Współczynnik przewodzenia ciepła - jak ocieplić dom i zaoszczędzić pieniądze
Budując dom, należy wziąć pod uwagę jego wydajność cieplną, aby w pomieszczeniu było ciepło lub zimno. Aby to zrobić, istnieje współczynnik przewodności cieplnej, co oznacza szybkość przechodzenia energii przez materiał. Należy wiedzieć, co wpływa na CHF i jak go określić, a także jakie są główne funkcje przewodnictwa cieplnego i dlaczego jest ono potrzebne. Ważne jest, aby zrozumieć, jakie materiały mają niski lub wysoki CFT, jeśli chcesz coś zbudować.
Co to jest przewodność cieplna
W teorii przewodnictwo cieplne to zdolność materiału do przewodzenia energii lub ciepła z gorętszych do chłodniejszych części poprzez chaotyczny ruch cząstek ciała. W praktyce jest to minimalizacja strat ciepła przez konstrukcje budowlane. Różne materiały mają swoją własną przewodność cieplną. Drewno jest mniej podatne na takie działania, natomiast metal nagrzewa się do tego stopnia¸, że trudno je trzymać w rękach.
Aby scharakteryzować przewodnik ciepła, wymyślili taką jednostkę, jak współczynnik. Jest oznaczony grecką literą λ i mierzony w W / (m * ℃). Czasami zamiast stopni Celsjusza w tym wzorze wskazane są stopnie Kelvina (K), ale istota tego się nie zmienia. Współczynnik ten pokazuje zdolność materiału do przenoszenia ciepła na pewną odległość w jednostce czasu. Ale wskaźnik charakteryzuje samą substancję, nie będąc związanym z wielkością produktu.
Kupując materiały budowlane od sprzedawcy, możesz poprosić o paszport na produkt i zobaczyć współczynnik przewodności cieplnej. Jako grzejniki stosuje się surowce o wysokiej przewodności cieplnej, ponieważ ich ściany będą przenosić ciepło z chłodziwa.
Im niższy współczynnik przewodności cieplnej materiału na ścianę budynku, tym mniej straci ciepło podczas chłodów. A tym mniej możesz zrobić grubość ściany. Książki referencyjne najczęściej wskazują kilka wartości przewodności cieplnej dla materiału (od trzech lub więcej). Wynika to z faktu, że sam współczynnik zmienia się w zależności od temperatury i innych czynników, takich jak wilgotność, przy której wartość wzrasta.
Cel przewodnictwa cieplnego
Ponieważ przewodność cieplna jest wskaźnikiem przenoszenia energii cieplnej z ogrzanych obiektów do obiektów o niższej temperaturze, proces trwa do momentu wyrównania stopni. Podczas budowy budynków pożądane jest stosowanie materiałów o minimalnej przewodności cieplnej.
Aby zmniejszyć nagrzewanie pomieszczenia przez promienie słoneczne, stosuje się powłoki o powierzchni odbijającej (galwanizacja, panele lustrzane), a w celu zwiększenia stosuje się substancje dobrze pochłaniające światło (bitum, pokrycia dachowe).
Pojęcie takie jak współczynnik przewodzenia ciepła odnosi się do ilości ciepła przechodzącego przez 1 m grubości materiału w ciągu 1 godziny. Służy do obliczania właściwości materiałów termoizolacyjnych, które będą wymagane do oszczędzania ciepła w pomieszczeniach, a także zdolności surowców do szybkiego usuwania lub zatrzymywania energii wewnątrz konstrukcji na dłużej.
Jako podstawę grzejników i rur grzewczych stosowane są materiały o wysokiej przewodności. Do produkcji wykorzystuje się aluminium, miedź lub stal ze względu na ich dużą gęstość i dobre przenoszenie energii. Do izolacji stosuje się surowce o niskiej przewodności cieplnej i wysokiej porowatości. Na przykład filc lub włókno szklane przyczyniają się do poprawy efektywności energetycznej.
Przydatne wideo
Co wpływa na przewodność cieplną
Ze względu na fakt, że ciepło przenoszone jest w powietrzu tylko dzięki poruszającym się cząsteczkom, materiały o porowatej strukturze gorzej odprowadzają ciepło. Transfer energii jest silnie uzależniony od ilości, gęstości, wielkości i kształtu pustych przestrzeni wewnątrz surowców, z których wykonana jest konstrukcja (dom, piec lub inny).
Odblaskowe właściwości materiału również wpływają na efektywność energetyczną. Jeśli powłoka ma lustrzaną powierzchnię, będzie otrzymywać mniej ciepła od światła słonecznego i grzejników lamp.
Wilgotność odgrywa ważną rolę w przenoszeniu energii przez surowce. Wilgotne powietrze może zwiększyć szybkość chłodzenia, ponieważ woda pochłania ciepło dość silnie i szybko, a wilgotne ściany łatwiej się ochładzają.
Również na przewodność cieplną materiału wpływa jego uwarstwienie i włóknistość. Na przykład podłoga pokryta końcową drewnianą szachownicą przewodzi więcej energii niż parkiet panelowy lub klepkowy. Wynika to z faktu, że w produktach z drewna opór cieplny w poprzek włókien jest 2 razy wyższy niż wzdłuż złączy. Takie cechy narażone są również na sztuczne materiały o warstwowej strukturze.
Na przewodność cieplną wpływa gęstość kontaktu jednego materiału z drugim. Na przykład ściana o ciasnej żelaznej powierzchni ostygnie szybciej. Ale działa też odwrotnie. Jeśli między obiema częściami znajduje się warstwa powietrza lub gazu, transfer energii zmniejszy się.
Służy do produkcji okien wykonanych ze szkła lub plastikowych odpowiedników. Ponadto niektórzy budowniczowie pozostawiają szczelinę powietrzną między dwiema równoległymi ścianami lub podłogą i fundamentem.
Metody wyznaczania CFT
Istnieją 2 metody określania CFT:
- Stacjonarny - polega na pracy z parametrami, które nie zmienią się przez długi czas lub zmienią się nieznacznie. Zaletą tej metody jest wysoka dokładność obliczenia wyniku. Wady to trudność dostosowania eksperymentu, duża liczba użytych termopar, a także czas poświęcony na przygotowanie i przeprowadzenie eksperymentu. Ta metoda jest odpowiednia do obliczania CHF cieczy i gazów, jeśli nie jest brane pod uwagę przenoszenie energii przez konwekcję i promieniowanie.
- Niestacjonarny - wizualnie wygląda prostszy i zajmuje od 10 do 30 minut. Znalazła swoje szerokie zastosowanie ze względu na fakt, że w procesie badań można określić nie tylko CFT, ale także przewodność cieplną, a także pojemność cieplną próbki.
Do analizy przewodności cieplnej materiałów budowlanych stosuje się urządzenia elektroniczne, na przykład ITP-MG4 „Zond”. Takie środki do obliczania CFT różnią się zakresem temperatur pracy, a także procentem błędu.
Przydatne wideo
Tabela sprawności cieplnej materiałów
Większość surowców używanych w budownictwie nie wymaga niezależnego pomiaru CFT. Aby to zrobić, istnieje tabela przewodności cieplnej materiałów, która pokazuje główne cechy wymagane do obliczenia sprawności cieplnej.
| Materiał | Gęstość, kg/m3 | Przewodność cieplna, W/(m*stopnie) | Pojemność cieplnaJ/(kg*stopnie) |
| Żelbetowe | 2500 | 1,7 | 840 |
| Beton na żwirze lub kruszonym kamieniu naturalnym | 2400 | 1,51 | 840 |
| Lekki beton z gliny ekspandowanej | 500-1200 | 1,19-0,45 | 840 |
| Cegła budowlana | 800-1500 | 0,24-0,3 | 800 |
| cegła silikatowa | 1000-2200 | 0,51-1,29 | 750-840 |
| Żelazo | 7870 | 70-80 | 450 |
| Polistyren spieniony Penoplex | 110-140 | 0,042-0,05 | 1600 |
| Płyty z wełny mineralnej | 150-250 | 0,043-0,063 | - |
Większość materiałów różni się składem. Na przykład przewodność cieplna cegły zależy od tego, z czego jest wykonana. Klinkier ma CFT od 0,8 do 1,6, a krzemionkę 0,15. Istnieją również różnice w metodzie produkcji i standardach GOST.
Podsumowanie
Przewodność cieplna to szybkość, z jaką ciepło jest przenoszone przez materiał w czasie.
Znajomość CFT jest potrzebna do poprawy sprawności cieplnej konstrukcji. Na przykład, jeśli musi szybko oddawać ciepło, to musi być wykonany z surowców o wysokim przenoszeniu energii, a dla pomieszczeń zamkniętych wręcz przeciwnie, potrzebne są dodatkowe grzejniki. Pomoże to zaoszczędzić pieniądze na ogrzewaniu.
Na przewodność cieplną materiału wpływa jego gęstość, zawartość wilgoci i zawartość włókien.
