Коэффициент теплопроводности строительных материалов: что означает показатель + таблица значений
Строительное дело предусматривает использование любых подходящих материалов. Главные критерии – безопасность для жизни и здоровья, тепловая проводимость, надёжность. Далее следуют, цена, свойства эстетичности, универсальность применения и т.д.
Рассмотрим одну из важнейших характеристик стройматериалов — коэффициент теплопроводности, так как именно от этого свойства во многом зависит, к примеру, уровень комфорта в доме.
Содержание статьи:
- Что такое КТП строительного материала?
- Влияние факторов на уровень теплопроводности
- Стройматериалы с минимальным КТП
- Влияние влаги на теплопроводность стройматериала
- Методы определения коэффициента
- Таблица теплопроводности стройматериалов
- Выводы и полезное видео по теме
Что такое КТП строительного материала?
Теоретически, да и практически тоже, строительными материалами, как правило, создаются две поверхности – наружная и внутренняя. С точки зрения физики, теплая область всегда стремится к холодной области.
Применительно к стройматериалу, тепло будет стремиться от одной поверхности (более теплой) к другой поверхности (менее теплой). Вот, собственно, способность материала относительно такого перехода и называется – коэффициентом теплопроводности или в аббревиатуре — КТП.
Схема, поясняющая эффект теплопроводности: 1 – тепловая энергия; 2 – коэффициент теплопроводности; 3 – температура первой поверхности; 4 – температура второй поверхности; 5 – толщина стройматериала
Характеристика КТП обычно строится на основе испытаний, когда берётся экспериментальный экземпляр размерами 100х100 см и к нему применяется тепловое воздействие с учётом разницы температур двух поверхностей в 1 градус. Время воздействия 1 час.
Соответственно, измеряется теплопроводность в Ваттах на метр на градус (Вт/м°C). Коэффициент обозначается греческим символом λ.
По умолчанию, теплопроводность различных материалов для строительства со значением меньше 0,175 Вт/м°C, приравнивает эти материалы к разряду изоляционных.
Современным производством освоены технологии изготовления стройматериалов, уровень КТП которых составляет меньше 0,05 Вт/м°C. Благодаря таким изделиям, удается достичь выраженного экономического эффекта в плане потребления энергетических ресурсов.
Влияние факторов на уровень теплопроводности
Каждый отдельно взятый стройматериал имеет определенное строение и обладает своеобразным физическим состоянием.
Основой этого являются:
- размерность кристаллов структуры;
- фазовое состояние вещества;
- степень кристаллизации;
- анизотропия теплопроводности кристаллов;
- объем пористости и структуры;
- направление теплового потока.
Все это – факторы влияния. Определенное влияние на уровень КТП также оказывает химический состав и примеси. Количество примесей, как показала практика, оказывает особенно выразительное влияние на уровень теплопроводности кристаллических компонентов.
Изоляционные стройматериалы – класс продуктов под строительство, созданных с учётом свойств КТП, приближенных к оптимальным свойствам. Однако достичь идеальной теплопроводности при сохранении других качеств, крайне сложно
В свою очередь влияние на КТП оказывают условия эксплуатации стройматериала — температура, давление, уровень влажности и др.
Стройматериалы с минимальным КТП
Согласно исследованиям, минимальным значением теплопроводности (около 0,023 Вт/м°C) обладает сухой воздух.
С точки зрения применения сухого воздуха в структуре строительного материала, необходима конструкция, где сухой воздух пребывает внутри замкнутых многочисленных пространств небольшого объёма. Конструктивно такая конфигурация представлена в образе многочисленных пор внутри структуры.
Отсюда логичный вывод: малым уровнем КТП должен обладать стройматериал, внутренняя структура которого представляет собой пористое образование.
Причём, в зависимости от максимально допустимой пористости материала, значение теплопроводности приближается к значению КТП сухого воздуха.
Созданию строительного материала с минимальной теплопроводностью способствует пористая структура. Чем больше содержится пор разного объема в структуре материала, тем лучший КТП допустимо получить
В современном производстве применяются несколько технологий для получения пористости строительного материала.
В частности, используются технологии:
- пенообразования;
- газообразования;
- водозатворения;
- вспучивания;
- внедрения добавок;
- создания волоконных каркасов.
Следует отметить: коэффициент теплопроводности напрямую связан с такими свойствами, как плотность, теплоемкость, температурная проводимость.
Значение теплопроводности может быть рассчитано по формуле:
λ = Q / S *(T1-T2)*t,
Где:
- Q – количество тепла;
- S – толщина материала;
- T1, T2 – температура с двух сторон материала;
- t — время.
Средняя величина плотности и теплопроводности обратно пропорциональна величине пористости. Поэтому, исходя из плотности структуры стройматериала, зависимость от нее теплопроводности можно рассчитать так:
λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d2 – 0,16,
Где: d – значение плотности. Это формула В.П. Некрасова, демонстрирующая влияние плотности конкретного материала на значение его КТП.
Влияние влаги на теплопроводность стройматериала
Опять же судя по примерам использования стройматериалов на практике, выясняется негативное влияние влаги на КТП стройматериала. Замечено – чем большему увлажнению подвергается стройматериал, тем более высоким становится значение КТП.
Различными способами стремятся защитить от воздействия влаги материал, используемый в строительстве. Эта мера вполне оправдана, учитывая повышение коэффициента для мокрого стройматериала
Обосновать такой момент несложно. Воздействие влаги на структуру строительного материала сопровождается увлажнением воздуха в порах и частичным замещением воздушной среды.
Учитывая, что параметр коэффициента теплопроводности для воды составляет 0,58 Вт/м°C, становится понятным существенное повышение КТП материала.
Следует также отметить более негативный эффект, когда вода, попадающая в пористую структуру, дополнительно замораживается – превращается в лёд.
Соответственно, несложно просчитать ещё большее увеличение теплопроводности, принимая во внимание параметры КТП льда, равного значению 2,3 Вт/м°C. Прирост примерно в четыре раза к параметру теплопроводности воды.
Одной из причин отказа от зимнего строительства в пользу стройки летом следует считать именно фактор возможного подмораживания некоторых видов стройматериалов и как следствие – повышения теплопроводности
Отсюда становятся очевидными строительные требования относительно защиты изоляционных стройматериалов от попадания влаги. Ведь уровень теплопроводности растёт в прямой пропорциональности от количественной влажности.
Не менее значимым видится и другой момент – обратный, когда структура строительного материала подвергается существенному нагреву. Чрезмерно высокая температура также провоцирует рост теплопроводности.
Происходит такое по причине повышения кинематической энергии молекул, составляющих структурную основу стройматериала.
Правда, существует класс материалов, структура которых, напротив, приобретает лучшие свойства теплопроводности в режиме сильного нагрева. Одним из таких материалов является металл.
Если под сильным нагревом большая часть широко распространенных стройматериалов изменяет теплопроводность в сторону увеличения, сильный нагрев металла приводит к обратному эффекту — КТП металла понижается
Методы определения коэффициента
Используются разные методики в этом направлении, но по факту все технологии измерения объединены двумя группами методов:
Стационарная методика подразумевает работу с параметрами, неизменными с течением времени или изменяющимися в незначительной степени. Эта технология, судя по практическим применениям, позволяет рассчитывать на более точные результаты КТП.
Действия, направленные на измерения теплопроводности, стационарный способ допускает проводить в широком температурном диапазоне — 20 – 700 °C. Но вместе с тем, стационарная технология считается трудоёмкой и сложной методикой, требующей большого количества времени на исполнение.
Пример аппарата, предназначенного под выполнение измерений коэффициента теплопроводности. Это одна из современных цифровых конструкций, обеспечивающая получение быстрого и точного результата
Другая технология измерений – нестационарная, видится более упрощенной, требующей для исполнения работ от 10 до 30 минут. Однако в этом случае существенно ограничен диапазон температур. Тем не менее, методика нашла широкое применение в условиях производственного сектора.
Таблица теплопроводности стройматериалов
Подвергать измерениям многие существующие и широко используемые стройматериалы не имеет смысла.
Все эти продукты, как правило, испытаны неоднократно, на основании чего составлена таблица теплопроводности строительных материалов, куда входят практически все нужные на стройке материалы.
Один из вариантов такой таблицы представлен ниже, где КТП — коэффициент теплопроводности:
Материал (стройматериал)
Плотность, м3
КТП сухая, Вт/мºC
% влажн._1
% влажн._2
КТП при влажн._1, Вт/мºC
КТП при влажн._2, Вт/мºC
Битум кровельный
1400
0,27
0
0
0,27
0,27
Битум кровельный
1000
0,17
0
0
0,17
0,17
Шифер кровельный
1800
0,35
2
3
0,47
0,52
Шифер кровельный
1600
0,23
2
3
0,35
0,41
Битум кровельный
1200
0,22
0
0
0,22
0,22
Лист асбоцементный
1800
0,35
2
3
0,47
0,52
Лист асбестоцементный
1600
0,23
2
3
0,35
0,41
Асфальтобетон
2100
1,05
0
0
1,05
1,05
Толь строительная
600
0,17
0
0
0,17
0,17
Бетон (на гравийной подушке)
1600
0,46
4
6
0,46
0,55
Бетон (на шлаковой подушке)
1800
0,46
4
6
0,56
0,67
Бетон (на щебенке)
2400
1,51
2
3
1,74
1,86
Бетон (на песчаной подушке)
1000
0,28
9
13
0,35
0,41
Бетон (пористая структура)
1000
0,29
10
15
0,41
0,47
Бетон (сплошная структура)
2500
1,89
2
3
1,92
2,04
Пемзобетон
1600
0,52
4
6
0,62
0,68
Битум строительный
1400
0,27
0
0
0,27
0,27
Битум строительный
1200
0,22
0
0
0,22
0,22
Минеральная вата облегченная
50
0,048
2
5
0,052
0,06
Минеральная вата тяжелая
125
0,056
2
5
0,064
0,07
Минеральная вата
75
0,052
2
5
0,06
0,064
Лист вермикулитовый
200
0,065
1
3
0,08
0,095
Лист вермикулитовый
150
0,060
1
3
0,074
0,098
Газо-пено-золо бетон
800
0,17
15
22
0,35
0,41
Газо-пено-золо бетон
1000
0,23
15
22
0,44
0,50
Газо-пено-золо бетон
1200
0,29
15
22
0,52
0,58
Газо-пено-бетон (пенно-силикат)
300
0,08
8
12
0,11
0,13
Газо-пено-бетон (пенно-силикат)
400
0,11
8
12
0,14
0,15
Газо-пено-бетон (пенно-силикат)
600
0,14
8
12
0,22
0,26
Газо-пено-бетон (пенно-силикат)
800
0,21
10
15
0,33
0,37
Газо-пено-бетон (пенно-силикат)
1000
0,29
10
15
0,41
0,47
Строительный гипс плита
1200
0,35
4
6
0,41
0,46
Гравий керамзитовый
600
2,14
2
3
0,21
0,23
Гравий керамзитовый
800
0,18
2
3
0,21
0,23
Гранит (базальт)
2800
3,49
0
0
3,49
3,49
Гравий керамзитовый
400
0,12
2
3
0,13
0,14
Гравий керамзитовый
300
0,108
2
3
0,12
0,13
Гравий керамзитовый
200
0,099
2
3
0,11
0,12
Гравий шунгизитовый
800
0,16
2
4
0,20
0,23
Гравий шунгизитовый
600
0,13
2
4
0,16
0,20
Гравий шунгизитовый
400
0,11
2
4
0,13
0,14
Дерево сосна поперечные волокна
500
0,09
15
20
0,14
0,18
Фанера клееная
600
0,12
10
13
0,15
0,18
Дерево сосна вдоль волокон
500
0,18
15
20
0,29
0,35
Дерево дуба поперек волокон
700
0,23
10
15
0,18
0,23
Металл дюралюминий
2600
221
0
0
221
221
Железобетон
2500
1,69
2
3
1,92
2,04
Туфобетон
1600
0,52
7
10
0,7
0,81
Известняк
2000
0,93
2
3
1,16
1,28
Раствор извести с песком
1700
0,52
2
4
0,70
0,87
Песок под строительные работы
1600
0,035
1
2
0,47
0,58
Туфобетон
1800
0,64
7
10
0,87
0,99
Облицовочный картон
1000
0,18
5
10
0,21
0,23
Многослойный строительный картон
650
0,13
6
12
0,15
0,18
Вспененный каучук
60-95
0,034
5
15
0,04
0,054
Керамзитобетон
1400
0,47
5
10
0,56
0,65
Керамзитобетон
1600
0,58
5
10
0,67
0,78
Керамзитобетон
1800
0,86
5
10
0,80
0,92
Кирпич (пустотный)
1400
0,41
1
2
0,52
0,58
Кирпич (керамический)
1600
0,47
1
2
0,58
0,64
Пакля строительная
150
0,05
7
12
0,06
0,07
Кирпич (силикатный)
1500
0,64
2
4
0,7
0,81
Кирпич (сплошной)
1800
0,88
1
2
0,7
0,81
Кирпич (шлаковый)
1700
0,52
1,5
3
0,64
0,76
Кирпич (глиняный)
1600
0,47
2
4
0,58
0,7
Кирпич (трепельный)
1200
0,35
2
4
0,47
0,52
Металл медь
8500
407
0
0
407
407
Сухая штукатурка (лист)
1050
0,15
4
6
0,34
0,36
Плиты минеральной ваты
350
0,091
2
5
0,09
0,11
Плиты минеральной ваты
300
0,070
2
5
0,087
0,09
Плиты минеральной ваты
200
0,070
2
5
0,076
0,08
Плиты минеральной ваты
100
0,056
2
5
0,06
0,07
Линолеум ПВХ
1800
0,38
0
0
0,38
0,38
Пенобетон
1000
0,29
8
12
0,38
0,43
Пенобетон
800
0,21
8
12
0,33
0,37
Пенобетон
600
0,14
8
12
0,22
0,26
Пенобетон
400
0,11
6
12
0,14
0,15
Пенобетон на известняке
1000
0,31
12
18
0,48
0,55
Пенобетон на цементе
1200
0,37
15
22
0,60
0,66
Пенополистирол (ПСБ-С25)
15 — 25
0,029 – 0,033
2
10
0,035 – 0,052
0,040 – 0,059
Пенополистирол (ПСБ-С35)
25 — 35
0,036 – 0,041
2
20
0,034
0,039
Лист пенополиуретановый
80
0,041
2
5
0,05
0,05
Панель пенополиуретановая
60
0,035
2
5
0,41
0,41
Облегченное пеностекло
200
0,07
1
2
0,08
0,09
Утяжеленное пеностекло
400
0,11
1
2
0,12
0,14
Пергамин
600
0,17
0
0
0,17
0,17
Перлит
400
0,111
1
2
0,12
0,13
Плита перлитоцементная
200
0,041
2
3
0,052
0,06
Мрамор
2800
2,91
0
0
2,91
2,91
Туф
2000
0,76
3
5
0,93
1,05
Бетон на зольном гравии
1400
0,47
5
8
0,52
0,58
Плита ДВП (ДСП)
200
0,06
10
12
0,07
0,08
Плита ДВП (ДСП)
400
0,08
10
12
0,11
0,13
Плита ДВП (ДСП)
600
0,11
10
12
0,13
0,16
Плита ДВП (ДСП)
800
0,13
10
12
0,19
0,23
Плита ДВП (ДСП)
1000
0,15
10
12
0,23
0,29
Полистиролбетон на портландцементе
600
0,14
4
8
0,17
0,20
Вермикулитобетон
800
0,21
8
13
0,23
0,26
Вермикулитобетон
600
0,14
8
13
0,16
0,17
Вермикулитобетон
400
0,09
8
13
0,11
0,13
Вермикулитобетон
300
0,08
8
13
0,09
0,11
Рубероид
600
0,17
0
0
0,17
0,17
Плита фибролит
800
0,16
10
15
0,24
0,30
Металл сталь
7850
58
0
0
58
58
Стекло
2500
0,76
0
0
0,76
0,76
Стекловата
50
0,048
2
5
0,052
0,06
Стекловолокно
50
0,056
2
5
0,06
0,064
Плита фибролит
600
0,12
10
15
0,18
0,23
Плита фибролит
400
0,08
10
15
0,13
0,16
Плита фибролит
300
0,07
10
15
0,09
0,14
Клееная фанера
600
0,12
10
13
0,15
0,18
Плита камышитовая
300
0,07
10
15
0,09
0,14
Раствор цементо-песчаный
1800
0,58
2
4
0,76
0,93
Металл чугун
7200
50
0
0
50
50
Раствор цементно-шлаковый
1400
0,41
2
4
0,52
0,64
Раствор сложного песка
1700
0,52
2
4
0,70
0,87
Сухая штукатурка
800
0,15
4
6
0,19
0,21
Плита камышитовая
200
0,06
10
15
0,07
0,09
Цементная штукатурка
1050
0,15
4
6
0,34
0,36
Плита торфяная
300
0,064
15
20
0,07
0,08
Плита торфяная
200
0,052
15
20
0,06
0,064
Выводы и полезное видео по теме
Видеоролик тематически направленный, где достаточно подробно разъясняется – что такое КТП и «с чем его едят». Ознакомившись с материалом, представленным в ролике, появляются высокие шансы стать профессиональным строителем.
Очевидный момент – потенциальному строителю обязательно необходимо знать о теплопроводности и ее зависимости от различных факторов. Эти знания помогут строить не просто качественно, но с высокой степенью надежности и долговечности объекта. Использование коэффициента по существу – это реальная экономия денег, допустим, на оплате за те же коммунальные услуги.
