Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности

Теплопрово́дность — способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела путём хаотического движения частиц тела. Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. В сравнении тепловых цепей с электрическими это аналог проводимости. Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности.

Содержание
  1. Закон теплопроводности Фурье
  2. Коэффициент теплопроводности – выбираем «свою» теплоизоляцию
  3. Определение и формула коэффициента теплопроводности
  4. От чего зависит теплопроводность?
  5. Коэффициент теплопроводности Лямбда – что это такое?
  6. Сопротивление теплопередаче
  7. Оценка эффективности имеющейся термоизоляции
  8. Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов
  9. Коэффициент теплопроводности строительных материалов — таблица!
  10. Как рассчитать теплопроводность по закону Фурье
  11. Теплопередача через плоскую стенку
  12. Теплопроводность через многослойную стенку
  13. 1.2 Принцип плоского источника тепла
  14. Теплопроводность воздуха
  15. Основные определения
  16. Методы изучения параметров теплопроводности
  17. Факторы, влияющие на теплопроводность
  18. Температура материала
  19. Фазовые переходы и структура
  20. Электрическая проводимость
  21. Процесс конвекции
  22. Разъяснения показателей в таблице теплопроводности материалов и утеплителя: их классификация
  23. Видео
  24. Основные характеристики утеплителей
  25. Основные параметры, от которых зависит величина теплопроводности
  26. Когда учитывается
  27. Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов
  28. Что такое теплопроводность материалов
  29. Коэффициенты
  30. Производим расчёт
  31. Что влияет на показатели?
  32. Рассчет теплопроводности стен: таблица теплосопротивления материалов
  33. Несколько рекомендаций по снижению теплопроводности
  34. Теплопроводность кирпича, сравнение кирпича по теплопроводности

Закон теплопроводности Фурье

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

где  — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси,  — коэффициент теплопроводности (удельная теплопроводность),  — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.

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

где  — полная мощность тепловых потерь,  — площадь сечения параллелепипеда,  — перепад температур граней,  — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.

Коэффициент теплопроводности – выбираем «свою» теплоизоляцию

Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности

Определение и формула коэффициента теплопроводности

Коэффициентом теплопроводности является физическая величина, которая характеризует способность вещества проводить тепло.

ОПРЕДЕЛЕНИЕКоэффициентом теплопроводности называют физическую величину, равную количеству тепла, которое переносится через единичную поверхность за 1 секунду, если градиент температур равен единице.

Обозначают коэффициент теплопроводности по-разному. Встречаются обозначения: K, varkappa , lambda
и некоторые другие.

От чего зависит теплопроводность?

Итак, как мы уже убедились, коэффициент теплопроводности λ (лямбда) характеризует интенсивность теплопередачи через конкретный материал.

Так, например, наиболее теплопроводными являются металлы, а самыми слабыми — газы. Еще все проводники электричества, такие как медь, алюминий, золото или серебро, также хорошо пропускают через себя тепло, в то время как электрические изоляторы (дерево, пластик, резина) наоборот задерживают его.

Что может повлиять на этот показатель, кроме самого материала? Например, температура. Теплопроводность изоляционных материалов увеличивается с повышением температуры, а у металлов — напротив, уменьшается. Еще может повлиять наличие примесей. Сплавы разнородных металлов обычно имеют более низкую теплопроводность, чем их легирующие элементы.

В целом, теплопроводность веществ зависит, в основном, от их структуры, пористости, и прежде всего от их плотности. Поэтому, если производитель заявляет о низком значении лямбда при низкой плотности материала, — эта информация, как правило, не имеет ничего общего с действительностью и просто рекламный ход.

Коэффициент теплопроводности Лямбда – что это такое?

Коэффициент λ (лямбда) — это, пожалуй, наиболее важный параметр всех теплоизоляционных материалов. Его значение указывает на то, сколько тепла материал может пропускать через себя. То есть его показатель теплопроводности.

Чем ниже значение коэффициента λ (лямбда), тем меньше проводимость материала и, следовательно, он лучше изолирован от тепловых потерь. Это означает, что при одинаковых условиях больше тепла будет проходить через вещество с большей теплопроводностью.

Как же высчитывается этот коэффициент? Согласно второму закону термодинамики, тепло всегда уходит в область более низкой температуры. Для тела в форме теплопроводного кубоида в стационарных условиях количество передаваемого тепла зависит от вещества, пропорционально поперечному сечению тела, разности температур и времени теплопередачи.

Таким образом формула расчет будет выглядеть так:

Q = λ (S ΔTt / d)

отсюда лямбда:

λ = (Q / t) · (d / S ΔT)

где:

  • λ (лямбда) — коэффициент теплопроводности;
  • ΔQ — количество тепла, протекающего через тело;
  • t — время;
  • L — длина тела;
  • S — площадь поперечного сечения корпуса;
  • ΔT — разность температур в направлении теплопроводности;
  • d — толщина перегородки.

За единицу измерения теплопроводности принимается система СИ — [Вт / (м · К)]. Она выражает количество теплового потока через единицу поверхности материала заданной толщины, если разница температур между двумя его сторонами составляет 1 Кельвин. Измеряют все эти показатели в специальных строительных лабораториях.

Сопротивление теплопередаче

Итак, коэффициент теплопроводности характеризует сам материал. Но с практической точки зрения, наверное, важнее иметь какую-то величину, которая будет описывать теплопроводные способности конкретной конструкции. То есть уже с учетом особенностей ее строения и размеров.

Такая единица измерения есть, и называется она сопротивлением теплопередаче. Ее можно считать обратной величиной коэффициенту теплопроводности, с одновременным учетом толщины материала.

Обозначается сопротивление теплопередаче (или, как его часто именуют, термическое сопротивление) латинской буквой R. Если «плясать» от коэффициента теплопроводности, то определяется оно по следующей формуле.

R = h/λ

где:

R — сопротивление теплопередаче однослойной однородной ограждающей конструкции, м²×℃/Вт;

h — толщина этого слоя, выраженная в метрах;

λ — коэффициент теплопроводности материала, из которого изготовлена эта ограждающая конструкция, Вт/(м×℃).

Очень часто в строительстве используются многослойные конструкции. В том числе одним из слоев нередко выступает утеплительный материал с очень низким коэффициентом теплопроводности – специально, чтобы максимально повысить значение термического сопротивления. Дело в том, что общее значение суммируется из сопротивлений всех слоев, составляющих ограждающую конструкцию. И к ним добавляется сопротивление приграничных слоев воздуха на внешней и внутренней поверхностях конструкции.

Формула сопротивления перегородки с n-слоев будет такой:

Rsum = R₁ + R₂ + …+Rn + Rai + Rao

где:

Rsum— суммарное термическое сопротивление ограждающей конструкции;

R₁ … Rn— сопротивления слоев, от 1 до n;

Rai— сопротивление пристенного слоя воздуха внутри;

Rao— сопротивление пристенного слоя воздуха снаружи.

Для каждого из слоев сопротивление рассчитывается отдельно, исходя из коэффициента теплопроводности материала и толщины.

Есть специальная методика расчета и коэффициентов воздушных прослоек вдоль стены снаружи и внутри. Но для упрощенных расчётов их вполне можно взять равными суммарно 0,16 м²×℃/Вт – большой погрешности не будет.

Кстати, если в конструкции перегородки предусмотрена воздушная полость, не сообщающаяся с внешним воздухом, то она тоже дает весомую добавку к общему сопротивлению теплопередаче. Значения сопротивления теплопередаче воздушных изолированных прослоек показаны в таблице ниже:

Таблица термических сопротивлений замкнутых воздушных прослоек

Толщина воздушной прослойки, в метрахВ и Г ▲Г▼

tв > 0 ℃ tв < 0 ℃ tв > 0 ℃ tв < 0 ℃
0.01 0.13 0.15 0.14 0.15
0.02 0.14 0.15 0.15 0.19
0.03 0.14 0.16 0.16 0.21
0.05 0.14 0.17 0.17 0.22
0.1 0.15 0.18 0.18 0.23
0.15 0.15 0.18 0.19 0.24
0,2-0,3 0.15 0.19 0.19 0.24
Примечания:
В и Г ▲ – воздушная прослойка вертикальная, или горизонтальная, с рапространением тепла снизу вверх
Г▼ – воздушная прослойка горизонтальная при распространении тепла сверху вниз
tв > 0 ℃ – положительная температура воздуха в прослойке
tв < 0 ℃ – отрицательная температура воздуха в прослойке
Если любая из поверхностей воздушной прослойки, или обе одновременно, оклеены алюминиесвой фольгой, то значение сопротивления теплопередаче принимают вдвое большим.

Оценка эффективности имеющейся термоизоляции

А для чего бывает необходимо вычислять это сопротивление, какая от этого практическая польза?

Такими расчетами можно очень точно оценить степень термоизоляции своего жилья.

Дело в том, что для различных климатических регионов России специалистами рассчитаны так называемые нормативные показатели этого сопротивления теплопередаче, отдельно для стен, перекрытий и покрытий. То есть если сопротивление конструкции отвечает этой норме, то за утепление можно быть спокойным.

Значение этих нормированных сопротивлений для разных строительных конструкций можно найти, воспользовавшись предлагаемой картой схемой.

Карта-схема территории России для определения нормированных значений сопротивлений теплопередаче.

Если не дотягивает – надо принимать меры, усиливать термоизоляцию, чтобы минимизировать потери тепла. И, стало быть, решить обратную задачу. То есть с использованием той же формулы (сопротивление от коэффициента теплопроводности и толщины) найти ту толщину утепления, которая восполнит имеющийся «дефицит» до нормы.

Термоизоляционную конструкцию сразу следует делать с опорой на проведенные теплотехнические расчеты.

Ну а если термоизоляции пока нет, то тут и вовсе все просто. Тогда потребуется определить, какой слой выбранного утеплительного материала обеспечит выход на нормированное значение сопротивления теплопередаче.

Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

Чтобы в доме было проще сохранять тепло зимой и прохладу летом, теплопроводность стен, пола и кровли должна быть не менее определенной цифры, которая рассчитывается для каждого региона. Состав «пирога» стен, пола и потолка, толщина материалов берутся с таким учетом чтобы суммарная цифра была не меньше  (а лучше — хоть немного больше) рекомендованной для вашего региона.

Коэффициент теплопередачи материалов современных строительных материалов для ограждающих конструкций
Коэффициент теплопередачи материалов современных строительных материалов для ограждающих конструкций

При выборе материалов надо учесть, что некоторые из них (не все) в условиях повышенной влажности проводят тепло гораздо лучше. Если при эксплуатации возможно возникновение такой ситуации на продолжительный срок, в расчетах используют теплопроводность для этого состояния. Коэффициенты теплопроводности основных материалов, которые используются для утепления, приведены в таблице.

Наименование материалаКоэффициент теплопроводности Вт/(м·°C)

В сухом состоянии При нормальной влажности При повышенной влажности
Войлок шерстяной 0,036-0,041 0,038-0,044 0,044-0,050
Каменная минеральная вата 25-50 кг/м3 0,036 0,042 0,,045
Каменная минеральная вата 40-60 кг/м3 0,035 0,041 0,044
Каменная минеральная вата 80-125 кг/м3 0,036 0,042 0,045
Каменная минеральная вата 140-175 кг/м3 0,037 0,043 0,0456
Каменная минеральная вата 180 кг/м3 0,038 0,045 0,048
Стекловата 15 кг/м3 0,046 0,049 0,055
Стекловата 17 кг/м3 0,044 0,047 0,053
Стекловата 20 кг/м3 0,04 0,043 0,048
Стекловата 30 кг/м3 0,04 0,042 0,046
Стекловата 35 кг/м3 0,039 0,041 0,046
Стекловата 45 кг/м3 0,039 0,041 0,045
Стекловата 60 кг/м3 0,038 0,040 0,045
Стекловата 75 кг/м3 0,04 0,042 0,047
Стекловата 85 кг/м3 0,044 0,046 0,050
Пенополистирол (пенопласт, ППС) 0,036-0,041 0,038-0,044 0,044-0,050
Экструдированный пенополистирол (ЭППС, XPS) 0,029 0,030 0,031
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 600 кг/м3 0,14 0,22 0,26
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 400 кг/м3 0,11 0,14 0,15
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 600 кг/м3 0,15 0,28 0,34
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 400 кг/м3 0,13 0,22 0,28
Пеностекло, крошка, 100 – 150 кг/м3 0,043-0,06
Пеностекло, крошка, 151 – 200 кг/м3 0,06-0,063
Пеностекло, крошка, 201 – 250 кг/м3 0,066-0,073
Пеностекло, крошка, 251 – 400 кг/м3 0,085-0,1
Пеноблок 100 – 120 кг/м3 0,043-0,045
Пеноблок 121- 170 кг/м3 0,05-0,062
Пеноблок 171 – 220 кг/м3 0,057-0,063
Пеноблок 221 – 270 кг/м3 0,073
Эковата 0,037-0,042
Пенополиуретан (ППУ) 40 кг/м3 0,029 0,031 0,05
Пенополиуретан (ППУ) 60 кг/м3 0,035 0,036 0,041
Пенополиуретан (ППУ) 80 кг/м3 0,041 0,042 0,04
Пенополиэтилен сшитый 0,031-0,038
Вакуум 0
Воздух +27°C. 1 атм 0,026
Ксенон 0,0057
Аргон 0,0177
Аэрогель (Aspen aerogels) 0,014-0,021
Шлаковата 0,05
Вермикулит 0,064-0,074
Вспененный каучук 0,033
Пробка листы 220 кг/м3 0,035
Пробка листы 260 кг/м3 0,05
Базальтовые маты, холсты 0,03-0,04
Пакля 0,05
Перлит, 200 кг/м3 0,05
Перлит вспученный, 100 кг/м3 0,06
Плиты льняные изоляционные, 250 кг/м3 0,054
Полистиролбетон, 150-500 кг/м3 0,052-0,145
Пробка гранулированная, 45 кг/м3 0,038
Пробка минеральная на битумной основе, 270-350 кг/м3 0,076-0,096
Пробковое покрытие для пола, 540 кг/м3 0,078
Пробка техническая, 50 кг/м3 0,037

Коэффициент теплопроводности строительных материалов — таблица!

Это количественное свойство веществ пропускать тепло, которое определяется коэффициентом. Этот показатель равен суммарному количеству тепла, которое проходит сквозь однородный материал, имеющий единицу длины, площади и времени при одинарной разнице в температурах.

Система СИ преобразует эту величину в коэффициент теплопроводности, это в буквенном обозначении выглядит так – Вт/(м*К). Тепловая энергия распространяется по материалу посредством быстро движущихся нагретых частиц, которые при столкновении с медленными и холодными частицами передают им долю тепла.

Чем лучше нагретые частицы будут защищены от холодных, тем лучше будет сохраняться накопленное тепло в материале.

Как рассчитать теплопроводность по закону Фурье

В заданном тепловом режиме плотность потока при передаче тепла прямо пропорциональна вектору максимального увеличения температуры, параметры которой изменяются от одного участка к другим, и по модулю с одинаковой скоростью увеличения температуры по направлению вектора:

q → = − ϰ х grad х (T), где:

  • q → – направление плотности предмета, передающего тепло, или объем теплового потока, который протекает по участку за заданную временную единицу через определенную площадь, перпендикулярный всем осям;
  • ϰ – удельный коэффициент теплопроводности материала;
  • T – температура материала.

Перенос тепла в неравновесной термодинамической системе
Перенос тепла в неравновесной термодинамической системе

Знак «-» в формуле перед «ϰ» указывает, что тепло движется в противоположном направлении от вектора grad х (T)/ – в направлении уменьшения температуры предмета. Эта формула отражает закон Фурье. В интегральном выражении коэффициент теплопередачи согласно закону Фурье будет выглядеть как формула:

  • P = − ϰ х S х ΔT / l, выражается в (Вт/(м•К) х (м2•К) / м = Вт/(м•К) х (м•К) = Вт), где:
  • P ­– общая мощность потерь теплоотдачи;
  • S – сечение предмета;
  • ΔT – разница температуры по стыкам сторон предмета;
  • l – расстояние между стыками сторон предмета – длина фигуры.

Связь коэффициента теплопроводимости с электропроводностью материалов
Связь коэффициента теплопроводимости с электропроводностью материалов

Теплопередача через плоскую стенку

Рассмотрим плоскую стенку, через которую происходит теплопередача. Поток тепла через нее равен:

[Q=kleft(T_1-T_2right)Sleft(1right),]

где T_2
— температура холодного вещества (T_2=const
), T_1=const
— температура горячего вещества, S — площадь стенки, k
— коэффициент теплопередачи.

Коэффициентом теплопередачи через плоскую стенку является физическая величина (k
) равная:

[k=frac{1}{frac{1}{{alpha }_1}+frac{d}{varkappa }+frac{1}{{alpha }_2}}left(2right),]

где {alpha }_1
— коэффициент теплоотдачи от первой среды к стенке, {alpha }_2
— коэффициент теплоотдачи от стенки ко второй среде, d
— толщина стенки, varkappa
— коэффициент теплопроводности стенки.

Теплопроводность через многослойную стенку

Если у нас есть стенка из нескольких (n) слоев с разными коэффициентами теплопроводности λi и разной толщиной δi.

Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности

Термическое сопротивление стенки считается так:

Rn = ∑(δi/λi); i=1…n; [м2*K/Вт]

Для теплового потока формула будет иметь вид:

q = (T1-Tn+1)/Rn; [Вт/м2]

Температура на границе слоя вычисляется по следующей формуле:

Tn+1 = T1 – q*Rn

Например, если нужно вычислить температуру между 3-м и 4-м слоем, формула будет такая:

Т4 = Т1 – q*(δ1/λ1 + δ2/λ2 + δ3/λ3)

Эквивалентная теплопроводность многослойной стенки:

λ = ∑δi / R

1.2 Принцип плоского источника тепла

Эти методы достаточно точны, но они отнимают много времени, и применение этого метода возможно только в случае образцов с точно определенными размерами, и они очень требовательны к подготовке образца. Нестационарные методы — ударные методы с использованием вторичных измерительных приборов. Стационарные методы. . Для расчетов теплопередачи от плоского источника тепла мы исходим из приложения фундаментального уравнения Фурье для теплопроводности в виде.

Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности

Применительно к ограждающим конструкциям дома (стены, пол, потолок, крыша) процесс теплопередачи будет определяться временем, в течение которого температура внутри помещения сравняется с температурой окружающей среды.

Чем более продолжителен по времени будет этот процесс, тем помещение будет более комфортным по ощущениям и экономичным по эксплуатационным расходам.

Теплопроводность воздуха

Воздух представляет собой смесь газов в различных пропорциях, каждый из которых обладает собственными теплофизическими характеристиками. Для удобства в расчётах вместо воздуха как смеси используют его модель как однородного газа. Основные газообразные компоненты воздуха:

  • кислород — 20,95% по объёму и 23,20% по весу;
  • азот — 78,09% и 75,47%, соответственно;
  • углекислый газ — 0,03% и 0,046%;
  • водород, аргон, криптон и другие газы в ничтожных количествах.

С повышением температуры кинетическая энергия молекул атмосферных газов растет, они начинают двигаться с большей скоростью, расстояние между ними и их свободный пробег увеличиваются. Этот процесс заметен как понижение плотности воздуха. Вместе с разрежением растёт и сопротивление теплопередаче.

Изменение теплопроводности смеси атмосферных газов — сложный процесс, зависящий от многих физических явлений, например, от влажности. Поэтому коэффициент теплопроводности воздуха при различных температурах — не расчётная величина, а усреднённый результат многочисленных экспериментов. Следует отметить, что для атмосферных колебаний давления изменениями λ можно пренебречь. Таблица коэффициентов теплопроводности воздуха в зависимости от значений температуры выглядит так:

Температура, K λ, Вт/(м·град) Т λ Т λ Т λ
90 0,0084 230 0,0204 370 0,0315 600 0,0469
100 0,0093 240 0,0212 380 0,0323 650 0,0497
110 0,0102 250 0,0221 390 0,0330 700 0,0524
120 0,0111 260 0,0229 400 0,0338 750 0,0549
130 0,0120 270 0,0238 420 0,0352 800 0,0573
140 0,0129 280 0,0246 440 0,0366 850 0,0596
150 0,0138 290 0,0254 460 0,0380 900 0,0620
160 0,0147 300 0,0262 480 0,0394 950 0,0643
170 0,0155 310 0,0269 500 0,0407 1000 0,0667
180 0,0164 320 0,0277 520 0,0420 1050 0,0691
190 0,0172 330 0,0285 540 0,0433 1100 0,0715
200 0,0180 340 0,0292 560 0,0445 1150 0,0739
210 0,0188 350 0,0300 580 0,0457 1200 0,0763
220 0,0196 360 0,0308

Эти данные точны для сухого газообразного воздуха в состоянии покоя при атмосферном давлении 1 бар при идеальных пропорциях составляющих его газов. На практике отклонения от табличных значений могут быть вызваны самыми разнообразными факторами.

Например, наличие промышленных производств, выбрасывающих в атмосферу огромное количество химических и биологических микрочастиц (альдегиды, аммиак, оксиды, тяжёлые металлы), приводит к значительным загрязнениям атмосферы, а подобные примеси в больших количествах способны не только локально изменить теплопроводность воздуха, но и повлиять на глобальный теплообмен в атмосфере.

Основные определения

Явление теплопроводности состоит в переносе теплоты структурными частицами вещества — молекулами, атомами, электронами — в процессе их теплового движения. В жидкостях и твердых телах- диэлектриках — перенос теплоты осуществляется путем непосредственной передачи теплового движения молекул и атомов соседним частицам вещества. В газообразных телах распространение теплоты теплопроводностью происходит вследствие обмена энергией при соударении молекул, имеющих различную скорость теплового движения. В металлах теплопроводность осуществляется главным образом вследствие движения свободных электронов.

В основной зеком теплопроводности входит ряд математических понятий, оп­ределения которых, целесообразно напомнить и пояснить.

Температурное поле — это со­вокупности значений температуры во всех точках тела в данный момент време­ни. Математически оно описывается ввиде t = f(x, y, z, τ). Различают стационарное температурное поле, когда температура во всех точках тела не зависит от времени (не изменяется с течением времени), и нестационарное температурное поле. Кроме то­го, если температура изменяется только по одной или двум пространственным координатам, то температурное поле на­зывают соответственно одно- или двух — мерным.

Изотермическая поверхность – это геометрическое место точек, температура в которых одинакова.

Градиент температуры — grad t есть вектор, направленный по нор­мали к изотермической поверхности и численно равный производной от тем­пературы по этому направлению.

Согласно основному закону тепло­проводности — закону Фурье (1822 г.), вектор плотности теплового потока, передаваемого теплопроводностью, пропорционален градиенту температуры:

q = — λ grad t, (3)

где λ — коэффициент теплопро­водности вещества; его единица измерения Вт/(м·К).

Знак минус в уравнении (3) ука­зывает на то, что вектор q направлен противоположно вектору grad t, т.е. в сторону наибольшего уменьшения температуры.

Тепловой поток δQ через произволь­но ориентированную элементарную пло­щадку dF равен скалярному произведе­нию вектора q на вектор элементарной площадки dF, а полный тепловой поток Q через всю поверхность F определяется интегрированием этого произведения по поверхности F:

(4)

КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

Коэффициент теплопроводности λ в законе Фурье (3) характеризует спо­собность данного вещества проводить теплоту. Значения коэффициентов тепло­проводности приводятся в справочниках по теплофизическим свойствам веществ. Численно коэффициент теплопроводности λ = q/grad t равен плотности теплового потока q при градиенте температуры grad t = 1 К/м. Наиболь­шей теплопроводностью обладает легкий газ — водород. При комнатных условиях коэффициент теплопроводности водорода λ = 0,2 Вт/(м·К). У более тяжелых газов теплопроводность меньше — у воз­духа λ = 0,025 Вт/(м·К), у диоксида уг­лерода λ = 0,02 Вт/(м·К).

Наибольшим коэффициентом теплопроводности обладают чистые серебро и медь: λ = 400 Вт/(м·К). Для углеродистых сталей λ = 50 Вт/(м·К). У жидкостей коэффициент теплопроводности, как правило, меньше 1 Вт/(м·К). Вода является одним из лучших жидких проводников теплоты, для нее λ = 0,6 Вт/(м·К).

Коэффициент теплопроводности неметаллических твердых материалов обычно ниже 10 Вт/(м·К).

Пористые материалы – пробка, различные волокнистые наполнители типа органической ваты – обладают наименьшими коэффициентами теплопроводности λ<0,25 Вт/(м·К), приближающимся при малой плотности набивки к коэффициенту теплопроводности воздуха, наполняющего поры.

Значительное влияние на коэффициент теплопроводности могут оказывать температура, давление, а у пористых материалов ещё и влажность. В справочниках всегда приводятся условия, при которых определялся коэффициент теплопроводности данного вещества, и для других условий эти данныеиспользовать нельзя. Диапазоны значений λ для различных материалов приведены на рис. 1.

Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности

Рис.1. Интервалы значений коэффициентов теплопроводности различных веществ.

Методы изучения параметров теплопроводности

При проведении изучения параметров теплопроводности надо помнить о том, что характеристики конкретного металла или его сплавов от метода его выработки. Например, параметры металла полученного с помощью литья могут существенно отличаться от характеристик материала изготовленного по методам порошковой металлургии. Свойства сырого металла коренным образом отличаются от того, который прошел через термическую обработку.

Термическая нестабильность, то есть преобразование отдельных свойств металла после воздействия высоких температур является общим для практически всех материалов. Как пример можно привести то, что металлы после длительного воздействия разных температур способны достичь разных уровней рекристаллизации, а это отражается на параметрах теплопроводности.

Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности

Структура стали после термической обработки

Можно сказать следующее – при проведении исследований параметров теплопроводности необходимо использовать образцы металлов и их сплавов в стандартном и определенном технологическом состоянии, например, после термической обработки.

Например, существуют требования по измельчению металла для проведения его исследований с применением способов термического анализа. Действительно, такое требование существует при проведении ряда исследований. Бывает и такое требование – как изготовление специальных пластин и многие другие.

Один из методов называют релакционно-динамическим. Он предназначен для выполнения массовых измерений теплоемкости у металлов. В этом методе фиксируется переходная кривая температуры образца между его двумя стационарными состояниями. Этот процесс является следствием скачка тепловой мощности вводимой в испытуемый образец.

Такой метод можно назвать относительным. В нем используются испытуемый и сравнительный образцы.  Главное заключается в том, что бы у образцов была одинаковая излучающая поверхность.  При проведении исследований температура, воздействующая на образцы должна изменяться ступенчато, при этом по достижении заданных параметров необходимо выдержать определенное количество времени.  Направление  изменения температуры и ее шаг должен быть подобран таким образом, что бы образец, предназначенный для испытаний, прогревался равномерно.

В эти моменты тепловые потоки сравняются  и отношение теплопередачи будет определяться как разность скоростей колебаний температуры.Иногда в процессе этих исследований источник косвенного подогрева исследуемого и сравнительного образца.На один из образцов могут быть созданы дополнительные тепловые нагрузки в сравнении со вторым образцом.

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.

Температура материала

Влияние температуры на способность проводить тепло различается для металлов и неметаллов. В металлах проводимость главным образом связана со свободными электронами. Согласно закону Видемана—Франца теплопроводность металла пропорциональна произведению абсолютной температуры, выраженной в Кельвинах, на его электропроводность. В чистых металлах с увеличением температуры уменьшается электропроводность, поэтому теплопроводность остается приблизительно постоянной величиной. В случае сплавов электропроводность мало изменяется с ростом температуры, поэтому теплопроводность сплавов растет пропорционально температуре.
С другой стороны, передача тепла в неметаллах главным образом связана с колебаниями решетки и обмене решеточными фононами. За исключением кристаллов высокого качества и низких температур, путь пробега фононов в решетке значительно не уменьшается при высоких температурах, поэтому и теплопроводность остается постоянной величиной во всем температурном диапазоне, то есть является незначительной. При температурах ниже температуры Дебая способность неметаллов проводить тепло, наряду с их теплоемкостью, значительно уменьшается.

Фазовые переходы и структура

Когда материал испытывает фазовый переход первого рода, например, из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газ, то его теплопроводность может измениться. Ярким примером такого изменения является разница этой физической величины для льда (2,18 Вт/(м*К) и воды (0,90 Вт/(м*К).

Изменения кристаллической структуры материалов также влияют на теплопроводность, что объясняется анизотропными свойствами различных аллотропных модификаций вещества одного и того же состава. Анизотропия влияет на различную интенсивность рассеивания решеточных фононов, основных переносчиков тепла в неметаллах, и в различных направлениях в кристалле. Здесь ярким примером является сапфир, проводимость которого изменяется от 32 до 35 Вт/(м*К) в зависимости от направления.

Электрическая проводимость

Теплопроводность в металлах изменяется вместе с электропроводностью согласно закону Видемана—Франца. Это связано с тем, что валентные электроны, свободно перемещаясь по кристаллической решетке металла, переносят не только электрическую, но и тепловую энергию. Для других материалов корреляция между этими типами проводимости не является ярко выраженной, ввиду незначительного вклада электронной составляющей в теплопроводность (в неметаллах основную роль в механизме передачи тепла играют решеточные фононы).

Процесс конвекции

Воздух и другие газы являются, как правило, хорошими теплоизоляторами при отсутствии процесса конвекции. На этом принципе основана работа многих теплоизолирующих материалов, содержащих большое количество небольших пустот и пор. Такая структура не позволяет конвекции распространяться на большие расстояния. Примерами таких материалов, полученных человеком, являются полистирен и силицидный аэрогель. В природе на том же принципе работают такие теплоизоляторы, как шкура животных и оперение птиц.

Легкие газы, например, водород и гель, имеют высокие значения теплопроводности, а тяжелые газы, например, аргон, ксенон и радон, являются плохими проводниками тепла. Например, аргон, инертный газ, который тяжелее воздуха, часто используется в качестве теплоизолирующего газового наполнителя в двойных окнах и в электрических лампочках. Исключением является гексафторид серы (элегаз), который является тяжелым газом и обладает относительно высокой теплопроводностью, ввиду его большой теплоемкости.

Разъяснения показателей в таблице теплопроводности материалов и утеплителя: их классификация

В зависимости от конструктивных особенностей конструкции, которую необходимо утеплить, подбирается вид утеплителя. Так, например, если стена возведена из красного кирпича в два ряда, то для полноценной изоляции подойдёт пенопласт в 5 см толщиной.

gpostv4fe48.jpg

Благодаря широкому ассортименту плотности пенопластовых листов ими можно отлично произвести тепловую изоляцию стен из ОСБ и оштукатурить сверху, что также увеличит эффективность работы утеплителя. Классификация теплоизоляции

По способу передачи тепла теплоизоляционные материалы разделяются на два вида:

  • Утеплитель который поглощает любое воздействие холода, жары, химического воздействия и т.д.;
  • Утеплитель, умеющий отражать все виды воздействия на него;

По значению коэффициентов теплопроводности материала, из которого изготовлен утеплитель его различают по классам:

  • А класс. Такой утеплитель имеет наименьшую тепловую проводимость, максимальное значение которой 0,06 Вт (м*С);
  • Б класс. Обладает средним показателем СИ параметра и достигает 0,115 Вт (м*С);
  • В класс. Наделён высокой теплопроводностью и демонстрирует показатель в 0,175 Вт (м*С);

Примечание! Не все утеплители имеют стойкость к высоким температурам. Например, эковата, соломит, ДСП, ДВП и торф нуждаются в надёжной защите от внешних условий.

Видео

Основные характеристики утеплителей

Предоставим для начала характеристики наиболее популярных теплоизоляционных материалов, на которые в первую очередь стоит обратить свое внимание при выборе. Сравнение утеплителей по теплопроводности следует производить только на основе назначения материалов и условий в помещении (влажность, наличие открытого огня и т.д.). Мы расположили далее в порядке значимости основные характеристики утеплителей

Мы расположили далее в порядке значимости основные характеристики утеплителей.

Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности

Сравнение строительных материалов

Теплопроводность. Чем ниже данный показатель, тем меньше требуется слой теплоизоляции, а значит, сократятся и расходы на утепление.

Влагопроницаемость. Меньшая проницаемость материала парами влаги снижает при эксплуатации негативное воздействие на утеплитель.

Пожаробезопасность. Теплоизоляция не должна гореть и выделять ядовитые газы, особенно при утеплении котельной или печной трубы.

Свойства утеплителей и таблица теплопроводности строительных материалов
Коэффициент теплопроводности строительных материалов: что это такое + таблица значений
Таблица теплопроводности строительных материалов
Сравнительная таблица теплопроводности современных строительных материалов
Таблица и применение коэфициента теплопроводности строительных материалов
Сравнение теплоизоляции стеновых материалов. плюсы и минусы
Сравнительная таблица утеплителей по теплопроводности, толщине и плотности
Сравнительная таблица теплопроводности современных строительных материалов
Коэффициенты теплопроводности строительных материалов: особенности и таблицы значений
Теплопроводность и другие характеристики строительных материалов в цифрах. сравнение теплопроводности строительных материалов - изучаем важные показатели

Долговечность. Чем больше срок эксплуатации, тем дешевле он вам обойдется при эксплуатации, так как не потребует частой замены.

Экологичность. Материал должен быть безопасным для человека и окружающей природы.

Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности

Основные параметры, от которых зависит величина теплопроводности

Не все строительные материалы одинаково теплоэффективны. На это влияют следующие факторы:

  1. Пористая структура материала говорит о том, что подобное строение неоднородно, а поры наполнены воздухом. Тепловые массы, перемещаясь через такие прослойки, теряют минимум своей энергии. Поэтому пенобетон именно с замкнутыми порами считается хорошим теплоизолятором.
    Замкнутые поры пенобетона наполнены воздухом, который по праву считается лучшим теплоизолятором
  2. Повышенная плотность материала гарантирует более тесную взаимосвязь частиц друг с другом. Соответственно, уравновешивание температурного баланса происходит намного быстрее. По этой причине плотный материал обладает большим коэффициентом проводимости тепла. Поэтому железобетон считается одним из самых «холодных» материалов. Высокая плотность даёт хорошую прочность железобетону, но также и «обделяет» его теплоэффективностью
    Высокая плотность даёт хорошую прочность железобетону, но также и «обделяет» его теплоэффективностью
  3. Влажность – злокачественный фактор, повышающий скорость прохождения тепла. Поэтому так важно качественно произвести гидроизоляцию необходимых узлов здания, грамотно организовать вентиляцию и использовать максимально инертные к намоканию строительные материалы.

«Холодно, холодно и сыро. Не пойму, что же в нас остыло...» Даже Согдиана знает о том, что сырость и холод − вечные соседи, от которых не спрячешься в тёплом свитере
«Холодно, холодно и сыро. Не пойму, что же в нас остыло…» Даже Согдиана знает о том, что сырость и холод − вечные соседи, от которых не спрячешься в тёплом свитере

Зная, что такое проводимость тепла, и какие факторы на неё влияют, можно смело пробовать применять свои знания для расчётов будущих строительных конструкций. Для этого нужно знать коэффициенты используемых материалов.

Когда учитывается

При рассмотрении различных свойств материалов часто уделяется внимание и теплопроводности. Этот показатель важен в нижеприведенных случаях:

  1. Тип теплопроводности
    Когда нужно отвести тепло от объекта. Тепловая энергия может возникать из-за трения. При этом нагрев становится причиной изменения основных свойств металлов и сплавов: прочности и твердости поверхности. Примером назовем конструкцию двигателя внутреннего сгорания. В процессе хода поршня в блоке цилиндров происходит нагрев основных элементов конструкции. Из-за слишком высокого нагрева даже металлы, устойчивые к воздействию высокой температуры, начинают терять прочность и становятся более пластичными. В результате происходит изменение геометрических размеров важных элементов конструкции, и она выходит из строя. Учитывается теплопроводность и при создании режущего инструмента, обшивки самолетов или высокоскоростных поездов.
  2. Когда нужно передать тепловую энергию. Центральная система отопления основана на нагреве рабочей среды, которая после подводится к потребителю и происходит передача энергии окружающей среде. Для того чтобы повысить эффективность создаваемой системы трубы, и отопительные радиаторы изготавливаются из металлов, которые способны быстро передавать тепло.
  3. Когда нужно изолировать поверхность. Встречается ситуация, когда нужно снизить вероятность нагрева поверхности. Для этого применяются специальные материалы, которые обладают высокими изоляционными качествами. Некоторые металлы и сплавы также обладают отражающими свойствами и не нагреваются, а также не передают тепло. Примером назовем фольгу, которая часто применяется в качестве отражающего экрана. Она также изготавливается из тонкого слоя металла, обладающего низким коэффициентом проводимости.

Как узнать о теплопроводности
В заключение отметим, что до развития молекулярно-кинетической теории было принято считать передачу тепловой энергии признаком перетекания гипотетического теплорода. Появление современного оборудования позволило изучить строение материалов и изучить поведение частиц при воздействии высокой температуры. Передача энергии происходит за счет быстрого движения молекул, которые начинают сталкиваться, и приводит в движение другие молекулы, находящиеся в спокойном состоянии.

Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов

Обычное железо и цветные металлы имеют разное строение молекул и атомов. Это позволяет им отличаться друг от друга не только механическими, но и свойствами теплопроводности, что, в свою очередь, влияет на применение тех или иных металлов в различных отраслях хозяйства.

Таблица 2

таблица теплопроводности металлов

Сталь имеет коэффициент теплопроводности, при температуре окружающей среды 0 град. (С), равный 63, а при увеличении градуса до 600, он снижается до 21 Вт/м*град. Алюминий, в таких же условиях, наоборот – увеличит значение от 202 до 422 Вт/м*град. Сплавы из алюминия, будут также повышать теплопроводность, по мере увеличения температуры. Только величина коэффициента будет на порядок ниже, в зависимости от количества примесей, и колебаться в пределах от 100 до 180 единиц.

Медь, при изменении температуры в тех же пределах, будет уменьшать теплопроводность от 393 до 354 Вт/м*град. При этом, медь содержащие сплавы латуни будут иметь такие же свойства, как и алюминиевые, а значение теплопроводности будет изменяться от 100 до 200 единиц, в зависимости от количества цинка и других примесей в составе сплава латуни.

теплопроводность стали и меди

Коэффициент теплопроводности чистого никеля считается низким, он будет менять свое значение от 67 до 57 Вт/м*град. Сплавы с содержанием никеля, будут также иметь коэффициент с пониженным значением, который, благодаря содержанию железа и цинка, колеблется от 20 до 50 Вт/м*град. А наличие хрома, позволит понизить теплопроводность в металлах до 12 единиц, с небольшим увеличением этой величины, при нагреве.

Что такое теплопроводность материалов

Критерием теплопроводимости строительных материалов считается их способность сохранить тепловую энергию или отдавать ее, не растрачивая ее попусту. При выборе строительных материалов важно чтобы тепловая энергия использоваться по назначению.

Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности
Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности

Теплопроводность кирпичных изделий это свойство пропускать тепловую энергию через себя. Она показывает степень нагрева кирпичной стены, а так же способность проводить и передавать тепло. Теплообмен происходит до тех пор, пока один из материалов обладает более высокой температурой. Когда температурный показатель у обоих материалов приблизится к одинаковому числу, теплообмен прекратится.

Читать еще:  Белый силикатный кирпич

Разные типы кирпича обладают различными коэффициентами теплопроводности.

  • Для сооружения несущих конструкций, перегородок используют полнотелые изделия.
  • Для возведения каминов нужен огнеупорный кирпич с высоким коэффициентом теплообмена.
  • Облицовочный кирпич должен иметь низкий уровень теплопроводности. Его предназначение создать строению внешний привлекательный вид, стиль, и создать препятствие потери тепла.

Не стоит забывать, что для укладки разных видов облицовки требуются разные растворы. Выбранный вариант раствора не изменяют на протяжении всего периода работ.

Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности

Коэффициенты

Таблица теплоотдачи стальных труб

Тип соединения Для труб с внутренним диаметром, мм Δt, °С
50 — 60 60 — 70 70 — 80 80 — 100
В одну нитку до 40 11,5 12 12,5 12,5
50-100 10 10,5 11 11,5
свыше 125 10 10,5 10,5 10,5
В несколько ниток до 40 10 11 11,5 11,5
свыше 50 8 9 9 9

Приведенные цифры даны для труб с толщиной стенок от 3 мм и выше.

Полотенцесушитель в ванную из нержавейки, хоть и относится к рассмотренным гладким трубам, придется рассчитывать через другой коэффициент из-за разницы между черной и нержавеющей сталью. При тепловом напоре Δt = 70-80 °С для труб разного диаметра принимают такие значения:

Ду, мм 15 20 25 30 35 40 45 50
k 15 14,5 13,3 12 11 10 9 8

Следует учитывать, что сушка для полотенец в ванную, если это не старая часть отопительной системы, как правило, изготавливается из двух типоразмеров труб. Поэтому для змеевика и соединительных перемычек меньшего диаметра коэффициент k выбирается отдельно.

Какую систему вам бы ни пришлось обсчитывать, напольный водяной полотенцесушитель или регистры отопительного прибора, вам понадобится еще один коэффициент. Он позволит привести полученный результат в единицах Ккал/ч к привычному виду Вт/ч. Для этого Q умножают на 1,163.

СНиП 2.04.01-85 требует, чтобы стальной полотенцесушитель имел теплоотдачу не меньше 100 Вт на единицу площади помещения (1 м 2 ) и минимум 40 Вт на 1 м 3 ванной. Поэтому после перевода теплоотдачи в соответствующие единицы измерения, можно определить, для комнат каких размеров подходит выбранная конструкция сушки.

Производим расчёт

Формула, по которой считается теплоотдача следующая:

  • К – коэффициент теплопроводности стали;
  • Q – коэффициент теплоотдачи, Вт;
  • F – площадь участка трубы, для которого производится расчёт, м 2 dT – величина напора температуры (сумма первичной и конечной температур с учётом комнатной температуры), ° C.

Коэффициент теплопроводности K выбирается с учётом площади изделия. Зависит его величина и от количества ниток, проложенных в помещениях. В среднем величина коэффициента лежит в пределах 8-12,5.

Коэффициент теплоотдачи нержавеющей стали

dT называется также температурным напором. Чтобы параметр высчитать, нужно сложить температуру, которая была на выходе из котла, с температурой, которая зафиксирована на входе в котёл. Полученное значение умножается на 0,5 (или делится на 2). Из этого значения вычитается комнатная температура.

Если стальная труба изолирована, то полученное значение умножается на КПД теплоизоляционного материала. Он отражает процент тепла, который был отдан при прохождении теплоносителя.

Коэффициент теплоотдачи нержавеющей стали

Что влияет на показатели?

Теплопроводность кладки из кирпича зависит не только от качества изделия, но и от смеси, с помощью которой укладывается конструкция.

Но все же решающую роль в выборе стройматериала играет его характеристика. Теплопроводность красного кирпича отличается в зависимости от таких факторов, как:

  • Пустотелость. Чем больше пустот в изделии, тем выше его теплоизоляционные качества.
  • Плотность. Высокое значение этого показателя прибавляет стройматериалу прочности, но уменьшает способность удерживать тепло.
  • Структура и форма пористости. Большое количество мелких и замкнутых пор снижает теплопроводность материала.
  • Состав. Стройматериалы, образованные из тяжелых атомов и атомных групп, снижают теплопроводность.

При выборе стройматериалов руководствуются не только одним свойством удерживать тепло. Учитывается, в каких климатических условиях будет использоваться кирпич и функциональное назначение планируемой конструкции. Для строительства дома лучше подойдет применение двойного пустотелого керамического блока, а для облицовки — лицевого клинкерного кирпича. Преимущество силикатных блоков состоит в невысокой цене, но влаговпитываемость не позволяет его использование в местах с повышенной влажностью. К выбору стройматериалов рекомендуется относиться ответственно, так как от этого зависит качество постройки.

Рассчет теплопроводности стен: таблица теплосопротивления материалов

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

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

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

Несколько рекомендаций по снижению теплопроводности

Если приходится строить стены из кирпича с большой теплопроводностью, то в целях экономии материала и уменьшения потерь тепла рекомендуется возводить трехслойную конструкцию:

  1. Внутренняя стена в 1,5–2 кирпича.
  2. Прокладка из пенопласта, минеральной ваты или другого изоляционного материала.
  3. Внешняя декоративная стена в 0,5 кирпича.

Обратите внимание! Следует оставить зазор между утеплителем и наружной стеной для вентиляции и испарения конденсата. Также необходимы вентиляционные зазоры между кирпичами через каждый метр по горизонтали и 3 метра по вертикали.

Утеплитель необходимо прокладывать и между балками перекрытия над окнами, устанавливая не один монолитный блок, а 2–3 тонких с вертикальной прослойкой изоляции, для перекрытия «мостиков холода».

Совет! Чтобы не испортить тепловые параметры поризованных и щелевых кирпичей, следует накрывать их сеткой, а уже на нее класть раствор и следующий ряд блоков. Такая технология не позволяет раствору проваливаться в отверстия и сводить на нет полезные свойства материала.

Планируя строительство дома, ознакомьтесь с последними технологическими достижениями строительной отрасли, посоветуйтесь с добросовестными профессионалами, очень внимательно отнеситесь к подбору строителей и смело вступайте в этот интересный, захватывающий процесс создания своего неповторимого и теплого, во всех отношениях, жилища.

Теплопроводность кирпича, сравнение кирпича по теплопроводности

Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности
Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности

Рассмотрена теплопроводность кирпича различных видов (силикатного, керамического, облицовочного, огнеупорного). Выполнено сравнение кирпича по теплопроводности, представлены коэффициенты теплопроводности огнеупорного кирпича при различной температуре — от 20 до 1700°С.

Теплопроводность кирпича существенно зависит от его плотности и конфигурации пустот. Кирпичи с меньшей плотностью имеют теплопроводность ниже, чем с высокой. Например, пеношамотный, диатомитовый и изоляционный кирпичи с плотностью 500…600 кг/м 3 обладают низким значением коэффициента теплопроводности, который находится в диапазоне 0,1…0,14 Вт/(м·град).

Кирпич в зависимости от состава можно разделить на два основных типа: керамический (или красный) и силикатный (или белый). Значение коэффициента теплопроводности кирпича указанных типов может существенно отличатся.

Керамический кирпич. Производится из высококачественной красной глины, составляющей около 85-95% его состава, а также других компонентов. Такой кирпич изготавливают путем формовки, сушки и обжига, при температуре около 1000 градусов Цельсия. Теплопроводность керамического кирпича различной плотности составляет величину 0,4…0,9 Вт/(м·град).

По сфере применения керамический кирпич подразделяется на рядовой строительный, огнеупорный и лицевой облицовочный. Лицевой декоративный (облицовочный) кирпич имеет ровную поверхность и однородный цвет и применяется для облицовки зданий снаружи. Теплопроводность облицовочного кирпича равна 0,37…0,93 Вт/(м·град).

Силикатный кирпич. Изготавливается из очищенного песка и отличается от керамического составом, цветом и теплопроводностью. Теплопроводность силикатного кирпича немного выше и находится в интервале от 0,4 до 1,3 Вт/(м·град).

Сравнение кирпича по теплопроводности при 15…25°С

КирпичПлотность, кг/м 3Теплопроводность, Вт/(м·град)

Пеношамотный 600 0,1
Диатомитовый 550 0,12
Изоляционный 500 0,14
Кремнеземный 0,15
Трепельный 700…1300 0,27
Облицовочный 1200…1800 0,37…0,93
Силикатный щелевой 0,4
Керамический красный пористый 1500 0,44
Керамический пустотелый 0,44…0,47
Силикатный 1000…2200 0,5…1,3
Шлаковый 1100…1400 0,6
Керамический красный плотный 1400…2600 0,67…0,8
Силикатный с тех. пустотами 0,7
Клинкерный полнотелый 1800…2200 0,8…1,6
Шамотный 1850 0,85
Динасовый 1900…2200 0,9…0,94
Хромитовый 3000…4200 1,21…1,29
Хромомагнезитовый 2750…2850 1,95
Термостойкий хромомагнезитовый 2700…3800 4,1
Магнезитовый 2600…3200 4,7…5,1
Карборундовый 1000…1300 11…18

Теплопроводность кирпича также зависит от его структуры и формы:

  • Пустотелый кирпич — выполнен с пустотами, сквозными или глухими и имеет меньшую теплопроводность в сравнении с полнотелым изделием. Теплопроводность пустотелого кирпича составляет от 0,4 до 0,7 Вт/(м·град).
  • Полнотелый — используется, как правило, при основном строительстве несущих стен и конструкций и имеет большую плотность. Полнотелый силикатный и керамический кирпич в 1,5-2 раза лучше проводит тепло, чем пустотелый.

Печной или огнеупорный кирпич. Изготавливается для эксплуатации в агрессивной среде, применяется для кладки печей, каминов или теплоизоляции помещений, которые находятся под воздействием высоких температур. Огнеупорный кирпич обладает хорошей жаростойкостью и может применяться при температуре до 1700°С.

Теплопроводность огнеупорного кирпича при высоких температурах увеличивается и может достигать значения 6,5…7,5 Вт/(м·град). Более низкой теплопроводностью в сравнении с другими огнеупорами отличается пеношамотный и диатомитовый кирпич. Теплопроводность такого кирпича при максимальной температуре применения (850…1300°С) составляет всего 0,25…0,3 Вт/(м·град). Следует отметить, что теплопроводность шамотного кирпича, который традиционно применяется для кладки печей, — выше и равна 1,44 Вт/(м·град) при 1000°С.

Теплопроводность огнеупорного кирпича в зависимости от температуры

КирпичПлотность, кг/м 3Теплопроводность, Вт/(м·град) при температуре, °С2010030050080010001700

Диатомитовый 550 0,12 0,14 0,18 0,23 0,3
Динасовый 1900 0,91 0,97 1,11 1,25 1,46 1,6 2,1
Магнезитовый 2700 5,1 5,15 5,45 5,75 6,2 6,5 7,55
Хромитовый 3000 1,21 1,24 1,31 1,38 1,48 1,55 1,8
Пеношамотный 600 0,1 0,11 0,14 0,17 0,22 0,25
Шамотный 1850 0,85 0,9 1,02 1,14 1,32 1,44
  1. Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина и др.; под ред. И. С. Григорьева — М.: Энергоатомиздат, 1991 — 1232 с.
  2. В. Блази. Справочник проектировщика. Строительная физика. М.: Техносфера, 2004.
  3. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с. строительной физики, 1969 — 142 с.
  4. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977 — 344 с.
  5. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
  6. Х. Уонг. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. Справочник. М.: Атомиздат. 1979 — 212 с.
  7. Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. Справочник.
Источники
  • https://vladyka23.ru/entsiklopediya/teploprovodnost.html
  • https://xotpipe.ru/zhurnal/post/koeffitcient-teploprovodnosti-vybiraem-svoiu-teploizoliatciiu/
  • http://ru.solverbook.com/spravochnik/koefficienty/koefficient-teploprovodnosti/
  • https://Nedvio.com/teploprovodnost-materialov-kak-shitayut/
  • https://stroyday.ru/stroitelstvo-doma/yteplenie-doma/teploprovodnost-stroitelnyx-materialov.html
  • https://stroychik.ru/strojmaterialy-i-tehnologii/teploprovodnost-stroitelnyh-materialov
  • https://DomStrouSam.ru/teploprovodnost-stroitelnyih-materialov-tablitsa/
  • http://jsnip.ru/stroitelnye-materialy/teploprovodnost-materialov.html
  • http://ru.solverbook.com/spravochnik/koefficienty/koefficient-teploperedachi/
  • http://DomChtoNado.ru/teploprovodnost-cherez-stenku.html
  • https://uteplimvse.ru/interesnye-stati/teploprovodnost-stroitelnyx-materialov-osnovnye-ponyatiya-tablichnye-znacheniya-raschety.html
  • https://kaminguru.com/sistema-otoplenija/tablica-teploprovodnosti-vozduha.html
  • https://dymohod-msk.ru/koefficient-teploprovodnosti/
  • https://sakhkor.ru/materialy/teploprovodnost-oboznachenie.html
  • https://remont-system.ru/otopitelnye-sistemy/tablica-i-primenenie-koeficienta-teploprovodnosti-stroitelnyh-materialov
  • https://1-teplodom.ru/sravnitelnaa-tablica-teploprovodnosti-sovremennyh-stroitelnyh-materialov/
  • https://akak7.ru/koefficient-teploprovodnosti-stroitelnyx-materialov-chto-eto-takoe-tablica-znachenij.html
  • https://tpspribor.ru/vidy-metalla/koefficient-teploprovodnosti-i-teploperedachi-stali-splavov.html
  • https://prompriem.ru/metally/teploprovodnost.html
  • https://alprom74.ru/kirpich/koeffitsient-teploprovodnosti-raznyh-vidov-kirpicha.html
  • https://pressadv.ru/stali/teploprovodnost-nerzhaveyushchej.html
  • https://BelieKopani.ru/raznovidnosti/teploprovodnost-kirpicha.html
  • https://otdelstroimaterial.ru/kirpich/koeffitsient-teploprovodnosti-kirpicha.html
  • https://bulze.ru/raznovidnosti/koefficient-teploprovodnosti-kirpicha.html
  • https://sk-mirastroy.ru/kirpich/kakaya-teploprovodnost-u-kirpicha.html
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: