Теплопроводность что значит: Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности. |

Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности. |

Теплопроводность.

Так что же такое теплопроводность? С точки зрения физики теплопроводность – это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Можно сказать проще, теплопроводность – это  способность материала проводить тепло. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества. Происходит это до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой. Такой процесс может происходить в твердых, жидких и газообразных веществах.

На практике, например в строительстве при теплоизоляции зданий, рассматривается другой аспект теплопроводности, связанный с передачей тепловой энергии.

В качестве примера возьмем «абстрактный дом». В «абстрактном доме» стоит нагреватель, который поддерживает внутри дома постоянную температуру, скажем, 25 °С. На улице температура тоже постоянная, например, 0 °С. Вполне понятно, что если выключить обогреватель, то через некоторое время в доме тоже будет 0 °С. Все тепло (тепловая энергия) через стены уйдет на улицу.

Чтобы поддерживать температуру в доме 25 °С, нагреватель должен  постоянно работать. Нагреватель постоянно создает тепло, которое постоянно уходит через стены на улицу.

 

Коэффициент теплопроводности.

Количество тепла, которое проходит через стены (а по научному — интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности) зависит от разности температур (в доме и на улице), от площади стен и теплопроводности материала, из которого сделаны эти стены.

Для количественной оценки теплопроводности существует

коэффициент теплопроводности материалов. Этот коэффициент отражает свойство вещества проводить тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше он проводит тепло. Если мы собираемся утеплять дом, то надо выбирать материалы с небольшим значением этого коэффициента. Чем он меньше, тем лучше. Сейчас  в качестве материалов для утепления зданий  наибольшее распространение получили утеплители из минеральной ваты, и различных пенопластов. Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами — Неопор.

Коэффициент теплопроводности материалов обозначается буквой ? (греческая строчная буква лямбда)  и выражается в Вт/(м2*К). Это означает, что если взять стену из кирпича, с коэффициентом теплопроводности 0,67 Вт/(м2*К), толщиной 1 метр и площадью 1 м2., то при разнице температур в 1 градус, через стену будет проходить 0,67 ватта тепловой энергии. Если разница температур будет 10 градусов, то будет проходить уже 6,7 ватта. А если при такой разнице температур  стену сделать 10 см, то потери тепла будут уже 67 ватт. Подробней о методике расчета теплопотерь зданий можно посмотреть здесь.

Следует отметить, что значения коэффициента теплопроводности материалов указываются для толщины материала в 1 метр. Чтобы определить теплопроводность материала для любой другой толщины, надо коэффициент теплопроводности разделить на нужную толщину, выраженную в метрах.

В строительных нормах и расчетах часто используется понятие «тепловое сопротивление материала». Это величина обратная теплопроводности.  Если, на пример, теплопроводность пенопласта толщиной 10 см — 0,37 Вт/(м2*К), то его тепловое сопротивление будет равно 1 / 0,37 Вт/(м2*К) = 2,7 (м2*К)/Вт.

 

 

Коэффициент теплопроводности материалов.

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

Материал Коэфф. тепл. Вт/(м2*К)
Алебастровые плиты 0,470
Алюминий 230,0
Асбест (шифер) 0,350
Асбест волокнистый 0,150
Асбестоцемент 1,760
Асбоцементные плиты 0,350
Асфальт 0,720
Асфальт в полах 0,800
Бакелит 0,230
Бетон на каменном щебне
1,300
Бетон на песке 0,700
Бетон пористый 1,400
Бетон сплошной 1,750
Бетон термоизоляционный 0,180
Битум 0,470
Бумага 0,140
Вата минеральная легкая 0,045
Вата минеральная тяжелая 0,055
Вата хлопковая 0,055
Вермикулитовые листы 0,100
Войлок шерстяной 0,045
Гипс строительный 0,350
Глинозем 2,330
Гравий (наполнитель) 0,930
Гранит, базальт 3,500
Грунт 10% воды 1,750
Грунт 20% воды 2,100
Грунт песчаный 1,160
Грунт сухой 0,400
Грунт утрамбованный 1,050
Гудрон 0,300
Древесина — доски 0,150
Древесина — фанера 0,150
Древесина твердых пород 0,200
Древесно-стружечная плита ДСП 0,200
Дюралюминий 160,0
Железобетон 1,700
Зола древесная 0,150
Известняк 1,700
Известь-песок раствор 0,870
Ипорка (вспененная смола) 0,038
Камень 1,400
Картон строительный многослойный 0,130
Каучук вспененный 0,030
Каучук натуральный 0,042
Каучук фторированный 0,055
Керамзитобетон 0,200
Кирпич кремнеземный 0,150
Кирпич пустотелый 0,440
Кирпич силикатный 0,810
Кирпич сплошной 0,670
Кирпич шлаковый 0,580
Кремнезистые плиты 0,070
Латунь 110,0
Лед 0°С 2,210
Лед -20°С 2,440
Липа, береза, клен, дуб (15% влажности) 0,150
Медь 380,0
Мипора 0,085
Опилки — засыпка 0,095
Опилки древесные сухие 0,065
ПВХ 0,190
Пенобетон 0,300
Пенопласт ПС-1 0,037
Пенопласт ПС-4 0,040
Пенопласт ПХВ-1 0,050
Пенопласт резопен ФРП 0,045
Пенополистирол ПС-Б 0,040
Пенополистирол ПС-БС 0,040
Пенополиуретановые листы 0,035
Пенополиуретановые панели 0,025
Пеностекло легкое 0,060
Пеностекло тяжелое 0,080
Пергамин 0,170
Перлит 0,050
Перлито-цементные плиты 0,080
Песок 0% влажности 0,330
Песок 10% влажности 0,970
Песок 20% влажности 1,330
Песчаник обожженный 1,500
Плитка облицовочная 1,050
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2 0,036
Полистирол 0,082
Поролон 0,040
Портландцемент раствор 0,470
Пробковая плита 0,043
Пробковые листы легкие 0,035
Пробковые листы тяжелые 0,050
Резина 0,150
Рубероид 0,170
Сланец 2,100
Снег 1,500
Сосна обыкновенная, ель, пихта (450…550 кг/куб. м, 15% влажности) 0,150
Сосна смолистая (600…750 кг/куб.м, 15% влажности) 0,230
Сталь 52,0
Стекло 1,150
Стекловата 0,050
Стекловолокно 0,036
Стеклотекстолит 0,300
Стружки — набивка 0,120
Тефлон 0,250
Толь бумажный 0,230
Цементные плиты 1,920
Цемент-песок раствор 1,200
Чугун 56,0
Шлак гранулированный 0,150
Шлак котельный 0,290
Шлакобетон 0,600
Штукатурка сухая 0,210
Штукатурка цементная 0,900
Эбонит 0,160

Теплопроводность — это… Что такое Теплопроводность?

Теплопрово́дность — это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела ( атомами, молекулами, электронами и т.

п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Численная характеристика теплопроводности материала равна количеству теплоты, проходящей через материал площадью 1 кв.м за единицу времени (секунду) при единичном температурном градиенте. Данная численная характеристика используется для расчета теплопроводности для калибрования и охлаждения профильных изделий.

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием теплорода от одного тела к другому. Однако более поздние опыты, в частности, нагрев пушечных стволов при сверлении, опровергли реальность существования теплорода как самостоятельного вида материи. Соответственно, в настоящее время считается, что явление теплопроводности обусловлено стремлением объектов занять состояние более близкое к термодинамическому равновесию, что выражается в выравнивании температуры.

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 (иногда называемый просто теплопроводностью),  — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad T (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.[1]

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 измеряется в Вт/(м·K).

Коэффициент теплопроводности вакуума

Коэффициент теплопроводности вакуума почти ноль (чем глубже вакуум, тем ближе к нулю). Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, тепло в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотери стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.

Связь с электропроводностью

Связь коэффициента теплопроводности с удельной электрической проводимостью в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:

где  — постоянная Больцмана,  — заряд электрона.

Коэффициент теплопроводности газов

Коэффициент теплопроводности газов определяется формулой[2]

Где: i — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5, для одноатомного i=3), k — постоянная Больцмана, M — молярная масса, T — абсолютная температура, d — эффективный диаметр молекул, R — универсальная газовая постоянная. Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из не радиоактивных газов — у ксенона).

Обобщения закона Фурье

Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело. Закон Фурье не применим для описания высокочастотных процессов (и, соответственно, процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т.п. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл[3], а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:[4]

Если время релаксации пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.

Коэффициенты теплопроводности различных веществ

Материал Теплопроводность, Вт/(м·K)
Графен (4840±440) — (5300±480)
Алмаз 1001—2600
Графит 278,4—2435
Карбид кремния 490
Серебро 430
Медь 382—390
Оксид бериллия 370
Золото 320
Алюминий 202—236
Нитрид алюминия 200
Нитрид бора 180
Кремний 150
Латунь 97—111
Хром 93,7
Железо 92
Платина 70
Олово 67
Оксид цинка 54
Сталь 47
Кварц 8
Стекло 1-1,15
КПТ-8 0,7
Вода при нормальных условиях 0,6
Кирпич строительный 0,2—0,7
Силиконовое масло 0,16
Пенобетон 0,14—0,3
Древесина 0,15
Нефтяные масла 0,12
Свежий снег 0,10—0,15
Вата 0,055
Воздух (300 K, 100 кПа) 0,026
Вакуум (абсолютный) 0 (строго)

другие вещества

Материал Теплопроводность, Вт/(м·K)
Кальций 201
Бериллий 201
Вольфрам 173
Магний 156
Родий 150
Иридий 147
Молибден 138
Рутений 117
Хром 93,9
Осмий 87,6
Титан 21,9
Тефлон 0,25
Бумага 0,14
Полистирол 0,082
Шерсть 0,05
Минеральная вата 0,045
Пенополистирол 0,04
Стекловолокно 0,036
Пробковое дерево 0,035
Пеноизол 0,035
Каучук вспененный 0,03
Аргон 0,0177
Аэрогель 0,017
Ксенон 0,0057

На практике нужно также учитывать проводимость тепла за счет конвекции молекул и проникаемости излучений. Например, при полной нетеплопроводности вакуума, тепло может передаваться за счет излучения (пример — Солнце, установки инфракрасного излучения). А газ или жидкость могут обмениваться нагретыми или охлажденными слоями самостоятельно или искусственно (пример — фен, греющие вентиляторы). Так же в конденсированных средах возможно «перепрыгивание» фононов из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, что способствует распространению звуковых волн и тепла, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.

Примечания

См. также

Ссылки

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

Любое строительство независимо от его размера всегда начинается с разработки проекта. Его цель – спроектировать не только внешний вид будущего строения, еще и просчитать основные теплотехнические характеристики. Ведь основной задачей строительства считается сооружение прочных, долговечных зданий, способных поддерживать здоровый и комфортный микроклимат, без лишних затрат на отопление. Несомненную помощь при выборе сырья, используемого для возведения постройки, окажет таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты.

Тепло в доме напярямую зависит от коэффициента теплопроводности строительных материалов

Что такое теплопроводность?

Теплопроводность – это процесс передачи энергии тепла от нагретых частей помещения к менее теплым. Такой обмен энергией будет происходить, пока температура не уравновесится. Применяя это правило к ограждающим системам дома, можно понять, что процесс теплопередачи определяется промежутком времени, за который происходит выравнивание температуры в комнатах с окружающей средой. Чем это время больше, тем теплопроводность материала, применяемого при строительстве, ниже.

Отсутствие теплоизоляции дома скажется на температуре воздуха внутри помещения

Для характеристики проводимости тепла материалами используют такое понятие, как коэффициент теплопроводности. Он показывает, какое количество тепла за одну единицу временного промежутка пройдет через одну единицу площади поверхности. Чем выше подобный показатель, тем сильнее теплообмен, значит, постройка будет остывать значительно быстрее. То есть при сооружении зданий, домов и прочих помещений необходимо использовать материалы, проводимость тепла которых минимальна.

Сравнительные характеристики теплопроводности и термического сопротивления стен, возведенных из кирпича и газобетонных блоков

Что влияет на величину теплопроводности?

Тепловая проводимость любого материала зависит от множества параметров:

  1. Пористая структура. Присутствие пор предполагает неоднородность сырья. При прохождении тепла через подобные структуры, где большая часть объема занята порами, охлаждение будет минимальным.
  2. Плотность. Высокая плотность способствует более тесному взаимодействию частиц друг с другом. В результате теплообмен и последующее полное уравновешивание температур происходит быстрее.
  3. Влажность. При высокой влажности окружающего воздуха или намокании стен постройки, сухой воздух вытесняется капельками жидкости из пор. Теплопроводность в подобном случае значительно увеличивается.

Теплопроводность, плотность и водопоглощение некоторых строительных материалов

Применение показателя теплопроводности на практике

В строительстве все материалы условно подразделяются на теплоизоляционные и конструкционные. Конструкционное сырье отличается наибольшими показателями теплопроводности, но именно его применяют для постройки стен, перекрытий, прочих ограждений. Согласно таблице теплопроводности строительных материалов, при возведении стен из железобетона, для низкого теплообмена с окружающей средой толщина конструкции должна быть около 6 метров. В таком случае строение получится огромным, громоздким и потребует немалых затрат.

Наглядный пример — при какой толщине различных материалов их коэффициент теплопроводности будет одинаковым

Поэтому при возведении постройки следует отдельное внимание уделять дополнительным теплоизолирующим материалам. Слой теплоизоляции может не понадобиться только для построек из дерева или пенобетона, но даже при использовании подобного низкопроводного сырья толщина конструкции должна быть не менее 50 см.

Нужно знать! У теплоизоляционных материалов значения показателя теплопроводности минимальны.

Теплопроводность готового здания. Варианты утепления конструкций

При разработке проекта постройки необходимо учесть все возможные варианты и пути потери тепла. Большое его количество может уходить через:

  • стены – 30%;
  • крышу – 30%;
  • двери и окна – 20%;
  • полы – 10%.

Теплопотери неутепленного частного дома

При неверном расчете теплопроводности на этапе проектирования, жильцам остается довольствоваться только 10% тепла, получаемого от энергоносителей. Именно поэтому дома, возведенные из стандартного сырья: кирпича, бетона, камня рекомендуют дополнительно утеплять. Идеальная постройка согласно таблице теплопроводности строительных материалов должна быть выполнена полностью из теплоизолирующих элементов. Однако малая прочность и минимальная устойчивость к нагрузкам ограничивает возможности их применения.

Нужно знать! При обустройстве правильной гидроизоляции любого утеплителя высокая влажность не повлияет на качество теплоизоляции и сопротивление постройки теплообмену будет значительно выше.

Сравнительный график коэффициентов теплопроводности некоторых строительных материалов и утеплителей

Самым распространенным вариантом сочетание несущей конструкции из высокопрочных материалов с дополнительным слоем теплоизоляции. Сюда можно отнести:

  1. Каркасный дом. При его постройке каркасом из древесины обеспечивается жесткость всей конструкции, а укладка утеплителя производится в пространство между стойками. При незначительном уменьшении теплообмена в некоторых случая может потребоваться утепление еще и снаружи основного каркаса.
  2. Дом из стандартных материалов. При выполнении стен из кирпича, шлакоблоков, утепление должно проводиться по наружной поверхности конструкции.

Необходимая тепло- и гидроизоляция для сохранения тепла в частном доме

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

В этой таблице собраны показатели теплопроводности самых распространенных строительных материалов. Пользуясь подобными справочниками, можно без проблем рассчитать необходимую толщину стен и применяемого утеплителя.

Таблица коэффициента теплопроводности строительных материалов:

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

Теплопроводность строительных материалов (видео)

ОЦЕНИТЕ
МАТЕРИАЛ Загрузка… ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ

REMOO В ВАШЕЙ ПОЧТЕ

Теплопроводность строительных материалов, их плотность и теплоемкость: таблица теплопроводности материалов

ABS (АБС пластик) 1030…1060 0. 13…0.22 1300…2300
Аглопоритобетон и бетон на топливных (котельных) шлаках 1000…1800 0.29…0.7 840
Акрил (акриловое стекло, полиметилметакрилат, оргстекло) ГОСТ 17622—72 1100…1200 0.21
Альфоль 20…40 0.118…0.135
Алюминий (ГОСТ 22233-83) 2600 221 897
Асбест волокнистый 470 0.16 1050
Асбестоцемент 1500…1900 1.76 1500
Асбестоцементный лист 1600 0.4 1500
Асбозурит 400…650 0.14…0.19
Асбослюда 450…620 0.13…0.15
Асботекстолит Г ( ГОСТ 5-78) 1500…1700 1670
Асботермит 500 0.116…0.14
Асбошифер с высоким содержанием асбеста 1800 0. 17…0.35
Асбошифер с 10-50% асбеста 1800 0.64…0.52
Асбоцемент войлочный 144 0.078
Асфальт 1100…2110 0.7 1700…2100
Асфальтобетон (ГОСТ 9128-84) 2100 1.05 1680
Асфальт в полах 0.8
Ацеталь (полиацеталь, полиформальдегид) POM 1400 0.22
Аэрогель (Aspen aerogels) 110…200 0.014…0.021 700
Базальт 2600…3000 3.5 850
Бакелит 1250 0.23
Бальза 110…140 0.043…0.052
Береза 510…770 0.15 1250
Бетон легкий с природной пемзой 500…1200 0.15…0.44
Бетон на гравии или щебне из природного камня 2400 1. 51 840
Бетон на вулканическом шлаке 800…1600 0.2…0.52 840
Бетон на доменных гранулированных шлаках 1200…1800 0.35…0.58 840
Бетон на зольном гравии 1000…1400 0.24…0.47 840
Бетон на каменном щебне 2200…2500 0.9…1.5
Бетон на котельном шлаке 1400 0.56 880
Бетон на песке 1800…2500 0.7 710
Бетон на топливных шлаках 1000…1800 0.3…0.7 840
Бетон силикатный плотный 1800 0.81 880
Бетон сплошной 1.75
Бетон термоизоляционный 500 0.18
Битумоперлит 300…400 0.09…0.12 1130
Битумы нефтяные строительные и кровельные (ГОСТ 6617-76, ГОСТ 9548-74) 1000…1400 0. 17…0.27 1680
Блок газобетонный 400…800 0.15…0.3
Блок керамический поризованный 0.2
Бронза 7500…9300 22…105 400
Бумага 700…1150 0.14 1090…1500
Бут 1800…2000 0.73…0.98
Вата минеральная легкая 50 0.045 920
Вата минеральная тяжелая 100…150 0.055 920
Вата стеклянная 155…200 0.03 800
Вата хлопковая 30…100 0.042…0.049
Вата хлопчатобумажная 50…80 0.042 1700
Вата шлаковая 200 0.05 750
Вермикулит (в виде насыпных гранул) ГОСТ 12865-67 100…200 0.064…0.076 840
Вермикулит вспученный (ГОСТ 12865-67) — засыпка 100…200 0. 064…0.074 840
Вермикулитобетон 300…800 0.08…0.21 840
Воздух сухой при 20°С 1.205 0.0259 1005
Войлок шерстяной 150…330 0.045…0.052 1700
Газо- и пенобетон, газо- и пеносиликат 280…1000 0.07…0.21 840
Газо- и пенозолобетон 800…1200 0.17…0.29 840
Гетинакс 1350 0.23 1400
Гипс формованный сухой 1100…1800 0.43 1050
Гипсокартон 500…900 0.12…0.2 950
Гипсоперлитовый раствор 0.14
Гипсошлак 1000…1300 0.26…0.36
Глина 1600…2900 0.7…0.9 750
Глина огнеупорная 1800 1.04 800
Глиногипс 800…1800 0. 25…0.65
Глинозем 3100…3900 2.33 700…840
Гнейс (облицовка) 2800 3.5 880
Гравий (наполнитель) 1850 0.4…0.93 850
Гравий керамзитовый (ГОСТ 9759-83) — засыпка 200…800 0.1…0.18 840
Гравий шунгизитовый (ГОСТ 19345-83) — засыпка 400…800 0.11…0.16 840
Гранит (облицовка) 2600…3000 3.5 880
Грунт 10% воды 1.75
Грунт 20% воды 1700 2.1
Грунт песчаный 1.16 900
Грунт сухой 1500 0.4 850
Грунт утрамбованный 1.05
Гудрон 950…1030 0.3
Доломит плотный сухой 2800 1. 7
Дуб вдоль волокон 700 0.23 2300
Дуб поперек волокон (ГОСТ 9462-71, ГОСТ 2695-83) 700 0.1 2300
Дюралюминий 2700…2800 120…170 920
Железо 7870 70…80 450
Железобетон 2500 1.7 840
Железобетон набивной 2400 1.55 840
Зола древесная 780 0.15 750
Золото 19320 318 129
Известняк (облицовка) 1400…2000 0.5…0.93 850…920
Изделия из вспученного перлита на битумном связующем (ГОСТ 16136-80) 300…400 0.067…0.11 1680
Изделия вулканитовые 350…400 0.12
Изделия диатомитовые 500…600 0. 17…0.2
Изделия ньювелитовые 160…370 0.11
Изделия пенобетонные 400…500 0.19…0.22
Изделия перлитофосфогелевые 200…300 0.064…0.076
Изделия совелитовые 230…450 0.12…0.14
Иней 0.47
Ипорка (вспененная смола) 15 0.038
Каменноугольная пыль 730 0.12
Камень керамический поризованный Braer 14,3 НФ и 10,7 НФ 810…840 0.14…0.185
Камни многопустотные из легкого бетона 500…1200 0.29…0.6
Камни полнотелые из легкого бетона DIN 18152 500…2000 0.32…0.99
Камни полнотелые из природного туфа или вспученной глины 500…2000 0. 29…0.99
Камень строительный 2200 1.4 920
Карболит черный 1100 0.23 1900
Картон асбестовый изолирующий 720…900 0.11…0.21
Картон гофрированный 700 0.06…0.07 1150
Картон облицовочный 1000 0.18 2300
Картон парафинированный 0.075
Картон плотный 600…900 0.1…0.23 1200
Картон пробковый 145 0.042
Картон строительный многослойный (ГОСТ 4408-75) 650 0.13 2390
Картон термоизоляционный (ГОСТ 20376-74) 500 0.04…0.06
Каучук вспененный 82 0.033
Каучук вулканизированный твердый серый 0. 23
Каучук вулканизированный мягкий серый 920 0.184
Каучук натуральный 910 0.18 1400
Каучук твердый 0.16
Каучук фторированный 180 0.055…0.06
Кедр красный 500…570 0.095
Кембрик лакированный 0.16
Керамзит 800…1000 0.16…0.2 750
Керамзитовый горох 900…1500 0.17…0.32 750
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией 800…1200 0.23…0.41 840
Керамзитобетон легкий 500…1200 0.18…0.46
Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон 500…1800 0.14…0.66 840
Керамзитобетон на перлитовом песке 800…1000 0. 22…0.28 840
Керамика 1700…2300 1.5
Керамика теплая 0.12
Кирпич доменный (огнеупорный) 1000…2000 0.5…0.8
Кирпич диатомовый 500 0.8
Кирпич изоляционный 0.14
Кирпич карборундовый 1000…1300 11…18 700
Кирпич красный плотный 1700…2100 0.67 840…880
Кирпич красный пористый 1500 0.44
Кирпич клинкерный 1800…2000 0.8…1.6
Кирпич кремнеземный 0.15
Кирпич облицовочный 1800 0.93 880
Кирпич пустотелый 0.44
Кирпич силикатный 1000…2200 0. 5…1.3 750…840
Кирпич силикатный с тех. пустотами 0.7
Кирпич силикатный щелевой 0.4
Кирпич сплошной 0.67
Кирпич строительный 800…1500 0.23…0.3 800
Кирпич трепельный 700…1300 0.27 710
Кирпич шлаковый 1100…1400 0.58
Кладка бутовая из камней средней плотности 2000 1.35 880
Кладка газосиликатная 630…820 0.26…0.34 880
Кладка из газосиликатных теплоизоляционных плит 540 0.24 880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-перлитовом растворе 1600 0.47 880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича (ГОСТ 530-80) на цементно-песчаном растворе 1800 0. 56 880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-шлаковом растворе 1700 0.52 880
Кладка из керамического пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе 1000…1400 0.35…0.47 880
Кладка из малоразмерного кирпича 1730 0.8 880
Кладка из пустотелых стеновых блоков 1220…1460 0.5…0.65 880
Кладка из силикатного 11-ти пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе 1500 0.64 880
Кладка из силикатного 14-ти пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе 1400 0.52 880
Кладка из силикатного кирпича (ГОСТ 379-79) на цементно-песчаном растворе 1800 0.7 880
Кладка из трепельного кирпича (ГОСТ 648-73) на цементно-песчаном растворе 1000…1200 0. 29…0.35 880
Кладка из ячеистого кирпича 1300 0.5 880
Кладка из шлакового кирпича на цементно-песчаном растворе 1500 0.52 880
Кладка «Поротон» 800 0.31 900
Клен 620…750 0.19
Кожа 800…1000 0.14…0.16
Композиты технические 0.3…2
Краска масляная (эмаль) 1030…2045 0.18…0.4 650…2000
Кремний 2000…2330 148 714
Кремнийорганический полимер КМ-9 1160 0.2 1150
Латунь 8100…8850 70…120 400
Лед -60°С 924 2.91 1700
Лед -20°С 920 2.44 1950
Лед 0°С 917 2. 21 2150
Линолеум поливинилхлоридный многослойный (ГОСТ 14632-79) 1600…1800 0.33…0.38 1470
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове (ГОСТ 7251-77) 1400…1800 0.23…0.35 1470
Липа, (15% влажности) 320…650 0.15
Лиственница 670 0.13
Листы асбестоцементные плоские (ГОСТ 18124-75) 1600…1800 0.23…0.35 840
Листы вермикулитовые 0.1
Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) ГОСТ 6266 800 0.15 840
Листы пробковые легкие 220 0.035
Листы пробковые тяжелые 260 0.05
Магнезия в форме сегментов для изоляции труб 220…300 0.073…0.084
Мастика асфальтовая 2000 0.7
Маты, холсты базальтовые 25…80 0.03…0.04
Маты и полосы из стеклянного волокна прошивные (ТУ 21-23-72-75) 150 0.061 840
Маты минераловатные прошивные (ГОСТ 21880-76) и на синтетическом связующем (ГОСТ 9573-82) 50…125 0.048…0.056 840
МБОР-5, МБОР-5Ф, МБОР-С-5, МБОР-С2-5, МБОР-Б-5 (ТУ 5769-003-48588528-00) 100…150 0.045
Мел 1800…2800 0.8…2.2 800…880
Медь (ГОСТ 859-78) 8500 407 420
Миканит 2000…2200 0.21…0.41 250
Мипора 16…20 0.041 1420
Морозин 100…400 0.048…0.084
Мрамор (облицовка) 2800 2.9 880
Накипь котельная (богатая известью, при 100°С) 1000…2500 0.15…2.3
Накипь котельная (богатая силикатом, при 100°С) 300…1200 0.08…0.23
Настил палубный 630 0.21 1100
Найлон 0.53
Нейлон 1300 0.17…0.24 1600
Неопрен 0.21 1700
Опилки древесные 200…400 0.07…0.093
Пакля 150 0.05 2300
Панели стеновые из гипса DIN 1863 600…900 0.29…0.41
Парафин 870…920 0.27
Паркет дубовый 1800 0.42 1100
Паркет штучный 1150 0.23 880
Паркет щитовой 700 0.17 880
Пемза 400…700 0.11…0.16
Пемзобетон 800…1600 0.19…0.52 840
Пенобетон 300…1250 0.12…0.35 840
Пеногипс 300…600 0.1…0.15
Пенозолобетон 800…1200 0.17…0.29
Пенопласт ПС-1 100 0.037
Пенопласт ПС-4 70 0.04
Пенопласт ПХВ-1 (ТУ 6-05-1179-75) и ПВ-1 (ТУ 6-05-1158-78) 65…125 0.031…0.052 1260
Пенопласт резопен ФРП-1 65…110 0.041…0.043
Пенополистирол (ГОСТ 15588-70) 40 0.038 1340
Пенополистирол (ТУ 6-05-11-78-78) 100…150 0.041…0.05 1340
Пенополистирол Пеноплэкс 22…47 0.03…0.036 1600
Пенополиуретан (ТУ В-56-70, ТУ 67-98-75, ТУ 67-87-75) 40…80 0.029…0.041 1470
Пенополиуретановые листы 150 0.035…0.04
Пенополиэтилен 0.035…0.05
Пенополиуретановые панели 0.025
Пеносиликальцит 400…1200 0.122…0.32
Пеностекло легкое 100..200 0.045…0.07
Пеностекло или газо-стекло (ТУ 21-БССР-86-73) 200…400 0.07…0.11 840
Пенофол 44…74 0.037…0.039
Пергамент 0.071
Пергамин (ГОСТ 2697-83) 600 0.17 1680
Перекрытие армокерамическое с бетонным заполнением без штукатурки 1100…1300 0.7 850
Перекрытие из железобетонных элементов со штукатуркой 1550 1.2 860
Перекрытие монолитное плоское железобетонное 2400 1.55 840
Перлит 200 0.05
Перлит вспученный 100 0.06
Перлитобетон 600…1200 0.12…0.29 840
Перлитопласт-бетон (ТУ 480-1-145-74) 100…200 0.035…0.041 1050
Перлитофосфогелевые изделия (ГОСТ 21500-76) 200…300 0.064…0.076 1050
Песок 0% влажности 1500 0.33 800
Песок 10% влажности 0.97
Песок 20% влажности 1.33
Песок для строительных работ (ГОСТ 8736-77) 1600 0.35 840
Песок речной мелкий 1500 0.3…0.35 700…840
Песок речной мелкий (влажный) 1650 1.13 2090
Песчаник обожженный 1900…2700 1.5
Пихта 450…550 0.1…0.26 2700
Плита бумажная прессованая 600 0.07
Плита пробковая 80…500 0.043…0.055 1850
Плита огнеупорная теплоизоляционная Avantex марки Board 200…500 0.04
Плитка облицовочная, кафельная 2000 1.05
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2 0.04
Плиты алебастровые 0.47 750
Плиты из гипса ГОСТ 6428 1000…1200 0.23…0.35 840
Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные (ГОСТ 4598-74, ГОСТ 10632-77) 200…1000 0.06…0.15 2300
Плиты из керзмзито-бетона 400…600 0.23
Плиты из полистирол-бетона ГОСТ Р 51263-99 200…300 0.082
Плиты из резольноформальдегидного пенопласта (ГОСТ 20916-75) 40…100 0.038…0.047 1680
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем (ГОСТ 10499-78) 50 0.056 840
Плиты из ячеистого бетона ГОСТ 5742-76 350…400 0.093…0.104
Плиты камышитовые 200…300 0.06…0.07 2300
Плиты кремнезистые   0.07
Плиты льнокостричные изоляционные 250 0.054 2300
Плиты минераловатные на битумной связке марки 200 ГОСТ 10140-80 150…200 0.058
Плиты минераловатные на синтетическом связующем марки 200 ГОСТ 9573-96 225 0.054
Плиты минераловатные на синтетической связке фирмы «Партек» (Финляндия) 170…230 0.042…0.044
Плиты минераловатные повышенной жесткости ГОСТ 22950-95 200 0.052 840
Плиты минераловатные повышенной жесткости на органофосфатном связующем
(ТУ 21-РСФСР-3-72-76)
200 0.064 840
Плиты минераловатные полужесткие на крахмальном связующем 125…200 0.056…0.07 840
Плиты минераловатные на синтетическом и битумном связующих 0.048…0.091
Плиты мягкие, полужесткие и жесткие минераловатные на синтетическом и битумном связующих (ГОСТ 9573-82, ГОСТ 10140-80, ГОСТ 12394-66) 50…350 0.048…0.091 840
Плиты пенопластовые на основе резольных фенолформальдегидных смол ГОСТ 20916-87 80…100 0.045
Плиты пенополистирольные ГОСТ 15588-86 безпрессовые 30…35 0.038
Плиты пенополистирольные (экструзионные) ТУ 2244-001-47547616-00 32 0.029
Плиты перлито-битумные ГОСТ 16136-80 300 0.087
Плиты перлито-волокнистые 150 0.05
Плиты перлито-фосфогелевые ГОСТ 21500-76 250 0.076
Плиты перлито-1 Пластбетонные ТУ 480-1-145-74 150 0.044
Плиты перлитоцементные 0.08
Плиты строительный из пористого бетона 500…800 0.22…0.29
Плиты термобитумные теплоизоляционные 200…300 0.065…0.075
Плиты торфяные теплоизоляционные (ГОСТ 4861-74) 200…300 0.052…0.064 2300
Плиты фибролитовые (ГОСТ 8928-81) и арболит (ГОСТ 19222-84) на портландцементе 300…800 0.07…0.16 2300
Покрытие ковровое 630 0.2 1100
Покрытие синтетическое (ПВХ) 1500 0.23
Пол гипсовый бесшовный 750 0.22 800
Поливинилхлорид (ПВХ) 1400…1600 0.15…0.2
Поликарбонат (дифлон) 1200 0.16 1100
Полипропилен (ГОСТ 26996– 86) 900…910 0.16…0.22 1930
Полистирол УПП1, ППС 1025 0.09…0.14 900
Полистиролбетон (ГОСТ 51263) 150…600 0.052…0.145 1060
Полистиролбетон модифицированный на активированном пластифицированном шлакопортландцементе 200…500 0.057…0.113 1060
Полистиролбетон модифицированный на композиционном малоклинкерном вяжущем в стеновых блоках и плитах 200…500 0.052…0.105 1060
Полистиролбетон модифицированный монолитный на портландцементе 250…300 0.075…0.085 1060
Полистиролбетон модифицированный на шлакопортландцементе в стеновых блоках и плитах 200…500 0.062…0.121 1060
Полиуретан 1200 0.32
Полихлорвинил 1290…1650 0.15 1130…1200
Полиэтилен высокой плотности 955 0.35…0.48 1900…2300
Полиэтилен низкой плотности 920 0.25…0.34 1700
Поролон 34 0.04
Портландцемент (раствор) 0.47
Прессшпан 0.26…0.22
Пробка гранулированная техническая 45 0.038 1800
Пробка минеральная на битумной основе 270…350 0.073…0.096
Пробковое покрытие для полов 540 0.078
Ракушечник 1000…1800 0.27…0.63 835
Раствор гипсовый затирочный 1200 0.5 900
Раствор гипсоперлитовый 600 0.14 840
Раствор гипсоперлитовый поризованный 400…500 0.09…0.12 840
Раствор известковый 1650 0.85 920
Раствор известково-песчаный 1400…1600 0.78 840
Раствор легкий LM21, LM36 700…1000 0.21…0.36
Раствор сложный (песок, известь, цемент) 1700 0.52 840
Раствор цементный, цементная стяжка 2000 1.4
Раствор цементно-песчаный 1800…2000 0.6…1.2 840
Раствор цементно-перлитовый 800…1000 0.16…0.21 840
Раствор цементно-шлаковый 1200…1400 0.35…0.41 840
Резина мягкая 0.13…0.16 1380
Резина твердая обыкновенная 900…1200 0.16…0.23 1350…1400
Резина пористая 160…580 0.05…0.17 2050
Рубероид (ГОСТ 10923-82) 600 0.17 1680
Руда железная 2.9
Сажа ламповая 170 0.07…0.12
Сера ромбическая 2085 0.28 762
Серебро 10500 429 235
Сланец глинистый вспученный 400 0.16
Сланец 2600…3300 0.7…4.8
Слюда вспученная 100 0.07
Слюда поперек слоев 2600…3200 0.46…0.58 880
Слюда вдоль слоев 2700…3200 3.4 880
Смола эпоксидная 1260…1390 0.13…0.2 1100
Снег свежевыпавший 120…200 0.1…0.15 2090
Снег лежалый при 0°С 400…560 0.5 2100
Сосна и ель вдоль волокон 500 0.18 2300
Сосна и ель поперек волокон (ГОСТ 8486-66, ГОСТ 9463-72) 500 0.09 2300
Сосна смолистая 15% влажности 600…750 0.15…0.23 2700
Сталь стержневая арматурная (ГОСТ 10884-81) 7850 58 482
Стекло оконное (ГОСТ 111-78) 2500 0.76 840
Стекловата 155…200 0.03 800
Стекловолокно 1700…2000 0.04 840
Стеклопластик 1800 0.23 800
Стеклотекстолит 1600…1900 0.3…0.37
Стружка деревянная прессованая 800 0.12…0.15 1080
Стяжка ангидритовая 2100 1.2
Стяжка из литого асфальта 2300 0.9
Текстолит 1300…1400 0.23…0.34 1470…1510
Термозит 300…500 0.085…0.13
Тефлон 2120 0.26
Ткань льняная 0.088
Толь (ГОСТ 10999-76) 600 0.17 1680
Тополь 350…500 0.17
Торфоплиты 275…350 0.1…0.12 2100
Туф (облицовка) 1000…2000 0.21…0.76 750…880
Туфобетон 1200…1800 0.29…0.64 840
Уголь древесный кусковой (при 80°С) 190 0.074
Уголь каменный газовый 1420 3.6
Уголь каменный обыкновенный 1200…1350 0.24…0.27
Фарфор 2300…2500 0.25…1.6 750…950
Фанера клееная (ГОСТ 3916-69) 600 0.12…0.18 2300…2500
Фибра красная 1290 0.46
Фибролит (серый) 1100 0.22 1670
Целлофан 0.1
Целлулоид 1400 0.21
Цементные плиты 1.92
Черепица бетонная 2100 1.1
Черепица глиняная 1900 0.85
Черепица из ПВХ асбеста 2000 0.85
Чугун 7220 40…60 500
Шевелин 140…190 0.056…0.07
Шелк 100 0.038…0.05
Шлак гранулированный 500 0.15 750
Шлак доменный гранулированный 600…800 0.13…0.17
Шлак котельный 1000 0.29 700…750
Шлакобетон 1120…1500 0.6…0.7 800
Шлакопемзобетон (термозитобетон) 1000…1800 0.23…0.52 840
Шлакопемзопено- и шлакопемзогазобетон 800…1600 0.17…0.47 840
Штукатурка гипсовая 800 0.3 840
Штукатурка известковая 1600 0.7 950
Штукатурка из синтетической смолы 1100 0.7
Штукатурка известковая с каменной пылью 1700 0.87 920
Штукатурка из полистирольного раствора 300 0.1 1200
Штукатурка перлитовая 350…800 0.13…0.9 1130
Штукатурка сухая 0.21
Штукатурка утепляющая 500 0.2
Штукатурка фасадная с полимерными добавками 1800 1 880
Штукатурка цементная 0.9
Штукатурка цементно-песчаная 1800 1.2
Шунгизитобетон 1000…1400 0.27…0.49 840
Щебень и песок из перлита вспученного (ГОСТ 10832-83) — засыпка 200…600 0.064…0.11 840
Щебень из доменного шлака (ГОСТ 5578-76), шлаковой пемзы (ГОСТ 9760-75) и аглопорита (ГОСТ 11991-83) — засыпка 400…800 0.12…0.18 840
Эбонит 1200 0.16…0.17 1430
Эбонит вспученный 640 0.032
Эковата 35…60 0.032…0.041 2300
Энсонит (прессованный картон) 400…500 0.1…0.11
Эмаль (кремнийорганическая) 0.16…0.27

Что такое теплопроводность бетона? Определение и основные показатели

Содержание статьи:

Основная цель сферы строительства заключается в обеспечении сохранения тепла в пространстве, поэтому при возведении зданий нужно подбирать материалы, обладающие пониженным уровнем теплопроводности. Чем меньше показатель пропускания тепла, тем прохладнее в доме в жару и теплее в холодную пору. Данная характеристика актуальна и для бетонов. Наша компания предлагает бетон в СПб от производителя всех марок с добавлением необходимых упрочнителей и присадок.

Определение теплопроводности

Теплопроводимость представляет собой относительный коэффициент, для определения которого вычисляют показатель теплоты, проходящей через стену с площадью 1 м2, толщиной 1 м за 1 час. Условная разница температур снаружи помещения и внутри него составляет 1 градус.

Способность материала к проведению тепла – важный фактор, ведь чем больше пропускная величина, тем, соответственно, выше коэффициент теплосохранения. Соотношение энергии, охлаждающей или нагревающей материал в процессе теплообмена обуславливает уровень пропуска.

Основные показатели теплоотдачи

Коэффициент проводимости тепла вычисляется на основании двух критериев:

  • типа использованного заполнителя, который оказывает существенное влияние на плотность стройматериалов;
  • климатических условий.

Классификация бетонных смесей осуществляется по плотности. Именно по этой причине фактор разновидности заполнителя столь важен. На величину теплопроводности влияют строительные стандарты.

К примеру, различные составляющие бетона имеют разный коэффициент теплоотдачи:

  • монолитные бетоны – 1,75;
  • пористые бетоны – 1,4;
  • щебень – 1,3;
  • песок – 0,7;
  • теплозащитные составы – 0,18.

Таким образом, можно подвести итог, что чем тяжелее наполнитель, тем выше коэффициент теплопроводности раствора. Тяжелые бетоны обладают увеличенной плотностью, а значит хуже сохраняют тепло. Как следствие, строения, изготовленные из смеси с добавлением щебня, нуждаются в дополнительном утеплении. В свою очередь, керамзитобетон с низким уровнем теплопроводности (всего 0,41) не нуждаются в теплозащитном материале.

Взаимосвязь влажности и теплопроводности

Влажность оказывает существенное влияние на способность постройки из бетона пропускать тепло. Повышенное содержание влаги в воздухе уменьшает способность бетонных стен удерживать комфортную температуру. Если поры материала заполняются водой, а не воздухом, значительно повышается риск промерзания помещения в зимний период.

К примеру, пористые бетоны способны проводить тепло на коэффициент 0,14 Вт, тогда как аналогичные материалы, пропитанные водой – уже на 1-3 Вт.

При строительстве помещений теплопроводности следует уделять повышенное внимание, ведь от данной характеристики напрямую зависит не только комфортность нахождения в доме, но и экономия на коммунальных услугах

Теплопроводность | Физика

Теплопроводность — это вид теплопередачи, при котором происходит непосредственная пе­редача энергии от частиц (молекул, атомов) более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части.

Рассмотрим ряд опытов с нагревом твердого тела, жидкости и газа.

Закрепим в штативе толстую медную проволоку, а к проволоке прикрепим воском или плас­тилином несколько гвоздиков. При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск плавится, и гвоздики постепенно отпадают от проволоки. Причем сначала отпадают те, что находятся ближе к пламени, затем по очереди все остальные. Объясняется это следующим обра­зом. Сначала увеличивается скорость движения тех частиц металла, которые находятся ближе к пламени. Температура проволоки в этом месте повышается. При взаимодействии этих частиц с соседними скорость последних также увеличивается, в результате чего повышается температура следующей части проволоки. Затем увеличивается скорость движения следующих частиц и т. д., пока не прогреется вся проволока.

Следует помнить, что при теплопроводности само вещество не перемещается вдоль тела, пере­носится лишь энергия.

Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмем пробирку с водой. Положим в нее кусочек льда и станем нагревать верхнюю часть пробирки. Вода у поверхности скоро закипит. Лед же на дне пробирки за это время почти не растает. Значит, у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и жидких металлов.

Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах.

Исследуем теплопроводность газов. Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышко. Палец при этом долго не чувствует тепла.

Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа еще больше, чем у жидкостей и твердых тел. Следовательно, теплопроводность газов еще меньше.

Итак, теплопроводность различных веществ различна.

Наибольшей теплопроводностью обладают металлы, особенно серебро и медь. Если теплопро­водность различных веществ сравнивать с теплопроводностью меди, то окажется, что у железа она меньше примерно в 5 раз, у воды — в 658 раз, у пористого кирпича — в 848 раз, у свежевыпав-шего снега — почти в 4000 раз, у ваты, древесных опилок и овечьей шерсти — почти в 10 ООО раз, а у воздуха она меньше примерно в 20 000 раз. Плохой теплопроводностью обладают также воло­сы, перья, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применя­ют вещества с малой теплопроводностью. Так, ручки для кастрюль, сковородок изготавливают из пластмассы. Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а зна­чит, предохраняют помещения от охлаждения. На применении вакуума в качестве теплоизоля­ционного «материала» основано устройство термоса, или сосуда Дьюара, который был изобретен в 1892 г. английским ученым Джеймсом Дьюаром.

Теплопроводность строительных материалов — основные понятия, табличные значения, расчеты

Ведущие тенденции современного строительства – это возведение домов с максимальной энергоэффективностью. То есть с возможностью создания и поддержания комфортных условий проживания при минимальных затратах энергоносителей. Понятно, что многим нашим строителям, ведущим возведение своих жилых владений самостоятельно, до таких показателей пока далековато, но стремиться к этому – необходимо всегда.

Теплопроводность строительных материалов

Прежде всего, это касается минимизации тепловых потерь через строительные конструкции. Достигается такое снижение эффективной термоизоляцией, выполненной на основании теплотехнических расчетов. Проектирование в идеале должны проводить специалисты, но часто обстоятельства понуждают владельцев жилья и такие вопросы брать в свои руки. Значит, необходимо иметь общие представления о базовых понятиях строительной теплотехники. Прежде всего – что такое теплопроводность строительных материалов, в чем она измеряется, как просчитывается.

Если разобраться с этими «азами», то будет проще всерьез, со знанием дела , а не по наитию, заниматься вопросами утепления своего жилья.

Что такое теплопроводность, какими единицами измерения она описывается?

Если не рассматривать каких-то теоретических условий, то в реальности все физические тела, жидкости или газы обладают способностью к передаче тепла. Иными словами, чтобы было понятнее, если какой-то объект начинают нагревать с одной из сторон, он становится проводником тепла, нагреваясь сам и передавая тепловую энергию дальше. Точно так же – и при охлаждении, только с «обратным знаком».

Даже на простом бытовом уровне всем понятно, что эта способность выражена у разных материалов в очень отличающейся степени. Например, одно дело мешать готовящееся на плите кипящее блюдо деревянной лопаткой, и совсем другое – металлической ложкой, которая практически моментально разогреется до такой температуры, что ее невозможно будет держать в руках. Этот пример наглядно показывает, что теплопроводность металла во много раз выше, чем у дерева.

«Практическое применение» огромной разницы в теплопроводности материалов – пробка, подсунутая под скобу металлической крышки кастрюли. Снять такую крышку с кипящей на плите посуды можно голыми пальцами, не опасаясь ожога.

И таких примеров – масса, буквально на каждом шагу. Например, прикоснитесь рукой к обычной деревянной двери в комнате, и к металлической ручке, прикрученной на ней. По ощущениям – ручка холоднее. Но такого не может быть – все предметы в помещении имеют примерно равную температуру. Просто металл ручки быстрее отвел на себя тепло тела, что и вызвало ощущения более холодной поверхности.

Коэффициент теплопроводности материала

Существует специальная единица, которая характеризует любой материал, как проводник тепла. Называется она коэффициентом теплопроводности, обозначается обычно греческой буквой λ, и измеряется в Вт/(м×℃). (Во многих встречающихся формулах вместо градусов Цельсия ℃ указаны градусы Кельвина, К, но сути это не меняет).

Этот коэффициент показывает способность материала передавать определенное количество тепла на определённое расстояние за единицу времени. Причем, это показатель характеризует именно материал, то есть без привязки к каким бы то ни было размерам.

Такие коэффициенты рассчитаны для практически любых строительных и иных материалов. Ниже в данной публикации приведены таблицы для различных групп – растворов, бетонов, кирпичной и каменной кладки, утеплителей, древесины, металлов и т.д. Даже беглого взгляда на них достаточно, чтобы убедиться, насколько эти коэффициенты могут отличаться.

Очень часто производители стройматериалов того или иного предназначения в череде паспортных характеристик указывают и коэффициент теплопроводности.

Материалы, которые отличаются высокой проводимостью тепла, например, металлы, как раз и находят часто применение в роли теплоотводов или теплообменников. Классический пример – радиаторы отопления, в которых чем лучше их стенки будут передавать нагрев от теплоносителя, тем эффективнее их работа.

А вот для большинства строительных материалов – ситуация обратная. То есть чем меньше коэффициент теплопроводности материала, из которого возведена условная стенка, тем меньше тепла будет терять здание с приходом холодов. Или, тем меньше можно будет сделать толщину стены при одинаковых показателях теплопроводности.

И на титульной картинке к статье, и на иллюстрации ниже показаны весьма наглядные схемы, как будет различаться толщина стены из разных материалов при равных способностях удержать тепло в доме. Комментарии, наверное, не нужны.

Одинаковая термоизоляционная способность – и совершенно разные толщины. Хороший пример по разнице в теплопроводности.

В справочной литературе часто указывается не одно значение коэффициента теплопроводности для какого-то материала, а целых три. (А иногда – и больше, так как этот коэффициент может меняться с изменением температуры). И это – правильно, так как на теплопроводные качества влияют и условия эксплуатации. И в первую очередь – влажность.

Это свойственно большинству материалов – при насыщении  влагой коэффициент теплопроводности увеличивается. И если ставится цель выполнить расчеты максимально точно, с привязкой к реальным условиям эксплуатации, то рекомендуется не пренебрегать этой разницей.

Итак, коэффициент может даваться расчетный, то есть для совершенно сухого материала и лабораторных условий. Но для реальных расчетов берут его или для режима эксплуатации А, или для режима Б.

Эти режимы складываются консолидировано из климатических особенностей региона и из особенностей эксплуатации конкретного здания (помещения).

Тип своей климатической зоны по уровню влажности можно определить по предлагаемой карте-схеме:

Климатические зоны территории России по уровню влажности: 1 –влажная; 2 – нормальная; 3 – сухая.

Особенности влажностного режима помещений определяются по следующей таблице:

Таблица определения влажностного режима помещений

Влажностной режим помещенияОтносительная влажность внутреннего воздуха при температуре:
до 12°Сот 13 до 24°С 25°С и выше
Сухойдо 60%до 50%до 40%
Нормальныйот 61 до 75%от 51 до 60%от 41 до 50%
Влажный 76% и более от 61 до 75%от 51 до 60%
Мокрый76% и более61% и более

Кстати, о влажности!..

А хорошо ли вы представляете себе, что такое относительная влажность воздуха. И какой она должна быть в помещениях для поддержания комфортного микроклимата? Если с этим ясности нет – добро пожаловать к специальной публикации нашего портала, посвященной приборам измерения относительной влажности.

Итак, имея данные карты-схемы и таблицы, можно по второй таблице определиться с выбором режима А или Б, от которого будет зависеть реальная величина коэффициента теплопроводности.

Таблица для выбора режима эксплуатации ограждающих конструкций

Влажностной режим помещения (по таблице)Зоны влажности (в соотвествии с картой-схемой)
3 — сухая2 — нормальная1 — влажная
СухойААБ
НормальныйАББ
Влажный или мокрыйБББ

Вот по этому режиму и выбирается из табличных данных наиболее близкий к реальности коэффициент теплопроводности.

Таблицы будут приведены ниже, под теоретической частью.

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 ℃
0.010.130.150.140.15
0.020.140.150.150.19
0.030.140.160.160.21
0.050.140.170.170.22
0.10.150.180.180.23
0.150.150.180.190.24
0,2-0,30.150.190.190.24
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
Если любая из поверхностей воздушной прослойки, или обе одновременно, оклеены алюминиесвой фольгой, то значение сопротивления теплопередаче принимают вдвое большим.

Таблицы коэффициентов теплопроводности различных групп строительных материалов
Таблица коэффициентов теплопроводности кирпичных кладок и каменных облицовок стен
Наименование материалаρ
Средняя плотность материала
кг/м³
λ₀
Коэффициент теплопроводности в идеальных условиях и в сухом состоянии
Вт/(м×℃)
λА
Коэффициент теплопроводности для условий эксплуатации А
Вт/(м×℃)
λБ
Коэффициент теплопроводности для условий эксплуатации Б
Вт/(м×℃)
Кирпичная кладка из сплошного кирпича на различных растворах
Стандартный керамический (глиняный) – на цементно-песчаном кладочном растворе18000,560,700,81
Стандартный керамический на цементно-шлаковом растворе17000,520,640,76
Стандартный керамический на цементно-перлитовом растворе16000,470,580,70
Силикатный на цементно-песчаном кладочном растворе18000,700,760,87
Трепельный термооизоляционный, на цементно-песчаном кладочном растворе12000,350,470,52
— то же, но с плотностью10000,290,410,47
Шлаковый, на цементно-песчаном кладочном растворе15000,520,640,70
Кладка из пустотного кирпича
Кирпич керамический, с плотностью 1400 кг/м³, на цементно-песчаном кладочном растворе16000,470,580,64
— то же, но с плотностью кирпича 1300 кг/м³14000,410,520,58
— то же, но с плотностью кирпича 1000 кг/м³12000,350,470,52
Кирпич силикатный, одиннадцатипустотный, на цементно-песчаном кладочном растворе15000,640,700,81
— то же, четырнадцатипустотный14000,520,640,76
Кладка или облицовка поверхностей натуральным камнем
Гранит или базальт28003,493,493,49
Мрамор28002,912,912,91
Туф20000,760,931,05
— то же, но с плотностью18000,560,700,81
— то же, но с плотностью16000,410,520,64
— то же, но с плотностью14000,330,430,52
— то же, но с плотностью12000,270,350,41
— то же, но с плотностью10000,210,240,29
Известняк20000,931,161,28
— то же, но с плотностью18000,700,931,05
— то же, но с плотностью16000,580,730,81
— то же, но с плотностью14000,490,560,58
Таблица коэффициентов теплопроводности бетонов различного типа
Наименование материалаρ
кг/м³
λ₀
Вт/(м×℃)
λА
Вт/(м×℃)
λБ
Вт/(м×℃)
Бетоны на плотном заполнителе
Железобетон25001.691.922.04
Бетон на натуральном гравии или щебне24001.511.741.86
Бетоны на натуральных пористых заполнителях
Пемзобетон16000.520.60.68
— то же, но с плотностью14000.420.490.54
— то же, но с плотностью12000.340.40.43
— то же, но с плотностью10000.260.30.34
— то же, но с плотностью8000.190.220.26
Туфобетон18000.640.870.99
— то же, но с плотностью16000.520.70.81
— то же, но с плотностью14000.410.520.58
— то же, но с плотностью12000.290.410.47
Бетон на вулканическом шлаке16000.520.640.7
— то же, но с плотностью14000.410.520.58
— то же, но с плотностью12000.330.410.47
— то же, но с плотностью10000.240.290.35
— то же, но с плотностью800200.230.29
Бетоны на искусственных пористых наполнителях
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией12000.410.520.58
— то же, но с плотностью10000.330.410.47
— то же, но с плотностью8000.230.290.35
Керамзитобетон на керамзитовом песке или керамзитопенобетон1800660.80.92
— то же, но с плотностью16000.580.670.79
— то же, но с плотностью14000.470.560.65
— то же, но с плотностью12000.360.440.52
— то же, но с плотностью10000.270.330.41
— то же, но с плотностью8000.210.240.31
— то же, но с плотностью6000.160.20.26
— то же, но с плотностью5000.140.170.23
Керамзитобетон на перлитовом песке10000.280.350.41
— то же, но с плотностью8000.220.290.35
Перлитобетон12000.290.440.5
— то же, но с плотностью10000.220.330.38
— то же, но с плотностью8000.160.270.33
— то же, но с плотностью6000.120.190.23
Шлакопемзобетон18000.520.630.76
— то же, но с плотностью16000.410.520.63
— то же, но с плотностью14000.350.440.52
— то же, но с плотностью12000.290.370.44
— то же, но с плотностью10000.230.310.37
Шлакопемзопено и шлакопемзогазобетон16000.470.630.7
— то же, но с плотностью14000.350.520.58
— то же, но с плотностью12000.290.410.47
— то же, но с плотностью10000.230.350.41
— то же, но с плотностью8000.170.290.35
Вермикулетобетон8000.210.230.26
— то же, но с плотностью6000.140.160.17
— то же, но с плотностью4000.090.110.13
— то же, но с плотностью3000.080.090.11
Ячеистые бетоны
Газобетон, пенобетон, газосиликат, пеносиликат10000.290.410.47
— то же, но с плотностью8000.210.330.37
— то же, но с плотностью6000.140.220.26
— то же, но с плотностью4000.110.140.15
— то же, но с плотностью3000.080.110.13
Газозолобетон, пенозолобетон12000.290.520.58
— то же, но с плотностью10000.230.440.59
— то же, но с плотностью8000.170.350.41
Таблица коэффициентов теплопроводности строительных растворов на цементной, известковой, гипсовой основе
Наименование материалаρ
кг/м³
λ₀
Вт/(м×℃)
λА
Вт/(м×℃)
λБ
Вт/(м×℃)
Обычный цементно-песчаный раствор18000.580.760.93
Сложный раствор из цемента, песка, извести17000.520.70.87
Цементно-шлаковый раствор14000.410.520.64
Цементно-перлитовый раствор10000.210.260.3
— то же, но с плотностью8000.160.210.26
Известково-песчаный раствор16000.470.70.81
— то же, но с плотностью12000.350.470.58
Гипсово-перлитовый раствор6000.140.190.23
Гипсово-перлитовый поризованный раствор5000.120.150.19
— то же, но с плотностью4000.090.130.15
Гипсовые плиты литые конструкционные12000.350.410.47
— то же, но с плотностью10000.230.290.35
Листы гипсокартона (сухая штукатурка)8000.150.190.21
Таблица коэффициентов теплопроводности дерева, изделий на основе древесины, а также других природных материалов
Наименование материалаρ
кг/м³
λ₀
Вт/(м×℃)
λА
Вт/(м×℃)
λБ
Вт/(м×℃)
Хвойная древесина (сосна иди ель) поперек волокон 5000,090,140,18
— они же — вдоль волокон5000,180,290,35
Древесина плотных лиственных пород (дуб, бук, ясень) поперек волокон 7000,10,180,23
— они же — вдоль волокон7000,230,350,41
Клееная фанера6000,120,150,18
Облицовочный картон10000,180,210,23
Картон строительный многослойный 6500,130,150,18
Плиты древесно-волокнистые (ДВП), древесно-стружечные (ДСП), ориентированно-стружечные (ОСП)10000,150,230,29
— то же, но для плотности8000,130,190,23
— то же, но для плотности6000,110,130,16
— то же, но для плотности4000,080,110,13
— то же, но для плотности2000,060,070,08
Плиты фибролитовые, арболит на основе портландцемента8000,160,240,3
— то же, но для плотности6000,120,180,23
— то же, но для плотности4000,080,130,16
— то же, но для плотности3000,070,110,14
Плиты камышитовые3000,070,090,14
— то же, но для плотности2000,060,070,09
Плиты торфяные термоизоляционные 3000,0640,070,08
— то же, но для плотности2000,0520,060,064
Пакля строительная1500,050,060,07
Таблица коэффициентов теплопроводности материалов, применяемых в термоизоляционных целях
Наименование материалаρ
кг/м³
λ₀
Вт/(м×℃)
λА
Вт/(м×℃)
λБ
Вт/(м×℃)
Минеральная вата, стекловата
Маты минеральной ваты прошивные или на синтетическом связующем 1250.0560.0640.07
— то же, но для плотности750.0520.060.064
— то же, но для плотности500.0480.0520.06
Плиты минеральной ваты на синтетическом и битумном связующих — мягкие, полужесткие и жесткие 3500.0910.090.11
— то же, но для плотности3000.0840.0870.09
— то же, но для плотности2000.070.0760.08
— то же, но для плотности1000.0560.060.07
— то же, но для плотности500.0480.0520.06
Плиты минеральной ваты на органофосфатном связующем — повышенной жесткости 2000.0640.070.076
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем 500.0560.060.064
Маты и полосы из стеклянного волокна прошивные 1500.0610.0640.07
Синтетические утеплители
Пенополистирол 1500.050.0520.06
— то же, но для плотности1000.0410.0410.052
— то же, но для плотности400.0380.0410.05
Пенопласт ПХВ-1 и ПВ-1 1250.0520.060.064
— то же, но для плотности100 и менее0.0410.050.052
Пенополиуретан плитный800.0410.050.05
— то же, но для плотности600.0350.0410.041
— то же, но для плотности400.0290.040.04
Пенополиуретан напылением350.0270.0330.035
Плиты из резольноформальдегидного пенопласта 1000.0470.0520.076
— то же, но для плотности750.0430.050.07
— то же, но для плотности500.0410.050.064
— то же, но для плотности400.0380.0410.06
Пенополиэтилен300.030.0320.035
Плиты из полиизоцианурата (PIR)350.0240.0280.031
Перлитопласт-бетон 2000.0410.0520.06
— то же, но для плотности1000.0350.0410.05
Перлитофосфогелевые изделия 3000.0760.080.12
— то же, но для плотности2000.0640.070.09
Каучук вспененный850.0350.040.045
Утеплители на натуральной основе
Эковата 600.0410.0540.062
— то же, но для плотности450.0380.050.055
— то же, но для плотности350.0350.0420.045
Пробка техническая500.0370.0430.048
Листы пробковые2200.0350.0410.045
Плиты льнокостричные термоизоляционные2500.0540.0620.071
Войлок строительный шерстяной3000.0570.0650.072
— то же, но для плотности1500.0450.0510.059
Древесные опилки4000.0921.051.12
— то же, но для плотности2000.0710.0780.085
Засыпки минеральные
Керамзит — гравий8000.180.210.23
— то же, но для плотности6000.140.170.2
— то же, но для плотности4000.120.130.14
— то же, но для плотности3000.1080.120.13
— то же, но для плотности2000.0990.110.12
Шунгизит — гравий8000.160.20.23
— то же, но для плотности6000.130.160.2
— то же, но для плотности4000.110.130.14
Щебень из доменного шлака, шлаковой пемзы и аглоперита 8000.180.210.26
— то же, но для плотности6000.150.180.21
— то же, но для плотности4001.1220.140.16
Щебень и песок из вспученного перлита 6000.110.1110.12
— то же, но для плотности4000.0760.0870.09
— то же, но для плотности2000.0640.0760.08
Вермикулит вспученный 2000.0760.090.11
— то же, но для плотности1000.0640.0760.08
Песок строительный сухой16000.350.470.58
Пеностекло или газостекло
Пеностекло или газо-стекло 4000.110.120.14
— то же, но для плотности3000.090.110.12
— то же, но для плотности2000.070.080.09
Таблица коэффициентов теплопроводности кровельных, гидроизоляционных, облицовочных, рулонных и наливных напольных покрытий
Наименование материалаρ
кг/м³
λ₀
Вт/(м×℃)
λА
Вт/(м×℃)
λБ
Вт/(м×℃)
Асбестоцементные
Листы асбестоцементные плоские («плоский шифер») 18000.350.470.52
— то же, но для плотности16000.230.350.41
На битумной основе
Битумы нефтяные строительные и кровельные 14000.270.270.27
— то же, но для плотности12000.220.220.22
— то же, но для плотности10000.170.170.17
Асфальтобетон 21001.051.051.05
Изделия из вспученного перлита на битумном связующем 4000.1110.120.13
— то же, но для плотности3000.0670.090.099
Рубероид, пергамин, толь, гибкая черепица6000.170.170.17
Линолеумы и наливные полимерные полы
Линолеум поливинилхлоридный многослойный 18000.380.380.38
— то же, но для плотности16000.330.330.33
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове 18000.350.350.35
— то же, но для плотности16000.290.290.29
— то же, но для плотности14000.230.230.23
Пол наливной полиуретановый15000.320.320.32
Пол наливной эпоксидный14500.0290.0290.029
Таблица коэффициентов теплопроводности металлов и стекла
Наименование материалаρ
кг/м³
λ₀
Вт/(м×℃)
λА
Вт/(м×℃)
λБ
Вт/(м×℃)
Сталь, в том числе — арматурная стержневая7850585858
Чугун7200505050
Алюминий2600221221221
Медь 8500407407407
Бронза7500÷930025÷10525÷10525÷105
Латунь8100÷880070÷12070÷12070÷120
Стекло кварцевое оконное 25000.760.760.76

Сейчас для утепления различных строений используются, преимущественно, синтетические материалы. Они имеют отличные характеристики, а также в большинстве своем очень удобны в монтаже.

Исходя из значений в таблицах выше, из категории синтетических утеплителей одним из самых энергоэффективных является PIR-плита. При плотности всего 35 кг/м³ коэффициент теплопроводности у нее в среднем составляет 0,024 Вт/м*К. Но он может быть и меньше в зависимости от технологии производства PIR-плиты у того или иного производителя.

Сравнение теплопроводности PIR-плит и других материалов

Так, например, PIR-плиты LOGICPIR от российского производителя ТЕХНОНИКОЛЬ имеют показатель теплопроводности всего 0,022 Вт/м*К. Почему значение так снижается? Дело в том, что этот вид утеплителя с обеих сторон имеет фольгированный слой. Фольга, как известно, сама по себе способна отлично отражать тепловую энергию в обратную сторону, то есть в помещение. Благодаря этому свойству энергоэффективность материала растет, а теплопотери в доме снижаются. Таким образом PIR-утеплитель, имеющий такой слой с одной и другой стороны, гораздо лучше выполняет свои функции, чем, например, PIR-материал с бумажным технологическим покрытием.

В целом же LOGICPIR — обычная PIR-плита, которая представляет собой пористый материал с множеством микроячеек, наполненных воздухом. Она очень тонкая (толщина варьируется в пределах 2-5 см), легкая, не нагружает строительные конструкции, но при этом прочная и достаточно плотная, чтобы выдерживать некоторые физические воздействия. Инертна к химическим воздействиям, биологически устойчива и, кроме того, не склонна к возгораниям.

PIR-плита ТЕХНОНИКОЛЬ

Во время эксплуатации (а срок использования PIR-плит LOGICPIR составляет 50 лет) материал не теряет своих свойств. Его коэффициент теплопроводности не меняется даже при намокании: сам по себе утеплитель не впитывает воду. Дополнительную парозащиту обеспечивает и тот самый фольгированный слой — если при монтаже плит проклеить все стыки алюминиевым скотчем, то формируется непрерывный слой пароизоляции, не пропускающий влагу. Словом, это неплохой вариант синтетического утеплителя с одними из самых высоких характеристик.

Видео: Утепление каркасного дома PIR плитами

Для чего используются такие расчеты в практическом приложении?

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.

Определение уровня тепловых потерь

Еще одна важная задача – это определение величины тепловых потерь через ограждающую конструкцию. Такие вычисления бывают необходимы когда, например, определяется требуемая мощность системы отопления. Как по помещениям — для правильной расстановки обогревательных приборов (радиаторов), так и общая — для выбора оптимальной модели котла.

Каждая конструкция характеризуется своим уровнем тепловых потерь, которые необходимо определять и для правильного планирования системы отопления, и для совершенствования системы термоизоляции.

Дело в том, что это сопротивление описывается еще одной формулой, уже от разницы температур и количества тепла, уходящего через ограждающую конструкцию площадью один квадратный метр.

R = Δt / q

Δt — разница температур по обе стороны конструкции, ℃.

q — удельное количество теряемого тепла, Вт.

То есть если известна площадь ограждающей конструкции и ее термическое сопротивление (определенное, например, через толщину и коэффициент теплопроводности), если известно, для каких условий производится расчет (например, нормальная температура в помещении и самые сильные морозы, присущие данной местности), то можно спрогнозировать и тепловые потери через эту конструкцию.

Q = S × Δt/R

Q — теплопотери через ограждающую конструкцию, Вт.

S — площадь этой конструкции, м².

Такие расчеты в помещении проводятся для всех ограждающих конструкций, контактирующих с холодом, и затем определяется суммарные потери, которые должны компенсироваться системой отопления. Или, если эти потери получаются слишком большими – это становится побудительным мотивом к усовершенствованию системы термоизоляции – что-то с ней не так.

Еще одна ремарка. Это мы говорили о конструкциях, состоящих из нескольких слоев разных строительных и утеплительных материалов. А как быть с окнами? Как для них просчитывается сопротивление теплопередаче?

Методика здесь – несколько иная, и самостоятельно заниматься такими расчетами вряд ли имеет смысл. Можно воспользоваться таблицей, в которой уже имеются готовые значения сопротивления для различных типов конструкций окон.

Таблица приведенных значений сопротивления теплопередаче для окон, остекленных балконных дверей, световых проемов (фонарей)

Материал и схема запонения проемаПриведенное термическое Ro, м ² × °С/Вт
Д и ПВХА
Двойное остекление в спаренных переплетах0.4
Двойное остекление в раздельных переплетах0.440,34*
Тройное остекление в раздельно-спаренных переплетах0.550.46
Однокамерный стеклопакет:
— из обычного стекла0.380.34
— из стекла с твердым селективным покрытием0.510.43
— из стекла с мягким селективным покрытием0.560.47
Двухкамерный стеклопакет:
— из обычного стекла (с межстекольным расстоянием 6 мм)0.510.43
— из обычного стекла (с межстекольным расстоянием 12 мм)0.540.45
— из стекла с твердым селективным покрытием0.580.48
— из стекла с мягким селективным покрытием0.680.52
— из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном0.650.53
Обычное стекло и однокамерный стеклопакет в раздельных переплетах:
— из обычного стекла0.56
— из стекла с твердым селективным покрытием0.65
— из стекла с мягким селективным покрытием0.72
— из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном0.69
Обычное стекло и двухкамерный стеклопакет в раздельных переплетах:
— из обычного стекла0.68
— из стекла с твердым селективным покрытием0.74
— из стекла с мягким селективным покрытием0.81
— из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном0.82
Два однокамерных стеклопакета в спаренных переплетах0.7
Два однокамерных стеклопакета в раздельных переплетах0.74
Четырехслойное остекление в двух спаренных переплетах0.8
Блоки стеклянные пустотные (с шириной кладочных швов 6 мм) размером:
-200×200 ×100 мм0,31 (без переплета)
-250×250 ×100 мм0,33 (без переплета)
Примечания:
Д и ПВХ — переплеты из дерева или пластика (поливинилхлорида)
А — переплеты из алюмииия
* — перепеты из стали
все указанные значения даны для площади остекления 75% от площади светового проема

Понятно, что тепловые потери будут считаться,  исходя из площади остекления и разницы температур.

Надо заметить, что профессиональные теплотехнические расчеты учитывают еще и множество различных поправочных коэффициентов, в том числе на инсоляцию (воздействие солнечных лучей), светопоглощающие и отражающие свойства поверхностей, неоднородность конструкций и другие. Но для самостоятельной первичной оценки достаточно и того алгоритма, что приведен выше.

Для любителей же более обстоятельного подхода можно порекомендовать следующий видеосюжет:

Видео: Алгоритмы профессионального расчета сопротивления теплопередаче стен

Мы же завершим публикацию онлайн-калькулятором, который вполне позволяет на бытовом уровне решить ряд задач, о которых шла речь выше.

Калькулятор расчета термического сопротивления ограждающей конструкции

Перейти к расчётам

Пояснения по работе с калькулятором

Программа несложна, но все же требует некоторых пояснений.

Предлагаемый алгоритм расчета позволяет провести вычисления сопротивления теплопередаче для любой ограждающей конструкции, включающей от одного до пяти различных слоев.

  • Первый слой пусть будет считаться по умолчанию основным. Для него указывается:

— его толщина в миллиметрах (так сделано для удобства, а перевод в метры программа выполнит самостоятельно).

— коэффициент теплопроводности материала, из которого создан этот слой. Значение берется из таблиц, с учетом режима эксплуатации А или Б. При вводе значения в калькулятор вместо запятой в качестве десятичного разделителя используется точка.

  • Вторым слоем предлагается указать имеющуюся (если есть) или планируемую термоизоляцию. Здесь уже на выбор – если оставить по умолчанию «нет», то программа проигнорирует этот слой. Если согласиться – появятся поля ввода данных, те же толщина и коэффициент теплопроводности.
  • Аналогично по выбору пользователя вводятся или игнорируются еще три произвольных слоя. Это, кстати, могут быть внешняя и внутренняя отделка, если она выполнена из значимых для теплопроводности материалов, многослойная кладка стены и т.п.
  • Если задача стоит только в определении сопротивления теплопередаче, то можно сразу переходить к клавише «РАССЧИТАТЬ…».
  • Ну а если есть желание еще и найти величину тепловых потерь через рассчитываемую ограждающую конструкцию, то ставится отметка «да, включить дополнительный расчёт». В этом случае появятся еще три поля ввода данных – площадь ограждающей конструкции, температура в помещении и температура на улице.

Уличную температуру для расчетов, как правило, берут минимальную, свойственную самой холодной декаде зимы в регионе проживания. Так задается необходимый запас мощности отопительного оборудования и эффективности системы утепления. Домашнюю температуру обычно считают в пределах 20÷24 ℃ для жилых помещений. Для нежилых (подъезды, коридоры, кладовые и т.п.) можно ограничиться +15 ℃. Для ванных, душевых, бань – порядка 35 ℃.

Рассчитанное термическое сопротивление показывается первой строкой появляющегося результата. Если был выбран вариант с вычислением тепловых потерь, то их значение (в ваттах) будет указано во второй строке.

Что такое теплопроводность? Обзор

Вариация теплопроводности

Теплопроводность конкретного материала сильно зависит от ряда факторов. К ним относятся температурный градиент, свойства материала и длина пути, по которому следует тепло.

Теплопроводность окружающих нас материалов существенно различается: от материалов с низкой проводимостью, таких как воздух со значением 0,024 Вт / м • К при 0 ° C, до металлов с высокой проводимостью, таких как медь (385 Вт / м • К).

Теплопроводность материалов определяет то, как мы их используем, например, материалы с низкой теплопроводностью отлично подходят для изоляции наших домов и предприятий, в то время как материалы с высокой теплопроводностью идеально подходят для приложений, где необходимо быстро и эффективно отводить тепло из одной области. к другому, например, в кухонных принадлежностях и системах охлаждения в электронных устройствах. Выбирая материалы с теплопроводностью, подходящей для области применения, мы можем достичь наилучших возможных характеристик.

Теплопроводность и температура

Из-за того, что движение молекул является основой теплопроводности, температура материала имеет большое влияние на теплопроводность. Молекулы будут двигаться быстрее при более высоких температурах, и поэтому тепло будет передаваться через материал с большей скоростью. Это означает, что теплопроводность одного и того же образца может резко измениться при повышении или понижении температуры.

Способность понимать влияние температуры на теплопроводность имеет решающее значение для обеспечения ожидаемого поведения продуктов при воздействии термического напряжения. Это особенно важно при работе с продуктами, выделяющими тепло, например электроникой, и при разработке материалов для защиты от огня и тепла.

Теплопроводность и структура

Значения теплопроводности существенно различаются в зависимости от материала и сильно зависят от структуры каждого конкретного материала.Некоторые материалы будут иметь разные значения теплопроводности в зависимости от направления распространения тепла; это анизотропные материалы. В этих случаях тепло легче перемещается в определенном направлении из-за того, как устроена конструкция.

При обсуждении тенденций теплопроводности материалы можно разделить на три категории; газы, неметаллические твердые тела и металлические твердые тела. Различия в способностях этих трех категорий к теплопередаче можно объяснить различиями в их структурах и молекулярных движениях.

Газы имеют более низкую относительную теплопроводность, поскольку их молекулы не так плотно упакованы, как в твердых телах, и поэтому теплопередача сильно зависит от свободного движения молекул и скорости молекул.

Газы — плохие теплопередачи. Напротив, молекулы в неметаллических твердых телах связаны в сетку решетки, и поэтому теплопроводность в основном происходит за счет колебаний в этих решетках. Непосредственная близость этих молекул по сравнению с молекулами газов означает, что неметаллические твердые тела имеют более высокую теплопроводность по сравнению с двумя, однако в этой группе есть большие различия.

Это изменение частично объясняется количеством воздуха, присутствующего в твердом теле, материалы с большим количеством воздушных карманов являются отличными изоляторами, тогда как те, которые более плотно упакованы, будут иметь более высокое значение теплопроводности.

Теплопроводность металлических твердых тел еще раз отличается от предыдущих примеров. Металлы обладают самой высокой теплопроводностью среди любых материалов, за исключением графена, и обладают уникальной комбинацией теплопроводности и электропроводности.Оба эти атрибута передаются одними и теми же молекулами, и связь между ними объясняется законом Видемана-Франца. Этот закон свидетельствует о том, что при определенной температуре электропроводность будет пропорциональна теплопроводности, однако по мере увеличения температуры теплопроводность материала будет расти, а электропроводность — уменьшаться.

Тестирование и измерение теплопроводности

Теплопроводность — важнейший компонент взаимоотношений между материалами, и способность понимать это позволяет нам добиться наилучших характеристик материалов, которые мы используем во всех аспектах нашей жизни.Эффективное испытание и измерение теплопроводности имеют решающее значение для этих усилий. Методы измерения теплопроводности можно разделить на установившиеся или переходные. Это разграничение является определяющей характеристикой того, как работает каждый метод. Методы установившегося состояния требуют, чтобы образец и образец сравнения находились в тепловом равновесии до начала измерений. Для переходных методов это правило не требуется, поэтому результаты выдаются быстрее.

Исследования

Получение пористой муллитовой керамики с низкой теплопроводностью

В этом исследовании анализируется муллитовая керамика, образованная в результате вспенивания и отверждения крахмала муллитового порошка, а также то, как ее теплопроводность изменяется в зависимости от пористости керамики.Теплопроводность измерялась методом источника переходной плоскости Hot Disc (TPS) с TPS 2500 S. По мере увеличения пористости муллитовой керамики увеличивается и теплопроводность.

Материал с фазовым переходом нанографит / парафин с высокой теплопроводностью

Композиты нанографит (NG) / парафин были приготовлены в качестве композитных материалов с фазовым переходом. Добавление NG увеличило теплопроводность композитного материала. Материал, содержащий 10% NG, имел теплопроводность 0.9362 Вт / м • K

Артикул:

Нейв Р. Гиперфизика. «Теплопроводность». Государственный университет Джорджии.
Доступно по адресу: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/thercond.html#c1

Материалы курса по неразрушающему контролю. «Теплопроводность». Ресурсный центр по неразрушающему контролю.
Доступно по адресу: https://www.ndeed.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Physical_Chemical/ThermalConductivity.htm

Уильямс, М. «Что такое теплопроводность?». Phys.Org. 9 декабря 2014 г.
Доступно по адресу: http://phys.org/news/2014-12-what-is-heat-conduction.html

Что вы подразумеваете под теплопроводностью? Получено из определения теплопроводности

Thermtest База данных термических свойств материалов. Список значений теплопроводности

Теплопроводность — обзор

3.2.4 Теплопроводность эпоксидных смол

Теплопроводность — это способность материала проводить тепло, и она представляет собой количество тепловой энергии, протекающей в единицу времени через единичная площадь с температурным градиентом 1 ° на единицу расстояния.Теплопроводность — необходимая характеристика для рассеивания образовавшейся тепловой энергии в системе. До сих пор сообщалось о различных исследованиях по увеличению теплопроводности эпоксидных смол, и среди них исследования, основанные на микро- и наноматериалах, вызвали больший исследовательский интерес. Ganguli et al. [66] разработали химически функционализированные композиты из вспученного графита и эпоксидной смолы с конечной целью повышения теплопроводности. Композиты, состоящие из 20 мас.% Функционализированного графита, показали значительно улучшенную теплопроводность, равную 5.8 Вт / м · К по сравнению с 0,2 Вт / м · К чистой эпоксидной смолы, то есть примерно 28-кратное улучшение теплопроводности [66]. Veca et al. [67] также получили более высокую теплопроводность эпоксидной смолы за счет использования углеродных нанолистов, полученных из расширенного графита.

Yung et al. [68] достигли увеличения теплопроводности примерно на 217% для композита эпоксид / нитрид бора. Это было выполнено с помощью обработки поверхности силаном нитрида бора и смешивания многомодального размера частиц при синтезе композита [68].Хуанг и др. [69] сообщили о существовании очень высокой теплопроводности эпоксидного композита на основе нанотрубок, функционализированного полиэдрическим олигосилсесквиоксаном (ПОСС). Улучшение теплопроводности примерно на 1360% было получено при введении 30 мас.% Функционализированного POSS нитрида бора [69].

Исследование Xu et al. [70] сообщили о более высокой теплопроводности эпоксидных композитов, содержащих нитрид бора (BN) и нитрид алюминия (AlN) с обработанной поверхностью, из-за пониженного сопротивления термического контакта между эпоксидной смолой и частицами из-за повышенного межфазного взаимодействия между ними.Было обнаружено, что обработка поверхности частиц с использованием силана более осуществима, чем обработка ацетоном и кислотой. Эпоксидные композиты с 57 об.% BN, обработанного силаном, показали теплопроводность 10,3 Вт / м K. Кроме того, добавление 60 об.% AlN, обработанного силаном, привело к теплопроводности 11,0 Вт / м K [70].

С точки зрения увеличения теплопроводности эпоксидной смолы, Teng et al. [71] использовали нековалентно функционализированные нанолисты графена, полученные путем π-π-стэкинга молекул пирена, сопровождаемого функциональной сегментированной полимерной цепью.Полученный эпоксидный композит имел превосходную теплопроводность за счет увеличенной площади поверхности в результате улучшенной дисперсии графена и взаимодействий графен-эпоксид. Композиты с 4 phr нанолистов нековалентно функционализированного графена показали примерно на 20% и 267% большую теплопроводность, чем соответствующие эпоксидные композиты на основе чистого графена и исходных MWCNTs [71]. В другом исследовании Song et al. [72] также разработали нековалентно функционализированный графен путем обработки 1-пиреномасляной кислотой, а затем использовали его для получения нанокомпозита эпоксид / графен.Полученный нанокомпозит показал отличную теплопроводность около 1,53 Вт / м · К [72]. Чаттерджи и др. [73] использовали расширенные нанопластинки графена, функционализированные амином, для обогащения теплопроводности эпоксидной смолы, и в результате было получено увеличение теплопроводности примерно на 36% для 2 мас.% Графена [73].

Moisala et al. [74] исследовали влияние SWCNTs и MWCNTs на теплопроводность эпоксидной смолы. Присутствие MWCNT действительно увеличивало теплопроводность эпоксидной смолы, но не в ожидаемом диапазоне.В то же время нанокомпозит эпоксид / ОСУНТ даже неожиданно показал более низкую теплопроводность, чем чистый эпоксид [74]. Для получения положительного эффекта и полной эффективности ОУНТ Bryning et al. [75] изготовили нанокомпозиты эпоксидная смола / ОСУНТ с использованием ОСУНТ, обработанных поверхностно-активными веществами и ДМФА. В результате обработанные композиты на основе SWCNT демонстрируют повышенную теплопроводность, а композит с обработанным поверхностно-активным веществом композитом содержит больше SWCNT и дает большее улучшение примерно на 65% для 0.1 объемная доля ОУНТ [75]. Исследование Biercuk et al. [76] сообщили об увеличении теплопроводности примерно на 125% при комнатной температуре с добавлением 1 мас.% Неочищенных ОУНТ. В другом исследовании Yu et al. [77] сообщили о повышенной теплопроводности эпоксидной смолы за счет включения гибридного наполнителя из ОСУНТ и графитовых нанопластинок из-за снижения сопротивления интерфейса, вызванного дополнительной организованной перколяционной сеткой [77]. Исследование Du et al. [78] достигли примерно 220% улучшения теплопроводности за счет использования отдельно стоящих ОСУНТ в эпоксидной смоле.Эти отдельно стоящие ОУНТ обладали пониженным термическим сопротивлением поверхности раздела в эпоксидной матрице. Эти материалы были приготовлены из композита SWCNT / PMMA с 1 мас.% Путем удаления содержания PMMA с помощью газификации с последующей пропиткой эпоксидной смолой [78].

Чтобы расширить вклад теплопроводности МУНТ в эпоксидные смолы, Ян и др. [79] практиковали синтез эпоксидного композита с использованием привитых бензолэтрикарбоновой кислотой MWCNTs (BTC-MWCNTs), полученных после модификации Фриделя-Крафтса. Отмечена более высокая растворимость и совместимость BTC-MWCNT в эпоксидной матрице, чем у чистых MWCNT.Композиты, содержащие 5 об.% BTC-MWCNT, показали выдающуюся теплопроводность 0,96 Вт / м · К, то есть улучшение примерно на 684% по сравнению с чистой эпоксидной смолой, и это показано на рис. 3.3 [79]. Другое исследование Cui et al. [80] разработали МУНТ с диоксидом кремния, используя золь-гель метод, а затем внедрили в эпоксидную матрицу для улучшения ее теплопроводности. Наблюдалось увеличение теплопроводности примерно на 51% для нанокомпозитной системы с 0,5 мас.% МУНТ, покрытых диоксидом кремния, а также примерно на 67% для 1 мас.% МУНТ, покрытых диоксидом кремния [80].

Рис. 3.3. Теплопроводность композитов эпоксидная смола / MWCNT. (A) Теоретическая модель Нана и композиты с различным содержанием (B) первичных MWCNTs, (C) обработанных кислотой MWCNTs и (D) BTC-MWCNTs [79].

В другом исследовании Zhou et al. [81] использовали синергетический эффект MWCNT и микрокарбида кремния (SiC) в качестве гибридного наполнителя для улучшения теплопроводности эпоксидной смолы. Гибридный наполнитель, состоящий из 5 мас.% MWCNT и 55 мас.% Micro-SiC, дает примерно в 23 раза большую теплопроводность, чем у чистой эпоксидной смолы [81].В другом исследовании Yang et al. [82] получили более высокую теплопроводность эпоксидной смолы за счет использования гибридного наполнителя, состоящего из МУНТ с привитыми триэтилентетрамином и нано-SiC, функционализированного силаном [82]. Im et al. [83] также наблюдали улучшенную теплопроводность эпоксидной смолы за счет использования гибридного наполнителя из оксида графена и MWCNTs.

Shimazaki et al. [84] приготовили прозрачный нанокомпозит наноцеллюлоза / эпоксид, содержащий 58 мас.% Наноцеллюлозы с превосходной теплопроводностью> 1 Вт / м К.Это произошло из-за высококристаллической природы наноцеллюлозы, которая действовала как эффективные фононные пути в нанокомпозитах [84]. Повышенная теплопроводность некоторых выбранных эпоксидных композитов сведена в Таблицу 3.2.

Таблица 3.2. Сравнение теплопроводности некоторых выбранных эпоксидных композитов

Авторы Использованный наполнитель Количество наполнителя Достижения в теплопроводности
Ganguli et al.[66] Химически функционализированный расслоенный графит 20 мас.% Образец 5,8 Вт / м · К, в 28 раз выше
Huang et al. [69] Нанотрубки, функционализированные полиэдрическими олигосилсесквиоксаном (POSS) из нитрида бора (BN) 30 мас.% 1360% увеличение
Xu et al. [70] Обработанный силаном BN 57 об.% Образец 10,3 Вт / м K
Обработанный силаном нитрид алюминия (AlN) 60 об.% Образец 11.0 Вт / м K
Teng et al. [71] Обработанные пиреном нековалентно функционализированные нанолисты графена 4 phr На 20% больше, чем у композита на основе чистого графена, и на 267% больше, чем у композита на основе нетронутых MWCNT
Song et al. [72] Обработанный 1-пиренмасляной кислотой нековалентно функционализированный графен 10% Образец 1,53 Вт / м K
Chatterjee et al. [73] Расширенные нанопластинки графена, функционализированные амином 2 мас.% Увеличение на 36%
Bryning et al.[75] SWCNT, обработанные поверхностно-активными веществами 0,1 об. Дол. 65% увеличение
Biercuk et al. [76] Неочищенные ОСУНТ 1 мас.% Увеличение на 125%
Du et al. [78] Отдельно стоящие ОУНТ Получены из 1 мас.% Композита ОУНТ / ПММА 220% увеличение
Yang et al. [79] Многостенные углеродные нанотрубки с привитыми бензолэтрикарбоновой кислотой (BTC-MWCNTs) 5 об.% Приложение 0.96 Вт / м · К, увеличение на 684%
Cui et al. [80] MWCNTs с диоксидом кремния 1 вес.% 67% увеличение
Zhou et al. [81] Гибридный наполнитель из MWCNT и микрокарбида кремния (SiC) 5 мас.% MWCNT + 55 мас.% Micro-SiC в 23 раза больше
Shimazaki et al. [84] Наноцеллюлоза 58 мас.% Экспонаты более 1 Вт / м · К

Что такое теплопроводность? — Определение из Corrosionpedia

Что означает теплопроводность?

Теплопроводность — это свойство материала, определяющее скорость, с которой он может передавать тепло.Теплопроводность каждого материала определяется константой λ, рассчитываемой по формуле:

λ = (Q x L) / (A xtx ΔT)

где Q — тепло, L — толщина поверхности, A — площадь поверхности. , t — время, ΔT — разность температур.

Теплопроводность материала является фундаментальным свойством. Эти материалы с высокой теплопроводностью будут быстро передавать тепло, либо получая тепло от более горячего материала, либо отдавая тепло более холодному материалу.Напротив, материалы с низкой теплопроводностью действуют как теплоизоляторы, препятствуя передаче тепла.

Поскольку коррозия — это процесс, зависящий от температуры, контроль теплопередачи является важным фактором проектирования установок. Выбор металла, сплава и соответствующих материалов покрытия влияет на способность передавать тепло в зависимости от теплопроводности каждого материала.

Corrosionpedia объясняет теплопроводность

Отвод тепловой энергии работает на границе раздела между двумя поверхностями, где сторона с более высокой температурой передает энергию и нагревает сторону с более низкой температурой.На молекулярном уровне молекулы передают эту энергию посредством столкновений на границе раздела. Теплопроводность материала определяется тем, насколько легко и какие механизмы доступны для передачи энергии через материал.

Одним из механизмов передачи тепла через материал является вибрация. Атомы твердого материала образуют решетку, и колебания, известные как фононы, распространяются через материал, передавая колебательную энергию соседним атомам. Этот механизм является основным механизмом теплопроводности неметаллических материалов.

Для большинства металлических материалов доступен дополнительный механизм теплопередачи за счет свободных электронов материала. Этот механизм связан с электронной проводимостью этих материалов и легкостью, с которой электроны могут проходить через зону проводимости материала. Таким образом, материалы с высокой электропроводностью также обладают высокой теплопроводностью.

На двух концах шкалы теплопроводности находятся теплоизоляторы и радиаторы с низкой и высокой теплопроводностью соответственно.Изоляторы используются для защиты от теплопередачи, например, для покрытия изоляторов материалов, подвергающихся экстремально высоким температурам, или просто для предотвращения замерзания воды внутри труб в холодных условиях. С другой стороны, радиаторы полезны для контроля температуры и предотвращения перегрева или слишком холода оборудования.

С точки зрения контроля температуры свойство теплопроводности является важным фактором для металлических частей оборудования. Поскольку предотвращение коррозии также является важным фактором, необходимо оценить теплопроводность защитных барьеров и покрытий.Некоторые варианты предотвращения коррозии, в свою очередь, могут повлиять на регулирование температуры и наоборот.

Теплопроводность — Энциклопедия Нового Света

Испытание на огнестойкость, используемое для проверки передачи тепла через противопожарные заглушки и пенетранты, используемые в строительных списках и одобрении использования и соответствия.

В физике теплопроводность , k {\ displaystyle k}, является свойством материала, которое указывает на его способность проводить тепло. Он появляется прежде всего в законе Фурье для теплопроводности.

Проводимость — наиболее важное средство передачи тепла в твердом теле. Зная значения теплопроводности различных материалов, можно сравнить, насколько хорошо они проводят тепло. Чем выше значение теплопроводности, тем лучше материал проводит тепло. В микроскопическом масштабе проводимость возникает, когда горячие, быстро движущиеся или колеблющиеся атомы и молекулы взаимодействуют с соседними атомами и молекулами, передавая часть своей энергии (тепла) этим соседним атомам.В изоляторах тепловой поток почти полностью переносится фононными колебаниями.

Математический фон

Во-первых, теплопроводность можно определить по формуле:

H = ΔQΔt = k × A × ΔTx {\ displaystyle H = {\ frac {\ Delta Q} {\ Delta t}} = k \ times A \ times {\ frac {\ Delta T} {x} }}

где ΔQΔt {\ displaystyle {\ frac {\ Delta Q} {\ Delta t}}} — скорость теплового потока, k — теплопроводность, A — общая площадь поверхности Δ T — разность температур, а x — толщина проводящей поверхности, разделяющей две температуры.

Таким образом, преобразование уравнения дает теплопроводность,

k = ΔQΔt × 1A × xΔT {\ displaystyle k = {\ frac {\ Delta Q} {\ Delta t}} \ times {\ frac {1} {A}} \ times {\ frac {x} {\ Delta T}}}

(Примечание: ΔTx {\ displaystyle {\ frac {\ Delta T} {x}}} — это градиент температуры)

Другими словами, он определяется как количество тепла Δ Q , переданное за время Δ t через толщину x в направлении, перпендикулярном поверхности площадью A , из-за разность температур Δ T , в установившемся режиме и когда теплопередача зависит только от температурного градиента.

С другой стороны, это можно представить как поток тепла (энергия на единицу площади в единицу времени), деленный на градиент температуры (разность температур на единицу длины).

k = ΔQA × Δt × xΔT {\ displaystyle k = {\ frac {\ Delta Q} {A \ times {} \ Delta t}} \ times {\ frac {x} {\ Delta T}}}


Типичными единицами измерения являются СИ: Вт / (м · К) и английские единицы: БТЕ · фут / (ч · фут² · ° F). Для преобразования между двумя значениями используйте соотношение 1 британских тепловых единиц · фут / (ч · фут² · ° F) = 1,730735 Вт / (м · K). [1]

Примеры

В металлах теплопроводность приблизительно соответствует электропроводности в соответствии с законом Видемана-Франца, поскольку свободно движущиеся валентные электроны переносят не только электрический ток, но и тепловую энергию. Однако общая корреляция между электропроводностью и теплопроводностью не сохраняется для других материалов из-за повышенного значения фононных носителей для тепла в неметаллах. Как показано в таблице ниже, серебро с высокой электропроводностью менее теплопроводно, чем алмаз, который является электрическим изолятором.

Теплопроводность зависит от многих свойств материала, особенно от его структуры и температуры. Например, чистые кристаллические вещества демонстрируют очень разную теплопроводность вдоль разных осей кристалла из-за различий в фононной связи вдоль данной оси кристалла. Сапфир является ярким примером переменной теплопроводности в зависимости от ориентации и температуры, для которой в справочнике CRC указана теплопроводность 2,6 Вт / (м · К) перпендикулярно оси c при 373 K, но 6000 Вт / ( м · K) при 36 градусах от оси c и 35 K (возможна опечатка?).

Воздух и другие газы, как правило, являются хорошими изоляторами при отсутствии конвекции. Следовательно, многие изоляционные материалы функционируют просто за счет наличия большого количества заполненных газом карманов, которые предотвращают крупномасштабную конвекцию. Их примеры включают вспененный и экструдированный полистирол (обычно называемый «пенополистиролом») и аэрогель кремнезема. Природные биологические изоляторы, такие как мех и перья, достигают аналогичного эффекта, резко подавляя конвекцию воздуха или воды возле кожи животного.

Теплопроводность играет важную роль в теплоизоляции зданий и в смежных областях. Однако материалы, используемые в таких отраслях, редко подвергаются стандартам химической чистоты. Ниже приведены значения k для некоторых строительных материалов. Их следует считать приблизительными из-за неопределенностей, связанных с определениями материалов.

Следующая таблица предназначена в качестве небольшой выборки данных для иллюстрации теплопроводности различных типов веществ. Более полный перечень измеренных значений k см. В справочных материалах.

Список коэффициентов теплопроводности

Это список приблизительных значений теплопроводности, k , для некоторых распространенных материалов. Пожалуйста, обратитесь к списку значений теплопроводности для получения более точных значений, справочных материалов и подробной информации.

Измерение

Вообще говоря, существует ряд возможностей для измерения теплопроводности, каждая из которых подходит для ограниченного диапазона материалов, в зависимости от тепловых свойств и температуры среды.Можно провести различие между установившимся и переходным режимами.

Обычно методы установившегося режима выполняют измерение, когда температура измеряемого материала не изменяется со временем. Это упрощает анализ сигналов (устойчивое состояние подразумевает постоянные сигналы). Обычно недостатком является то, что для этого требуется хорошо спроектированная экспериментальная установка. Разделенный стержень (различных типов) — это наиболее распространенное устройство, используемое для консолидированных проб горных пород.

Переходные методы выполняют измерения в процессе нагрева.Преимущество в том, что измерения можно проводить относительно быстро. Переходные методы обычно выполняются с помощью игольчатых зондов (вставленных в образцы или погруженных на дно океана).

Для хороших проводников тепла можно использовать метод стержня Серла. Для плохих проводников тепла можно использовать дисковый метод Лиза. Также можно использовать альтернативный традиционный метод с использованием настоящих термометров. Тестер теплопроводности, один из инструментов геммологии, определяет, являются ли драгоценные камни настоящими алмазами, используя уникально высокую теплопроводность алмаза.

Стандартные методы измерения

  • Стандарт IEEE 442-1981, «Руководство IEEE по измерениям теплового сопротивления почвы», см. Также gradient_thermal_properties. [4]
  • Стандарт IEEE 98-2002, «Стандарт подготовки процедур испытаний для термической оценки твердых электроизоляционных материалов» [5]
  • Стандарт ASTM D5470-06, Стандарт Метод испытаний теплопроводных свойств теплопроводных электроизоляционных материалов « [6]
  • Стандарт ASTM E1225-04,» Стандартный метод испытаний теплопроводности твердых тел с помощью метода контролируемого сравнительного продольного теплового потока » [7]
  • Стандарт ASTM D5930-01, «Стандартный метод испытания теплопроводности пластмасс с помощью метода нестационарного линейного источника» [8]
  • Стандарт ASTM D2717-95, » Стандартный метод испытаний теплопроводности жидкостей » [9]

Разница между американскими и европейскими обозначениями

В Европе коэффициент k строительных материалов (например,г. оконное стекло) называется λ-значением.

U-значение раньше называлось k-значением в Европе, но теперь его также называют U-значением.

Значение K (с большой буквы) относится в Европе к общей стоимости изоляции здания. Значение K получается путем умножения коэффициента формы здания (= общая внутренняя поверхность внешних стен здания, деленная на общий объем здания) на среднее значение U внешних стен здания. . Таким образом, значение K выражается как (m 2 .m -3 ). (W.K -1 .m -2 ) = W.K -1 .m -3 . Таким образом, для дома объемом 400 м³ и коэффициентом К 0,45 (новая европейская норма. Его обычно называют K45) теоретически потребуется 180 Вт для поддержания внутренней температуры на 1 градус К выше наружной температуры. Итак, для поддержания температуры в доме при 20 ° C при морозах на улице (0 ° C) требуется 3600 Вт постоянного обогрева.

Связанные термины

Коэффициент, обратный теплопроводности, равен , удельное тепловое сопротивление , измеренное в кельвин-метрах на ватт (К · м · Вт −1 ).

При работе с известным количеством материала можно описать его теплопроводность и взаимное свойство, тепловое сопротивление . К сожалению, эти термины имеют разные определения.

Первое определение (общее)

Для общего научного использования, теплопроводность — это количество тепла, которое проходит за единицу времени через пластину с определенной площадью и толщиной , когда ее противоположные грани различаются по температуре на один градус.Для пластины с теплопроводностью k , площадью A и толщиной L это составляет кА / л , измеренное в Вт · K −1 (эквивалент: Вт / ° C). Теплопроводность и проводимость аналогичны электрической проводимости (А · м -1 · В -1 ) и электрической проводимости (А · В -1 ).

Существует также мера, известная как коэффициент теплопередачи: количество тепла, которое проходит за единицу времени через единиц площади пластины определенной толщины, когда ее противоположные стороны различаются по температуре на один градус.Ответная — по теплоизоляции . В итоге:

  • Теплопроводность = кА / L , измеряется в Вт · K −1
    • тепловое сопротивление = L / кА , измеряется в K · W −1 (эквивалент до: ° C / Вт)
  • коэффициент теплопередачи = k / L , измеряется в Вт · K -1 · м -2
    • теплоизоляция = L / k , измеряется в K · м² · W -1 .

Коэффициент теплопередачи также известен как теплопроводность

Термическое сопротивление

Когда термические сопротивления возникают последовательно, они складываются. Таким образом, когда тепло проходит через два компонента, каждый с сопротивлением 1 ° C / Вт, общее сопротивление составляет 2 ° C / Вт.

Общая проблема инженерного проектирования включает выбор радиатора подходящего размера для данного источника тепла. Работа в единицах теплового сопротивления значительно упрощает расчет конструкции.Для оценки производительности можно использовать следующую формулу:

Rhs = ΔTPth − Rs {\ displaystyle R_ {hs} = {\ frac {\ Delta T} {P_ {th}}} — R_ {s}}

где:

  • R hs — максимальное тепловое сопротивление радиатора окружающей среде, ° C / Вт
  • ΔT {\ displaystyle \ Delta T} — разница температур (падение температуры), ° C.
  • .
  • P th — тепловая мощность (тепловой поток), в ваттах
  • R s — тепловое сопротивление источника тепла в ° C / Вт

Например, если компонент выделяет 100 Вт тепла и имеет тепловое сопротивление 0.5 ° C / Вт, какое максимальное тепловое сопротивление радиатора? Допустим, максимальная температура составляет 125 ° C, а температура окружающей среды — 25 ° C; тогда ΔT {\ displaystyle \ Delta T} равно 100 ° C. В этом случае тепловое сопротивление радиатора окружающей среде должно составлять 0,5 ° C / Вт или меньше.

Второе определение (здания)

Применительно к зданиям термическое сопротивление или R-value означает то, что описано выше как теплоизоляция, а теплопроводность , означает обратное.Для материалов, соединенных последовательно, эти тепловые сопротивления (в отличие от проводимости) можно просто сложить, чтобы получить тепловое сопротивление для всего.

Третий член, коэффициент теплопередачи , включает теплопроводность конструкции наряду с теплопередачей за счет конвекции и излучения. Он измеряется в тех же единицах, что и теплопроводность, и иногда известен как композитный коэффициент теплопроводности . Еще одним синонимом является термин U-значение .

Таким образом, для пластины с теплопроводностью k (значение k [10] ), площадь A и толщина L :

  • теплопроводность = к / L , измеряется в Вт · К −1 · м −2 ;
  • термическое сопротивление (значение R) = L / k , измеряется в К · м² · Вт −1 ;
  • Коэффициент теплопередачи (значение U) = 1 / (Σ ( L / k )) + конвекция + излучение, измеряется в Вт · К −1 · м −2 .

Текстильная промышленность

В текстильных изделиях значение tog может указываться как мера теплового сопротивления вместо меры в единицах СИ.

Истоки

Теплопроводность системы определяется тем, как взаимодействуют атомы, составляющие систему. Простых и правильных выражений для теплопроводности не существует. Существует два разных подхода к расчету теплопроводности системы.

Первый подход использует отношения Грина-Кубо.Хотя здесь используются аналитические выражения, которые в принципе могут быть решены, для расчета теплопроводности плотной жидкости или твердого тела с использованием этого соотношения требуется использование компьютерного моделирования молекулярной динамики.

Второй подход основан на подходе времени релаксации. Известно, что из-за ангармонизма внутри кристаллического потенциала фононы в системе рассеиваются. Существует три основных механизма рассеяния (Шривастава, 1990):

  • Граничное рассеяние, попадание фонона на границу системы;
  • Рассеяние на дефекте массы, фонон, ударяющийся о примесь внутри системы, и рассеяние;
  • Фонон-фононное рассеяние, фонон распадается на два фонона с более низкой энергией или фонон сталкивается с другим фононом и сливается с одним фононом с более высокой энергией.

См. Также

Банкноты

  1. ↑ Perry’s Chemical Engineers ‘Handbook, 7-е изд., Таблица 1-4.
  2. 2,0 2,1 Теплопроводность некоторых распространенных материалов Проверено 26 мая 2008 г.
  3. ↑ Теплопроводность металлов Проверено 26 мая 2008 г.
  4. ↑ Руководство IEEE по измерениям термического сопротивления почвы Проверено 26 мая 2008 г.
  5. ↑ Стандарт подготовки процедур испытаний для термической оценки твердых электроизоляционных материалов, последнее обращение 26 мая 2008 г.
  6. ↑ Стандартный метод испытаний теплопередающих свойств теплопроводных электроизоляционных материалов, последнее обращение 26 мая 2008 г.
  7. ↑ Стандартный метод испытаний теплопроводности твердых тел с помощью метода охраняемого сравнительного продольного теплового потока Проверено 26 мая 2008 г.
  8. ↑ Стандартный метод испытаний теплопроводности пластмасс с помощью метода нестационарного линейного источника Проверено 26 мая 2008 г.
  9. ↑ Стандартный метод испытаний теплопроводности жидкостей, получено 26 мая 2008 г.
  10. ↑ Определение значения k из Plastics New Zealand Получено 26 мая 2008 г.

Список литературы

  • Байерлейн, Ральф. 2003. Теплофизика . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0521658381
  • Халлидей, Дэвид, Роберт Резник и Джерл Уокер. 1997. Основы физики , 5 изд. Нью-Йорк: Вили. ISBN 0471105589
  • Serway, Raymond A. и John W. Jewett. 2004. Физика для ученых и инженеров. Бельмонт, Калифорния: Томсон-Брукс / Коул. ISBN 0534408427
  • Шривастава Г. П. 1990. Физика фононов. Бристоль: А. Хильгер. ISBN 0852741537
  • Янг, Хью Д. и Роджер А. Фридман. 2003. Физика для ученых и инженеров . Сан-Франциско, Калифорния: Пирсон. ISBN 080538684X

Внешние ссылки

Все ссылки получены 6 февраля 2020 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и завершили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников New World Encyclopedia, , так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедию Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Теплопроводность: определение, уравнение и расчет — видео и стенограмма урока

Коэффициент теплопроводности

Ключевой частью уравнения теплопроводности Фурье является коэффициент теплопроводности материала, или k . Коэффициент теплопроводности материала рассчитывается с использованием того же уравнения, перемещая переменные, пока мы не выделим k с одной стороны. Это дает нам уравнение коэффициента теплопроводности:

Те же переменные представляют то же самое из предыдущего уравнения.Используя единицы Джоули / секунды или Ватты для переменных Q / t , единицы метров2 для переменной A , единицы метров в переменной d и единицы Кельвина для переменная ΔT дает нам коэффициент теплопроводности k материала в ваттах на метр-Кельвин (Вт / м⋅K).

Как упоминалось ранее, каждый материал имеет свой коэффициент проводимости. Материалы, которые хорошо проводят тепло, такие как металлы и камни, имеют высокие коэффициенты проводимости, в то время как материалы, которые плохо проводят тепло, такие как дерево и вода, имеют низкие коэффициенты проводимости.

Расчеты теплопроводности

Давайте использовать уравнения, которые мы выучили, для работы на двух примерах. В одном примере мы рассчитаем передачу теплового потока объекта (теплопроводность), а в другом — коэффициент теплопроводности материала.

Пример 1

Стена дома имеет площадь 2 м2 и толщину 0,5 м с разницей температур от 293 Кельвина внутри дома до 301 Кельвина вне дома.Материал стен имеет коэффициент теплопроводности 0,5 Вт на метр-Кельвин (Вт / м⋅К). Какова теплопроводность (передача тепла) через материал стены в секунду?

Во-первых, давайте приведем наше уравнение теплопроводности:

Теперь, после вставки всех заданных чисел в переменные:

Это дает нам теплопроводность через материал стенок 16 Дж в секунду или 16 Вт.

Пример 2

Теперь давайте на примере найдем коэффициент теплопроводности неизвестного материала. Допустим, у нас есть неизвестный материал, в котором 30 Вт тепла проходит через площадь 2 м2 при толщине 1 м и разнице температур ΔT , равной 50 К. Подставляя эти числа в наше уравнение для коэффициента теплопередачи проводимость:

Получаем коэффициент теплопроводности 0.3 Вт / м⋅К

Краткое содержание урока

Теплопроводность — это теплопередача между двумя объектами или внутри объекта. Коэффициент теплопроводности , или k , различен для каждого материала и определяет, насколько хороший материал является проводником тепла. Например, материалы, которые очень хорошо проводят тепло, такие как металлы, имеют высокий коэффициент теплопроводности, а материалы, которые не очень хорошо проводят тепло, такие как дерево, имеют низкие коэффициенты теплопроводности. Закон Фурье теплопроводности позволяет нам определить количество теплового потока в материале, а также вычислить коэффициент проводимости неизвестного материала.

И помните, что тепло всегда течет от более высокой температуры к более низкой температуре. Формула выглядит так:

, а переменные включают:

  • Q , который представляет перенос тепла во времени, представленный как t
  • k , который представляет собой коэффициент теплопроводности материала
  • A — область, через которую проходит тепло
  • ΔT , которая представляет собой разницу температур между материалами или внутри материала
  • d , толщина материала

Также важно помнить, что ключевой частью уравнения теплопроводности Фурье является коэффициент теплопроводности материала, или k .Коэффициент теплопроводности материала рассчитывается с использованием того же уравнения, перемещая переменные, пока мы не выделим k с одной стороны. Это дает нам уравнение коэффициента теплопроводности:

Факты о теплопроводности для детей

Теплопроводность — это способность материала проводить тепло. Металлы обладают хорошей теплопроводностью, как и газы. Теплопроводность материала является определяющим свойством, которое помогает в разработке эффективных технологий нагрева / охлаждения.Значение теплопроводности можно определить путем измерения скорости, с которой тепло может проходить через материал.

Тепловое сопротивление противоположно теплопроводности. Это означает, что тепло не проводит много. Материалы с высоким удельным сопротивлением называются «термоизоляторами» и используются в одежде, термосах, домашних изоляционных материалах и автомобилях, чтобы согреть людей, или в холодильниках, морозильниках и термосах, чтобы вещи оставались холодными.

Теплопроводность часто обозначается греческой буквой «каппа», [математика] \ каппа [/ математика].Единицы теплопроводности — ватты на метр-кельвин. Ватты — это мера мощности, метры — мера длины, а кельвины — мера температуры. По единицам измерения мы можем видеть, что теплопроводность — это мера того, сколько энергии проходит через расстояние из-за разницы температур.

Некоторые отличные теплоизоляторы: Вакуум, Аэрогель, Полиуретан

Вот некоторые отличные проводники тепла: Серебро, медь, бриллиант

Серебро — один из наиболее теплопроводных материалов (и довольно распространен), поэтому есть несколько интересных экспериментов, которые вы можете провести с серебром, которые очень хорошо показывают, как работает теплопроводность.

Один пример: вы опускаете 2 ложки в кипящую воду, одна ложка стальная, а другая серебряная. Когда вы вынимаете ложки из кипящей воды, серебряная ложка горячее, чем стальная. Причина этого в том, что серебро проводит тепло лучше, чем сталь. Серебряная ложка также будет остывать быстрее из-за этого, так как лучше отводит тепло.

Другой пример теплопроводности серебра — нанесение различных материалов на кубики льда. Шайба для утюга просто сядет на лед и постепенно станет холоднее.Медный пенни растает через кубик льда и быстрее остывает. Серебряная монета, ложка или кольцо на кубике льда погрузится в него, как если бы кубик льда был сделан из густого сиропа, а серебро почти мгновенно станет ледяным. Опять же, это связано с тем, что серебро действительно хорошо поглощает тепло из воздуха и передает его кубику льда. Медь тоже хороша в этом, но не так хорошо, как серебро.

Общие сведения о теплопроводности | Advanced Thermal Solutions

Теплопроводность — это объемное свойство, которое описывает способность материала передавать тепло.В следующем уравнении теплопроводность — это коэффициент пропорциональности k . Расстояние теплопередачи определяется как † x , которое перпендикулярно области A . Скорость передачи тепла через материал составляет Q , от температуры T 1 до температуры T 2 , когда T 1 > T 2 [2].


Рисунок 1.Процесс теплопроводности от горячей (T1) к холодной (T2) поверхности
Теплопроводность материалов играет важную роль в охлаждении электронного оборудования. От кристалла, в котором выделяется тепло, до шкафа, в котором размещена электроника, теплопроводность и, как следствие, теплопроводность являются неотъемлемыми компонентами общего процесса управления температурой.

Путь тепла от матрицы к внешней среде — сложный процесс, который необходимо учитывать при разработке теплового решения.В прошлом многие устройства могли работать без внешнего охлаждающего устройства, такого как радиатор. В этих устройствах сопротивление проводимости от кристалла к плате необходимо было оптимизировать, поскольку первичный путь теплопередачи находился в печатной плате. По мере увеличения уровней мощности передача тепла исключительно на плату становилась недостаточной (кредитная шакита). Большая часть тепла теперь рассеивается непосредственно в окружающую среду через верхнюю поверхность компонента. В этих новых более мощных устройствах важно низкое сопротивление перехода к корпусу, а также конструкция присоединенного радиатора.

Чтобы определить важность теплопроводности материала в конкретном приложении управления температурой (например, теплоотвод), важно разделить общее тепловое сопротивление, связанное с теплопроводностью, на три части: межфазное сопротивление, сопротивление растеканию и сопротивление проводимости.

  • Интерфейсный материал улучшает тепловой контакт между несовершенными сопрягаемыми поверхностями. Материал с высокой теплопроводностью и хорошей способностью к смачиванию поверхности снижает межфазное сопротивление .
  • Сопротивление растеканию используется для описания теплового сопротивления, связанного с небольшим источником тепла, соединенным с большим радиатором. Среди прочего, теплопроводность основания радиатора напрямую влияет на сопротивление растеканию.
  • Сопротивление проводимости — это мера внутреннего теплового сопротивления в радиаторе, когда тепло перемещается от основания к ребрам, где оно рассеивается в окружающую среду. Что касается конструкции радиатора, сопротивление теплопроводности менее важно в условиях естественной конвекции и низкого расхода воздуха и становится более важным при увеличении расхода.

Общие единицы теплопроводности: Вт / мК и БТЕ / ч-фут- o F.

Рисунок 2. Теплопроводность тонкой пленки кремния [3].

В электронной промышленности постоянное стремление к меньшему размеру и более высокой скорости значительно уменьшило масштаб многих компонентов. Поскольку этот переход теперь продолжается от макро- к микромасштабу, важно учитывать влияние на теплопроводность и не предполагать, что объемные свойства все еще точны.Уравнения Фурье на основе континуума не могут предсказать тепловые характеристики в этих меньших масштабах. Необходимы более полные методы, такие как уравнение переноса Больцмана и решеточный метод Больцмана [3].

Влияние толщины на проводимость показано на рисунке 2. Характеризуемым материалом является кремний, который широко используется в электронике.

Рисунок 2. Теплопроводность тонкой кремниевой пленки [3]

Как и многие физические свойства, теплопроводность может быть анизотропной в зависимости от материала (зависит от направления).Кристалл и графит — два примера таких материалов. Графит используется в электронной промышленности, где ценна его высокая проводимость в плоскости. Кристаллы графита имеют очень высокую проводимость в плоскости (~ 2000 Вт / мК) из-за прочной связи углерод-углерод в их базисной плоскости. Однако параллельные базисные плоскости слабо связаны друг с другом, и теплопроводность, перпендикулярная этим плоскостям, довольно низкая (~ 10 Вт / мК) [4].

На теплопроводность влияют не только изменения толщины и ориентации; температура также влияет на общую величину.Из-за повышения температуры материала увеличивается внутренняя скорость частиц и увеличивается теплопроводность. Эта увеличенная скорость передает тепло с меньшим сопротивлением. Закон Видемана-Франца описывает это поведение путем соотнесения теплопроводности и электропроводности с температурой. Важно отметить, что влияние температуры на теплопроводность нелинейно, и его трудно предсказать без предварительного исследования. На графиках ниже показано поведение теплопроводности в широком диапазоне температур.Оба этих материала, нитрид алюминия и кремний, широко используются в электронике (рис. 3 и 4 соответственно).

В будущем более мощные процессоры с несколькими ядрами еще больше подтолкнут потребность в улучшенной теплопроводности. Следовательно, стоит также изучить другие области исследований и разработок в области повышения теплопроводности для существующих материалов, используемых в корпусах электроники. Одной из таких областей является влияние нанотехнологий на теплопроводность, когда углеродные нанотрубки показали значения проводимости, близкие к проводимости алмаза из-за большой длины свободного пробега фононов [7].Разработка новых и улучшение существующих материалов приведет к более эффективному управлению температурой, поскольку рассеиваемая мощность устройства постоянно растет.

Артикул:

1. Теплопроводность, Американский научный словарь наследия, Houghton Mifflin Company

2. Моран М., Шапиро Х. Основы инженерной термодинамики, стр. 47, 1988 г.

3. Гай, С., Ким, В., Чанг, П., Амон, К., Джон, М., Анизотропная теплопроводность наноразмерных ограниченных тонких пленок через решетку Больцмана, Химическая инженерия, Университет Карнеги-Меллона, ноябрь 2006 г., стр.2006

4. Норли Дж., Роль природного графита в охлаждении электроники, Охлаждение электроники, август 2001 г.

5. Слак, Г.А., Танзилли Р.А., Поль Р.О., Вандерсанде Дж. В., Дж. Phys. Chem. Твердые тела 48, 7 (1987), 641-647

6. Глассбреннер, К. и Слак, Г., Теплопроводность кремния и германия от 3 ° К до точки плавления, Physical Review 134, 4A, 1964

7. Бербер С., Квон Ю. и Томанек Д., Необычно высокая теплопроводность углеродных нанотрубок, Physical Review Letters, Том 84, № 20, стр. 4613-4616, 2000 г.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *