Коэффициент теплопроводности разных видов кирпича

Теплопрово́дность — способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела путём хаотического движения частиц тела (атомов, молекул, электронов и т. п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

Понятие коэффициента теплопроводности

Эта величина определяет количество тепла, проходимое через единицу объема образца при разнице температур в 1 градус Цельсия. Единица измерения – Вт/(м*C). Чем больше эта характеристика, тем выше способность материала передавать тепло и тем хуже он выполняет функции теплоизолятора.

Бетон имеет неоднородную структуру. Теплопередача определяется компонентами, входящими в состав строительного материала. Наименьшую теплопроводность имеет воздух, который находится в микропорах заполнителей и капиллярах цементного камня. Поэтому чем выше его содержание, тем лучше теплоизоляционные свойства бетонного элемента.

Теплопроводность – что это

Сам термин «теплопроводность» определяет передачу энергии тепловой от предметов с более высокой температурой – предметам с более низкой. Сам теплообмен осуществляется до тех пор, пока температура обоих предметов не станет одинаковой. Чтобы обозначить энергию тепловую был создан коэффициент теплопроводности, применяемый для строительных материалов. Этот параметр дает четкое понимание того, какое количество энергии тепловой проходит в единицу времени через единицу площади. Чем выше этот показатель – тем лучше теплообмен. Чем меньше теплопроводность материал – тем более он пригоден для строительства жилых и отапливаемых помещений. Согласно строительным нормам толщина стен, препятствующая теплопотерям в зданиях должна соответствовать:

  1. Кирпич — 210 см
  2. Керамзитобетон — 90 см
  3. Дерево — 53 см
  4. Газобетон — 44 см
  5. Минеральная вата — 18 см
  6. Пенополистерол — 12 см

Теплопроводный коэффициент характеризуется показателем количества теплоты, проходящего сквозь метр толщины материала в единицу времени, равную 60 минут. При создании лучшей теплоизоляции профессионалы рекомендуют использовать эту характеристику в обязательном порядке. Также на нее стоит обратить внимание при необходимости подобрать дополнительные утепляющие материалы и конструкции. Рассмотрим соотношение материала и коэффициента теплопроводности, измеренного в Ваттах на метр квадратный Кельвин:

алюминий асбест асфальтобетон асбесто-цементные плиты бетон, желоззобетон битум бронза винипласт вода при температурі вище 0 войлок шерстяной гипсокартон гранит древесина из дуба, волокна размещены вдоль древесина из дуба, волокна размещены поперек древесина из сосны или ели, волокна размещены вдоль древесина из сосны или ели, волокна размещены поперек до 221 Вт/м2 0,151 Вт/м2*К 1,05 Вт/м2*К 0,35 Вт/м2*К до 1,51 Вт/м2*К 0,27 Вт/м2*К 64 Вт/м2 0,163 Вт/м2*К 0,6 Вт/м2*К 0,047 Вт/м2*К 0,15 Вт/м2*К 3,49 Вт/м2*К 0,23 Вт/м2*К 0,1 Вт/м2*К 0,18 Вт/м2*К до 0,15 Вт/м2*К плита древесно-стружечная или плита ориентировано-стружечная железобетон Картон используемый для облицовки Керамзит, плотность 200кг / м3 Керамзит, плотность 800кг / м3 Керамзитобетон, плотность 500кг / м3 Керамзитобетон, плотность 1800кг / м3 Кирпич керамический, пустотелый брутто 1000, плотность 1200кг / м3 Кирпич керамический, пустотелый брутто брутто 1400, плотность 1600кг / м3 Кирпич красный глиняный Кирпич силикатный Кладка из изоляционного кирпича Кладка из обыкновенного кирпича Кладка из огнеупорного кирпича Краска масляная 0,15 Вт / м2К 1,69 Вт / м2К 0,18 Вт / м2К 0,1 Вт / м2К 0,18 Вт / м2К 0,14 Вт / м2К 0,66 Вт / м2К 0,35 Вт / м2К 0,41 Вт / м2К 0,56 Вт / м2К 0,7 Вт / м2К до 0,209 Вт / м2К до 0,814 Вт / м2К 1,05 Вт / м2К 0,233 Вт / м2К
Читайте также:  Как сделать из одноконтурного котла двухконтурный

Закон теплопроводности Фурье

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

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

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

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

Связь с электропроводностью

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

где  — постоянная Больцмана,  — заряд электрона,  — абсолютная температура.

Коэффициент теплопроводности газов

В газах коэффициент теплопроводности может быть найден по приближённой формуле

где  — плотность газа,  — удельная теплоёмкость при постоянном объёме,  — средняя длина свободного пробега молекул газа,  — средняя тепловая скорость. Эта же формула может быть записана как

где  — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа , для одноатомного ),  — постоянная Больцмана,  — молярная масса,  — абсолютная температура,  — эффективный (газокинетический) диаметр молекул,  — 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 нерадиоактивных газов — у ксенона).

Теплопроводность в сильно разреженных газах

Приведённое выше выражение для коэффициента теплопроводности в газах не зависит от давления. Однако если газ сильно разрежен, то длина свободного пробега определяется не столкновениями молекул друг с другом, а их столкновениями со стенками сосуда. Состояние газа, при котором длина свободного пробега молекул ограничивается размерами сосуда называют высоким вакуумом. При высоком вакууме теплопроводность убывает пропорционально плотности вещества (то есть пропорциональна давлению в системе): , где  — размер сосуда,  — давление.

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

Что влияет на показатели?

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

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

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

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

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

Технологии укладки

Воздушные зазоры делаются в кирпичной кладке для уменьшения накопления влаги в стенах и снижения коэффициента теплоотдачи.

Технологии укладки

Прослойку воздуха в стенах правильно обеспечивают следующим образом:

Технологии укладки
  1. Раствором не заполняют воздушные зазоры толщиной до 10 мм между изделиями начиная с 1 ряда. 1 метр — распространенный шаг между зазорами.
  2. По типу фасада с вентиляцией зазор воздуха толщиной 25-30 мм оставляют по всей высоте кладки между теплоизолятором и кирпичом. При работе зимой отопительной системы температура в доме будет оставаться постоянной. Свойства стены сохранять тепло обеспечат постоянные воздушные потоки, которые будут проходить по предусмотренным воздушным каналам.
Технологии укладки

Постоянная циркуляция по каналам воздуха внутри кладки возможна, если она на последнем ряду не закрывается перекрытием из любых стройматериалов или стяжкой из раствора.

Технологии укладки

Для частного строительства важно, чтобы, не понеся больших расходов, добиться от кирпичной стены существенного снижения коэффициента λ.

Технологии укладки

Технологии укладки

Закон Фурье вкратце

Для более глубокого исследования теплопроводности и теплового потока, с учетом площади поперечного сечения ученым Фурье был выведен специальный закон, показывающий, благодаря чему существующие материалы прекрасно задерживает тепло и улучшают свою изоляцию.

Величина степени переноса теплоты обозначается специальным коэффициентом (КТ) – λ, а тепловая энергия измеряется в Вт. Последняя уменьшает свой уровень при прохождении расстояния в 1 мм с различием температуры на 1 градус. В итоге меньшая потеря энергии выгоднее, а стройматериал с небольшим КТ относится к более теплому.

Теплопроводный параметр большой мерой обусловлен плотностью, при уменьшении ее уровня понижается и тепловой показатель. То есть плотные тяжелые экземпляры обладают повышенным значением Т, а более легкий вес и меньшая прочность указывает на небольшую Т. Для повышения Т влияют на состав материала, его плотность, соблюдение методики изготовления, влаговместимость.

Читайте также:  Как подключить бойлер косвенного нагрева к одноконтурному котлу

Таблица теплопроводности

Материал Плотность, кг/м3 Теплопроводность, Вт/(м*С) Паропроницаемость, Мг/(м*ч*Па) Эквивалентная1(при сопротивлении теплопередаче = 4,2м2*С/Вт) толщина, м Эквивалентная2(при сопротивление паропроницанию =1,6м2*ч*Па/мг) толщина, м
Железобетон 2500
Бетон 2400
Керамзитобетон 1800
Керамзитобетон 500
Кирпич красный глиняный 1800
Кирпич, силикатный 1800
Кирпич керамический пустотелый (брутто1400) 1600
Кирпич керамический пустотелый (брутто 1000) 1200
Пенобетон 1000
Пенобетон 300
Гранит 2800 14.6
Мрамор 2800 12.2
Сосна, ель поперек волокна 500
Дуб поперек волокна 700
Сосна, ель вдоль волокна 500
Дуб вдоль волокна 700
Фанера 600
ДСП 1000
Пакля 150
Гипсокартон 800
Картон облицовочный 1000
Минвата 200
Минвата 100
Минвата 50
33
Пенополистирол экструдированный 45
Пенополистирол 150
Пенополистирол 100
Пенополистирол 40

Теплопроводность строительных материалов таблица

Конструкционные материалы и их показатели

Конструкционный бетон, теплопроводность которого зависит от применяемых наполнителей, пользуется большой популярностью. Это обусловлено его прочностью и эластичностью, что позволяет возводить надежные и защищенные от потерь тепла постройки.

Материалы из бетона с добавлением пористых заполнителей

Пористые конструкции характеризуются хорошим удержанием тепла, при этом точный показатель теплопроводности зависит от следующих факторов:

Теплопроводность строительных материалов таблица
  1. Параметры ячеистости.
  2. Уровень влажности.
  3. Показатели плотности.
  4. Теплопроводность матрицы.

Показатели теплоизоляционных материалов

Теплоизоляционные конструкции, состоящие из шлакового наполнителя и керамзита, характеризуются минимальной теплопроводностью. Однако их прочностные свойства остаются невысокими, поэтому основная сфера применения — изоляция несущих стен и пола. Возводить основные конструкции из таких материалов запрещено.

Таблица показателей

Таблица значений для разных материалов выглядит следующим образом:

Что такое коэффициент теплопроводности

Физический смысл коэффициента теплопроводности — это количество тепла, которое проходит через образец единичного объема за одну секунду при разнице температур в один Кельвин (градус Цельсия). Единица измерения — Вт/(м °К), обозначение — λ, k, ϰ.

Чем выше значение коэффициента, тем большей способностью к передаче тепла обладает материал. В абсолютном вакууме λ=0, максимальный — у алмаза и графена, применяемого в наноразработках.

У бетона значение коэффициента теплопроводности находится в пределах 0,05 -2,02 Вт/(м °К) в зависимости от плотности и влажности материала. У ячеистого автоклавного бетона марки М150 λ=0,055 Вт/(м °К), а тяжелые бетоны М800-1000 характеризуются показателем 2,02 Вт/(м °К).

В строительстве при расчете конструкций на сопротивление теплопередаче используют таблицу с точными значениями коэффициента. Его указывают для трех состояний материала:

  • в сухом виде;
  • при нормальной влажности;
  • при повышенной влажности.

Теплотехнический расчет проводят в соответствии с условиями эксплуатации бетона.

От чего зависит величина коэффициента

Коэффициент теплопроводности бетона определяют опытным путем. Поскольку у материала неоднородная структура, то величина непостоянна и носит условный характер.

Параметры, от которых зависит показатель:

  • Плотность. Тепловую энергию передают друг другу частицы, поэтому чем ближе они расположены, тем быстрее этот процесс. Соответственно, рыхлые материалы с меньшей плотностью способны лучше противостоять теплопередаче.
  • Пористость материала. Тепловой поток перемещается сквозь толщу монолита, часть которого составляют воздушные пустоты. Теплопроводность воздуха очень мала — 0,02 Вт/(м °К). Чем больше занятый воздухом объем, тем коэффициент λ ниже.
  • Структура пор — размеры и замкнутость. Мелкие полости снижают скорость передачи энергии, в то время как в крупных сообщающихся отверстиях теплообмен совершается конвекционным путем, увеличивая тем самым общую теплопередачу.
  • Влажность. Коэффициент теплопроводности воды 0,6 Вт/м К, это достаточно большой показатель. Проникая в полости бетона, влага уменьшает способность материала сохранять тепло.
  • Температура. Чем она у вещества выше, тем быстрее движутся молекулы. Зависимость от температуры линейная, выражается формулой λ=λо х (1+b х t), где λ и λо — искомый и начальный коэффициенты теплопроводности, b — справочная величина, t — температура в градусах.