Коефіцієнт теплопровідності – як утеплити будинок та заощадити
При будівництві будинку потрібно враховувати його теплову ефективність, щоб у приміщенні було тепло чи холодно. І тому існує коефіцієнт теплопровідності, що означає швидкість проходження енергії через матеріал. Потрібно знати, що впливає на КТП та як його визначити, а також які основні функції теплопровідності та для чого вона потрібна. Важливо розуміти, які матеріали мають низьку чи високу КТП, якщо потрібно щось збудувати.
Що таке теплопровідність
Теоретично теплопровідність – це здатність матеріалу проводити енергію чи тепло від більш нагрітих частин до менш теплим, шляхом хаотичного руху частинок тіла. Насправді це мінімізація теплових втрат через будівельні конструкції. У різних матеріалів своя теплопровідність. Дерево менш податливе до таких дій, а метал навпаки нагрівається настільки, що його важко тримати в руках.
Для характеристики провідника тепла вигадали таку одиницю, як коефіцієнт. Позначають її грецькою літерою і вимірюють у Вт/(м*℃). Іноді замість градусів Цельсія у цій формулі вказані градуси Кельвіна (К), але суть від цього не змінюється. Цей коефіцієнт показує здатність передачі тепла матеріалом певну відстань за одиницю часу. Але показник характеризує саму речовину, не прив'язуючись до розмірів виробу.
При покупці будматеріалу у продавця можна попросити паспорт на продукт та подивитися коефіцієнт теплопровідності. Сировина, що відрізняється високою провідністю тепла, використовують як радіатори, так як їх стінки будуть передавати нагрівання від теплоносія.
Чим менший коефіцієнт теплопровідності матеріалу для стіни будівлі, тим менше вона втрачатиме тепла під час холодної погоди. І тим менше можна робити товщину стіни. У довідниках найчастіше вказують кілька значень теплопровідності матеріалу (від трьох і більше). Це відбувається через те, що сам коефіцієнт змінюється в залежності від температури та інших факторів, наприклад вологи, при якій значення збільшується.
Призначення теплопровідності
Так як теплопровідність - це показник передачі теплової енергії від предметів, що нагріваються до предметів з більш низькою температурою, то процес відбувається до тих пір, поки градуси не зрівняються. При будівництві бажано застосовувати матеріали з мінімальним показником теплопровідності.
Для зменшення нагріву приміщення від сонячних променів використовуються покриття з поверхнею, що відбиває (оцинкування, дзеркальні панелі), а для збільшення застосовуються речовини, які добре поглинають світло (бітум, руберойд).
Таке поняття, як коефіцієнт теплопровідності, позначає кількість тепла, що проходить через 1 м товщини матеріалу за 1 годину. Його використовують для розрахунку характеристики теплоізоляційних матеріалів, які будуть потрібні для збереження тепла всередині приміщення, а також здатності сировини швидко відводити або довше стримувати енергію всередині конструкції.
Матеріали з високою провідністю використовуються як основа для радіаторів та нагрівальних труб. Для виробництва застосовують алюміній, мідь або сталь через їх високу щільність і хорошу передачу енергії. Для утеплення використовують сировину з низькою теплопровідністю та високою пористістю. Наприклад, повсть або скловолокно сприяють покращенню енергетичної ефективності.
Корисне відео
Що впливає на теплопровідність
Через те, що в повітрі тепло передається тільки за рахунок частинок, що рухаються, матеріали, які мають пористу структуру, гірше відводять тепло. Передача енергії сильно залежить від кількості, щільності, розміру та форми порожніх місць усередині сировини, з якої виготовлена конструкція (будинок, піч або будь-яка інша).
Також на енергетичну ефективність впливають відбивні властивості матеріалу. Якщо покриття має дзеркальну поверхню, воно буде отримувати менше тепла від сонячних променів і лампових обігрівачів.
Велику роль передачі енергії по сировині грає вологість. Сире повітря може збільшити швидкість охолодження, так як вода досить сильно і швидко поглинає тепло, а вологі стіни легше остигають.
Також на теплопровідність матеріалу впливає його шаруватість та волокнистість. Наприклад, підлога, яка покрита торцевою дерев'яною шашкою проводить більше енергії, ніж щитовий або дощатий паркет. Це пов'язано з тим, що з деревних виробів термічний опір поперек волокон вдвічі вище, ніж уздовж сполук. Таким особливостям піддаються і штучні матеріали із шаруватою структурою.
На теплопровідність впливає щільність дотику одного матеріалу до іншого. Наприклад, стіна, до якої щільно прилягає залізна поверхня, буде остигати швидше. Але це працює і у зворотний бік. Якщо між двома деталями буде прошарок повітря або газу, то передача енергії зменшиться.
Це застосовується для виготовлення вікон зі скла або пластикових аналогів. Також деякі будівельники залишають повітряний прошарок між двома паралельними стінами або підлогою та фундаментом.
Методи визначення КТП
Існує 2 методи визначення КТП:
- Стаціонарний - передбачає роботу з параметрами, які не будуть змінюватися протягом тривалого часу або незначно змінюються. Перевага цього методу у високій точності обчислення результату. До недоліків відноситься складність регулювання експерименту, велика кількість термопар, що використовуються, а також тривалість витраченого часу на підготовку і проведення досвіду. Цей метод підходить для обчислення КТП рідин та газів, якщо не враховувати передачу енергії конвекцією та випромінюванням.
- Нестаціонарний – візуально виглядає простішим і вимагає виконання від 10 до 30 хвилин. Знайшла своє широке застосування через те, що в процесі дослідження можна дізнатися не тільки про КТП, а й про температурну провідність, а також теплоємність зразка.
Для аналізу теплопровідності будівельних матеріалів застосовуються електронні прилади, наприклад, ИТП-МГ4 «Зонд». Такі засоби обчислення КТП відрізняються робочим діапазоном температур, а також відсотком похибки.
Корисне відео
Таблиця теплової ефективності матеріалів
Більшість сировини, яка використовується при будівництві, не потребує самостійного виміру КТП. І тому існує таблиця теплопровідності матеріалів, що показує основні характеристики, необхідних розрахунку теплової ефективності.
| Матеріал | Щільність, кг/м3 | Теплопровідність, Вт/(м*градуси) | ТеплоємністьДж/(кг*градуси) |
| Залізобетон | 2500 | 1,7 | 840 |
| Бетон на гравії або щебені з природного каменю | 2400 | 1,51 | 840 |
| Керамзитобетон легкий | 500-1200 | 1,19-0,45 | 840 |
| Цегла будівельна | 800-1500 | 0,24-0,3 | 800 |
| Силікатна цегла | 1000-2200 | 0,51-1,29 | 750-840 |
| Залізо | 7870 | 70-80 | 450 |
| Пінополістирол Піноплекс | 110-140 | 0,042-0,05 | 1600 |
| Плити мінераловатні | 150-250 | 0,043-0,063 | - |
Більшість матеріалів відрізняється за своїм складом. Наприклад, теплопровідність цегли залежить від того, з чого вона зроблена. Клінкерний має КТП від 0,8 до 1,6, а кремнеземний 0,15. Також є відмінності за методом виготовлення та стандартами ГОСТ.
Висновок
Коефіцієнт теплопровідності – це швидкість передачі тепла через матеріал протягом певного часу.
Знання КТП необхідне поліпшення теплової ефективності конструкції. Наприклад, якщо вона повинна швидко віддавати тепло, її потрібно робити з сировини з високою передачею енергії, а для закритих приміщень навпаки потрібні додаткові утеплювачі. Це допоможе заощадити гроші на опаленні.
На теплопровідність матеріалу впливає його щільність, вологість та волокнистість.
