влияет уже несущественно.

Есть ряд особенностей эксплуатации ячеистого бетона для того, чтобы получать заявленную теплопроводность. Так, например, обязательно использовать грунтовку для предохранения стен от увлажнения. На наружных стенах грунтовка должна быт паропроницаемая.

Влияющие факторы

Если сравнить свойства одного и того же стройматериала в разных условиях, легко увидеть, что теплоизоляционный коэффициент будет разным. Различается величина также у разных марок, причем разница может быть довольно значимой.

На проводимость влияют следующие факторы:

1. Плотность. При высокой плотности частицы расположены близко друг от друга, следовательно, передача тепла будет происходить довольно быстро. Легкие стройматериалы (например, керамзит) хуже отдают тепло, чем тяжелые.
2. Пористость. Чем она выше, тем меньше тепла пропускается. Воздух отличается маленькой проводимостью, значит, чем больше отверстий в поверхности, тем слабее будет теплопередача.
3. Структура самих пор. Большие, сообщающиеся между собой поры повышают проницаемость бетонной перегородки. Чтобы сохранить тепло внутри, лучше выбирать мелкие, замкнутые отверстия.
4. Влажность. При намокании бетона или кирпича воздух вытесняется, заменяется жидкостью или становится влажным воздухом. Коэффициент увеличивается почти в 20 раз.
5. Температура. Чем она выше, тем выше коэффициент.

Эффективность многослойных конструкций

Плотность и теплопроводность

В настоящее время нет такого строительного материала, высокая несущая способность которого сочеталась бы с низкой теплопроводностью. Строительство зданий по принципу многослойных конструкций позволяет:

• соответствовать расчётным нормам строительства и энергосбережения;
• оставлять размеры ограждающих конструкций в пределах разумного;
• уменьшить материальные затраты на строительство объекта и его обслуживание;
• добиться долговечности и ремонтопригодности (например, при замене одного листа минеральной ваты).

Комбинация конструкционного материала и теплоизоляционного позволяет обеспечить прочность и снизить потерю тепловой энергии до оптимального уровня. Поэтому при проектировании стен при расчётах учитывается каждый слой будущей ограждающей конструкции.

Важно также учитывать плотность при строительстве дома и при его утеплении. Плотность вещества – фактор, влияющий на его теплопроводность, способность задерживать в себе основной теплоизолятор – воздух. Плотность вещества – фактор, влияющий на его теплопроводность, способность задерживать в себе основной теплоизолятор – воздух

Плотность вещества – фактор, влияющий на его теплопроводность, способность задерживать в себе основной теплоизолятор – воздух.

Расчёт толщины стен и утеплителя

Расчёт толщины стены зависит от следующих показателей:

• плотности;
• расчётной теплопроводности;
• коэффициента сопротивления теплопередачи.

Согласно установленных норм, значение показателя сопротивления теплопередачи наружных стен должно быть не менее 3,2λ Вт/м •°С.

Расчёт толщины стен из железобетона и прочих конструкционных материалов представлен в таблице 2. Такие строительные материалы отличаются высокими несущими характеристиками, они долговечны, но в качестве тепловой защиты они неэффективны и требуют нерациональной толщины стены.

Таблица 2

Конструкционно-теплоизоляционные материалы способны подвергаться достаточно высоким нагрузкам, при этом значительно повышают теплотехнические и акустические свойства зданий в стеновых ограждающих конструкциях (таблица 3.1, 3.2).

Таблица 3.1

Таблица 3.2

Значительно повысить теплозащиту зданий и сооружений позволяют теплоизоляционные строительные материалы. Данные таблицы 4 показывают, что наименьшие значения коэффициента теплопроводности имеют полимеры, минераловатные, плиты из природных органических и неорганических материалов.

Таблица 4

Значения таблиц теплопроводности строительных материалов применяются при расчётах:

• теплоизоляции фасадов;
• общестроительной изоляции;
• изоляционных материалов при устройстве кровли;
• технической изоляции.

Задача выбора оптимальных материалов для строительства, конечно же, подразумевает более комплексный подход. Однако даже такие простые расчёты уже на первых этапах проектирования позволяют определить наиболее подходящие материалы и их количество.

Особенности производства базальтовой ваты и пенополистирола

Производство базальтовой ваты основано на расплаве горных пород габбро-базальтовой группы. Расплав происходит в печах при температурах свыше 1500 градусов. Получившийся расплав преобразовывается в тонкие волокна, из которых формируется минераловатный ковер. Затем минераловатный ковер обрабатываются связующими веществами и проводят термическую обработку в полимеризационной камере, в результате чего получаются готовые изделия — маты и плиты. 

Пенополистирол представляет собой легкий газонаполненный материал на основе полистирола, который характеризуется равномерной структурой, состоящей из маленьких (0,1-0,2 мм) полностью закрытых ячеек. На сегодняшний день строительный рынок предлагает два вида этого материала: обычный и экструдированный пенополистирол. Основное различие этих двух видов пенополистирола состоит в технологии производства, и, как следствии, свойствах готовой продукции. 

 Обычный пенополистирол формируется методом спекания гранул под воздействием высоких температур.

Экструдированный пенополистирол изготавливается методом вспучивания и сваривания гранул под воздействие горячего пара или воды (температура 80-100 градусов) и последующим выдавливанием через экструдер.

Основное отличие эсктрудированного пенополистирола от обычного заключается в более высоких показателях жесткости и меньшем водопоглащении. Еще одно различие обусловлено технологией производства — ограничение толщины плит (максимум 100 мм), изготавливаемых из экструдированного пенополистирола. 

Коэффициент теплопередачи

Коэффициент теплопередачи указывает значение теплового потока (в ваттах), который будет проходить через элементарную площадь 1 м2 данного материала при перепаде температур в 1 К. Таким образом, коэффициент теплопередачи имеет размерность [Вт/(м2хК)] (Ватт на квадратный метр и градус Кельвина). Чем лучше теплоизоляция, тем меньше значение коэффициента теплопередачи U и, соответственно, тем меньше будут тепловые потери конструктивного элемента здания. Коэффициент теплопроводности X характеризует способность конкретного материала пропускать тепло. Этот коэффициент имеет следующую размерность: [Вт/(мхК)]. Таким образом, чем меньше значение X, тем лучше подходит конкретный строительный материал в качестве теплоизолятора. Многие распространенные теплоизоляционные материалы, например, минеральное волокно или волокнистая целлюлоза, имеют значение X, равное 0,040 Вт/мхК и потому принадлежат к материалам группы теплопроводности 040. По аналогии с этим определением, материалы, коэффициент теплопроводности которых составляет X = 0,030 Вт/мхК (например, различные виды вспененного полиуретана), относятся к группе теплопроводности 030. Коэффициент теплопередачи двухслойного конструктивного элемента здания (например, стены) вычисляется по следующей формуле через теплопроводность и толщину соответствующего элемента или, соответственно, слоя конкретного материала.

Эмпирическое правило Значение коэффициента теплопередачи U, составляющее 1 Вт/(м2хК), соответствует передаче примерно 60 кВтч/(м2хгод) при температуре в помещении 20 °С и наружных температурах, соответствующих климату Германии.

Если потребление тепловой энергии составляет, например, 55 кВтч/(м2хгод) плюс 12,5 кВтч/(м2хгод) на горячее водоснабжение, то требования стандарта Effizienzhaus 70 по потреблению первичной энергии могут быть удовлетворены только в случае, если в дополнение к ископаемому топливу будет использоваться энергия из возобновляемых источников (например, солнечная энергия, биотопливо и т. п.). Только за счет потребления дополнительной энергии из возобновляемых источников с коэффициентом использования первичной энергии (Primarenergiefaktor) от 0,0 (солнечная энергия) или 0,2 (древесное топливо) можно добиться стопроцентного удовлетворения потребностей в тепловой энергии, используя при этом только 70% традиционного топлива. Традиционные отопительные системы, использующие отопительные котлы, работающие на жидком или газообразном котельном топливе (получаемом из нефти и природного газа), всегда требуют большего объема первичной энергии, чем вы потребляете на свои нужды. Поэтому так называемый коэффициент затрат производства еg, имеет значение, превышающее 1 (с учетом коэффициента производительности котла). Значения коэффициента затрат установки еА (с учетом кпд всей системы отопления, включая коэффициент затрат первичной энергии fp) тоже заметно превышают 1,0 (фактически — от 1,3 до 1,8). Однако спросом пользуются отопительные системы с как можно более низким коэффициентом затрат установки; наиболее выгодными и предпочтительными считаются такие, для которых коэффициент ер приближается к 1. Такие отопительные системы покрывают потребности в тепловой энергии за счет использования возобновляемых источников энергии (например, солнечная энергия, гранулированное древесное топливо) или же производят за счет сжигания топлива из нефти и газа гораздо больше тепловой энергии, нежели требуется вам. Теплоизоляция старых зданий

Что такое коэффициент теплопроводности

Коэффициент теплоотдачи или теплопроводности материалов, который также обозначен в таблицах, это характеристика тепловой проводимости. Он обозначает количество тепловой энергии, проходящий через толщу стройматериала за определенный промежуток времени.

В принципе, коэффициент обозначает именно количественный показатель. И чем он меньше, тем теплопроводность материала лучше. Из сравнения выше видно, что стальные профили и конструкции обладают самым высоким коэффициентом. А значит, они практически не держат тепло. Из строительных материалов,сдерживающих тепло, которые используются для сооружения несущих конструкций, это древесина.

Но надо обозначить и другой момент. К примеру, все та же сталь. Этот прочный материал используют для отведения тепла, где есть необходимость сделать быстрый перенос. К примеру, радиаторы отопления. То есть, высокий показатель теплопроводности – это не всегда плохо.

Коэффициент теплопроводности стены из разных материалов при разной толщине

Расчет толщины стены по теплопроводности вручную по формулам или калькулятором

Рассчитать толщину стены не так просто. Для этого нужно сложить все коэффициенты теплопроводности материалов, которые были использованы для сооружения стены. К примеру, кирпич, штукатурный раствор снаружи, плюс наружная облицовка, если такая будет использоваться. Внутренние выравнивающие материалы, это может быть все та же штукатурка или гипсокартонные листы, другие плитные или панельные покрытия. Если есть воздушная прослойка, то учитывают и ее.

Толщина стен из разных стройматериалов с одинаковым тепловым сопротивлением

Есть так называемая удельная теплопроводность по регионам, которую берут за основу. Так вот расчетная величина не должна быть больше удельной. В таблице ниже по городам дана удельная тепловая проводимость.

То есть, чем южнее, тем общая теплопроводность материалов должна быть меньше. Соответственно, можно уменьшать и толщину стены. Что касается онлайн-калькулятора, то предлагаем ниже посмотреть видео, на котором разбирается, как правильно пользоваться таким расчетным сервисом.

Коэффициент теплопроводности материалов.

Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.

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.

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.

Зачем нужна теплоизоляция?

Актуальность теплоизоляции заключается в следующем:

Сохранение тепла в зимний период и прохлады в летний период.

Потери тепла сквозь стены обычного многоэтажного жилого дома составляют 30-40%. Для снижения теплопотерь нужны специальные теплоизоляционные материалы. Применение в зимний период электрических обогревателей способствует дополнительному расходу на электроэнергию. Эти расходы выгодней компенсировать использованием качественного теплоизоляционного материала, обеспечивающего сохранение тепла в зимний период и прохладу в летнюю жару. При этом затраты на охлаждение помещения кондиционером также будут сведены к минимуму.

Увеличение долговечности конструкций здания.

В случае промышленных зданий с использованием металлического каркаса, утеплитель позволяет защитить поверхность металла от коррозии, являющейся самым пагубным дефектом для данного вида конструкций. А срок службы для здания из кирпича определяется количеством циклов замораживания/оттаивания. Воздействие этих циклов воспринимает утеплитель, ведь точка росы при этом находится в теплоизоляционном материале, а не материале стены. Такое утепление позволяет увеличить срок службы здания во много раз.

Шумоизоляция.

Защита от возрастающего уровня шума достигается при использовании таких шумопоглощающих материалов (толстые матрасы, звукоотражающие стеновые панели).

Увеличение полезной площади зданий.

Использование системы теплоизоляции позволяет уменьшить толщину наружных стен, при этом увеличивая внутреннюю площадь здания.

Конвекция в жидкостях и газах

Передача тепла в текучих средах осуществляется за счет процесса конвекции. Этот процесс предполагает перемещение молекул вещества между зонами с различной температурой, то есть при конвекции происходит перемешивание жидкости или газа. Когда текучая материя отдает тепло, ее молекулы теряют часть кинетической энергии, и материя становится более плотной. Наоборот, когда текучая материя нагревается, ее молекулы увеличивают свою кинетическую энергию, их движение становится более интенсивным, соответственно, объем материи увеличивается, а плотность уменьшается. Именно поэтому холодные слои материи стремятся опуститься вниз под действием силы тяжести, а горячие слои пытаются подняться вверх. Этот процесс приводит к перемешиванию материи, способствуя передачи тепла между ее слоями.

Рекомендуем: Простая схема обвязки твердотопливного котла с теплоаккумулятором

Калькулятор расчёта толщины стены по теплопроводности

На практике подобные данные применяют часто и не только профессиональными проектировщиками. Нет ни одного закона, запрещающего самостоятельно создавать проект своего будущего дома. Главное, чтобы тот соответствовал всем нормативам и СНиПам. Чтобы рассчитать теплопроводность стены, можно воспользоваться специальным калькулятором. Подобное «чудо прогресса» можно как установить к себе на компьютер в качестве приложения, так и воспользоваться услугой онлайн.

Окно расчёта калькулятора

В нём нет премудростей. Просто выбираешь необходимые данные и получаешь готовый результат.

Расчёт толщины стен с использованием глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе

Существуют и более сложные калькуляторы расчёта, где учитываются все слои стен, пример подобного расчётного «механизма» показан на фото ниже.

Расчёт проводимости тепла всех прослоек стен

Конечно, теплоэффективность будущего здания – это вопрос, требующий пристального внимания. Ведь от него зависит, насколько тепло будет в доме и насколько экономно будет его отапливать. Для каждого климатического региона существуют свои нормы коэффициентов теплопроводности ограждающих конструкций. Можно рассчитать самостоятельно теплоэффективность, но если возникают проблемы, лучше обратиться за помощью к специалистам.

Предыдущая Строительные материалыИз чего делают цемент: от теории к практике
Следующая Строительные материалыКрепкий пол в каждый дом: ламинат или линолеум — что лучше