Оглавление:
- Понятие теплопроводности
- Факторы, влияющие на величину теплопроводности
- Практическое применение значения теплопроводности строительных материалов
- Теплопроводность материалов: параметры
- Теплопроводность при строительстве
Строительство любого дома, будь то коттедж или скромный дачный домик, должно начинаться с разработки проекта. На этом этапе закладывается не только архитектурный облик будущего строения, но и его конструктивные и теплотехнические характеристики.
Основной задачей на этапе проекта будет не только разработка прочных и долговечных конструктивных решений, способных поддерживать наиболее комфортный микроклимат с минимальными затратами. Помочь определиться с выбором может сравнительная таблица теплопроводности материалов.
Понятие теплопроводности
В общих чертах процесс теплопроводности характеризуется передачей тепловой энергии от более нагретых частиц твердого тела к менее нагретым. Процесс будет идти до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие. Другими словами, пока не сравняются температуры.
Коэффициент теплопроводности кирпичей.
Применительно к ограждающим конструкциям дома (стены, пол, потолок, крыша) процесс теплопередачи будет определяться временем, в течение которого температура внутри помещения сравняется с температурой окружающей среды.
Чем более продолжителен по времени будет этот процесс, тем помещение будет более комфортным по ощущениям и экономичным по эксплуатационным расходам.
Численно процесс переноса тепла характеризуется коэффициентом теплопроводности. Физический смысл коэффициента показывает, какое количество тепла за единицу времени проходит через единицу поверхности. Т.е. чем выше значение этого показателя, тем лучше проводится тепло, значит, тем быстрее будет происходить процесс теплообмена.
Соответственно, на этапе проектных работ необходимо спроектировать конструкции, теплопроводность которых должна иметь по возможности наименьшее значение.
Факторы, влияющие на величину теплопроводности
Теплопроводность материалов, используемых в строительстве, зависит от их параметров:
Зависимость теплопроводности газобетона от плотности.
- Пористость наличие пор в структуре материала нарушает его однородность. При прохождении теплового потока часть энергии передается через объем, занятый порами и заполненный воздухом. Принято за отсчетную точку принимать теплопроводность сухого воздуха (0,02 Вт/(м*°С)). Соответственно, чем больший объем будет занят воздушными порами, тем меньше будет теплопроводность материала.
- Структура пор малый размер пор и их замкнутый характер способствуют снижению скорости теплового потока. В случае использования материалов с крупными сообщающимися порами в дополнение к теплопроводности в процессе переноса тепла будут участвовать процессы передачи тепла конвекцией.
- Плотность при больших значениях частицы более тесно взаимодействуют друг с другом и в большей степени способствуют передаче тепловой энергии. В общем случае значения теплопроводности материала в зависимости от его плотности определяются либо на основе справочных данных, либо эмпирически.
- Влажность значение теплопроводности для воды составляет (0,6 Вт/(м*°С)). При намокании стеновых конструкций или утеплителя происходит вытеснение сухого воздуха из пор и замещение его каплями жидкости или насыщенным влажным воздухом. Теплопроводность в этом случае значительно увеличится.
- Влияние температуры на теплопроводность материала отражается через формулу:
λ=λо*(1+b*t), (1)
где, λо коэффициент теплопроводности при температуре 0 °С, Вт/м*°С,
b справочная величина температурного коэффициента,
t температура.
Практическое применение значения теплопроводности строительных материалов
Из понятия теплопроводности напрямую вытекает понятие толщины слоя материала для получения необходимого значения сопротивления теплового потока. Тепловое сопротивление нормируемая величина.
Упрощенная формула, определяющая толщину слоя, будет иметь вид:
Таблица теплопроводности утеплителей.
H=R/λ, (2)
где, H толщина слоя, м,
R сопротивление теплопередаче, (м2*°С)/Вт,
λ коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°С).
Данная формула применительно к стене или перекрытию имеет следующие допущения:
- ограждающая конструкция имеет однородное монолитное строение,
- используемые стройматериалы имеют естественную влажность.
При проектировании необходимые нормируемые и справочные данные берутся из нормативной документации:
- СНиП23-01-99 Строительная климатология,
- СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий,
- СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий.
Теплопроводность материалов: параметры
Принято условное разделение материалов, применяемых в строительстве, на конструкционные и теплоизоляционные.
Конструкционные материалы применяются для возведения ограждающих конструкций (стен, перегородок, перекрытий). Они отличаются большими значениями теплопроводности.
Значения коэффициентов теплопроводности сведены в таблицу 1:
Таблица 1
Материал Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°С). Пенобетон (0,08 0,29) в зависимости от плотности Древесина ели и сосны (0,1 0,15) поперек волокон
0,18 вдоль волокон Керамзитобетон (0,14-0,66) в зависимости от плотности Кирпич керамический пустотелый 0,35 0,41 Кирпич красный глиняный 0,56 Кирпич силикатный 0,7 Железобетон 1,29
Подставляя в формулу (2) данные, взятые из нормативной документации, и данные из Таблицы 1, можно получить требуемую толщину стен для конкретного климатического района.
При выполнении стен только из конструкционных материалов без использования теплоизоляции их необходимая толщина (в случае использования железобетона) может достигать нескольких метров. Конструкция в этом случае получится непомерно большой и громоздкой.
Допускают возведение стен без использования дополнительного утепления, пожалуй, только пенобетон и дерево. И даже в этом случае толщина стены достигает полуметра.
Теплоизоляционные материалы имеют достаточно малые величины значения коэффициента теплопроводности.
Основной их диапазон лежит в пределах от 0,03 до 0,07 Вт/(м*°С). Наиболее распространенные материалы это экструдированный пенополистирол, минеральная вата, пенопласт, стекловата, утепляющие материалы на основе пенополиуретана. Их использование позволяет значительно снизить толщину ограждающих конструкций.
Теплопроводность при строительстве
Схема сравнения теплопроводности стен из газобетона и кирпича.
При проектировании и производстве строительных работ необходимо учитывать возможные пути теплопотерь:
- 30-40% потерь тепла приходится на поверхность стен,
- 20-30% через межэтажные перекрытия и крышу,
- около 20% потерь приходится на поверхность, занимаемую оконными и дверными проемами,
- приблизительно 10% тепла уходит из помещения через плохо утепленные полы.
Важным фактором при учете теплопроводности в строительстве является обеспечение надлежащей ветро- и пароизоляции. В наибольшей степени это справедливо для пористых утеплителей. Т.е. при ограничении доступа влаги внутрь конструкций (как извне, так и снаружи) сопротивление теплопередачи будет выше. Утеплитель будет более эффективно работать, соответственно, потребуется меньшая толщина конструкций.
В идеале стены и перекрытия должны выполняться из теплоизоляционных материалов. Однако они обладают низкой конструкционной прочностью, что ограничивает широту их применения. Возникает необходимость выполнять основные несущие конструкции из кирпича, дерева, пенобетонных блоков и т.п.
Наиболее распространенным вариантом конструкций домов, встречающимся на практике, является комбинация несущей конструкции и теплоизоляции.
Здесь можно различить:
Сравнение теплопроводности соломобетонных блоков с другими материалами.
- Каркасный вариант строительства основной каркас, обеспечивающий пространственную жесткость, выполняется из деревянных досок или брусьев. Утеплитель укладывается в межстоечное пространство. В некоторых случаях для достижения требуемых показателей по энергоэффективности осуществляется дополнительное утепление снаружи каркаса.
- Возведение стен дома из кирпича, пористых бетонных блоков, дерева утепление осуществляется по наружной поверхности. Слой утеплителя компенсирует избыточную теплопроводность основного стенового материала. С другой стороны материал основной стены несет на себе нагрузки, компенсируя малую механическую прочность утеплителя.
Аналогичные закономерности будут справедливы при возведении межэтажных перекрытий и кровельных конструкций.
Таким образом, используя комбинацию материалов с требуемыми значениями коэффициентов теплопроводности, можно получить оптимальные по свойствам и толщине ограждающие конструкции здания.
