Сравнение теплопроводности различных утеплителей

Современные утеплительные материалы имеют уникальные характеристики и применяются для решения задач определенного спектра. Большинство из них предназначены для обработки стен дома, но есть и специфичные, разработанные для обустройства дверных и оконных проемов, мест стыка кровли с несущими опорами, подвальных и чердачных помещений. Таким образом, выполняя сравнение теплоизоляционных материалов, нужно учитывать не только их эксплуатационные свойства, но и сферу применения.

Что такое теплопроводность: определение

При возведении зданий и сооружений могут использоваться разные материалы. Жилые и производственные постройки в условиях российского климата обычно утепляются. То есть, при их строительстве применяются специальные изоляторы, основным назначением которых является поддержание комфортной температуры внутри помещений. При расчете необходимого количества минеральной ваты или пенополистирола в обязательном порядке принимается во внимание теплопроводность использованного для возведения ограждающих конструкций основного материала.

Очень часто здания и сооружения в нашей стране строятся из разных видов бетона. Также для этой цели используются кирпич и дерево. Собственно самой теплопроводностью называется способность вещества к переносу энергии в своей толще в силу движения молекул. Идти подобный процесс может, как в твердых частях материала, так и в его порах. В первом случае он называется кондукцией, во втором — конвекцией. Остывание материала гораздо быстрее идет в его твердых частях. Воздух, заполняющий поры, задерживает тепло, конечно же, лучше.

Что такое теплопроводность: определение

Понятие теплопроводности

Утеплители имеют разный коэффициент теплопроводности — это главный показатель материала

Под теплопроводностью понимается передача энергии тепла от объекта к объекту до момента теплового равновесия, т.е. выравнивания температуры. В отношении частного дома важна скорость процесса – чем дольше происходит выравнивание, тем меньше остывает конструкция.

Понятие теплопроводности

В числовом виде явление выражается через коэффициент теплопроводности. Показатель наглядно выражает прохождение количества тепла за определенное время через единицу поверхности. Чем больше величина, тем быстрее утекает тепловая энергия.

Теплопередача различных материалов указывается в характеристиках изготовителя на упаковке.

Факторы, влияющие на теплопроводность

На каждую характеристику имеют влияние ряд факторов. Не исключением является и теплопроводность. Какие же факторы оказывают значительное влияние?

  1. Пористость поверхности. Неоднородность структуры, благотворно сказывается на теплопроводности. При прохождении через материалы такого рода большая часть тепловой энергии сохраняется.
  2. показатель влияет на пересечение частиц и более тесные контакты между ними. В свою очередь это увеличивает теплообменные процессы.
  3. выше данный фактор влияния — тем выше теплопроводность.

Рассмотрим подробнее каждый из популярных материалов для строительства по характеристикам

Дерево
  • Плотность, кг / м3: 500
  • Коэффициент теплопроводности, Вт / М°С: 0,14
  • Рекомендуемая толщина стены для средней полосы, м: не менее 0,5
Щелевой кирпич
  • Плотность, кг/м3: 1400-1700
  • Коэффициент теплопроводности, Вт / М°с: 0,5
  • Механопрочность, кгс / см2: 100-200
  • Влагопоглощение, % массы: 12-18
  • Морозоустойчивость, циклы: 100
  • Рекомендуемая толщина стены для средней полосы, м: не менее 1,2
Поризований блок
  • Плотность, кг/м3: 400-1000
  • Коэффициент теплопроводности, Вт/М°с: 0,18-0,28
  • Механопрочность, кгс/см2: 100-150
  • Влагопоглощение, % массы: 10-16
  • Морозоустойчивость, циклы: 100
  • Рекомендуемая толщина стены для средней полосы, м: не менее 0,6
Керамзитобетон
  • Плотность, кг / м3: 850-1800
  • Коэффициент теплопроводности, Вт / М°с: 0,4-0,8
  • Механопрочность, кгс / см2: 35-75
  • Вологопоглинання, % маси: 0
  • Морозоустойчивость, циклы: від 50
  • Рекомендуемая толщина стены для средней полосы, м: не менее 0,6
Пінобетон
  • Плотность, кг / м3: 600-1000
  • Коэффициент теплопроводности, Вт / М°с: 0,14-0,22
  • Механопрочность, кгс / см2: 15-25
  • Влагопоглощение, % массы: 10-16
  • Морозоустойчивость, циклы: від 35
  • Рекомендуемая толщина стены для средней полосы, м: не менее 1
Газобетон
  • Плотность, кг / м3: 300-600
  • Коэффициент теплопроводности, Вт / М°с: 0,08-0,14
  • Механопрочность, кгс / см2: 25-50
  • Влагопоглощение, % массы: 25
  • Морозоустойчивость, циклы: від 50
  • Рекомендуемая толщина стены для средней полосы, м: не менее 0,4
Читайте также:  Венецианка под мрамор: как создать имитацию мрамора своими руками

Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

Чтобы в доме было проще сохранять тепло зимой и прохладу летом, теплопроводность стен, пола и кровли должна быть не менее определенной цифры, которая рассчитывается для каждого региона. Состав «пирога» стен, пола и потолка, толщина материалов берутся с таким учетом чтобы суммарная цифра была не меньше  (а лучше — хоть немного больше) рекомендованной для вашего региона.

Коэффициент теплопередачи материалов современных строительных материалов для ограждающих конструкций

При выборе материалов надо учесть, что некоторые из них (не все) в условиях повышенной влажности проводят тепло гораздо лучше. Если при эксплуатации возможно возникновение такой ситуации на продолжительный срок, в расчетах используют теплопроводность для этого состояния. Коэффициенты теплопроводности основных материалов, которые используются для утепления, приведены в таблице.

Наименование материала

Коэффициент теплопроводности Вт/(м·°C)

В сухом состоянии

При нормальной влажности

При повышенной влажности

Войлок шерстяной

0,036-0,041

0,038-0,044

0,044-0,050

Каменная минеральная вата 25-50 кг/м3

0,036

0,042

0,,045

Каменная минеральная вата 40-60 кг/м3

0,035

0,041

0,044

Каменная минеральная вата 80-125 кг/м3

0,036

0,042

0,045

Каменная минеральная вата 140-175 кг/м3

0,037

0,043

0,0456

Каменная минеральная вата 180 кг/м3

0,038

0,045

0,048

Стекловата 15 кг/м3

0,046

0,049

0,055

Стекловата 17 кг/м3

0,044

0,047

0,053

Стекловата 20 кг/м3

0,04

0,043

0,048

Стекловата 30 кг/м3

0,04

0,042

0,046

Стекловата 35 кг/м3

0,039

0,041

0,046

Стекловата 45 кг/м3

0,039

0,041

0,045

Стекловата 60 кг/м3

0,038

0,040

0,045

Стекловата 75 кг/м3

0,04

0,042

0,047

Стекловата 85 кг/м3

0,044

0,046

0,050

Пенополистирол (пенопласт, ППС)

0,036-0,041

0,038-0,044

0,044-0,050

Экструдированный пенополистирол (ЭППС, XPS)

0,029

0,030

0,031

Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 600 кг/м3

0,14

0,22

0,26

Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 400 кг/м3

0,11

0,14

0,15

Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 600 кг/м3

0,15

0,28

0,34

Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 400 кг/м3

0,13

0,22

0,28

Пеностекло, крошка, 100 – 150 кг/м3

0,043-0,06

Пеностекло, крошка, 151 – 200 кг/м3

0,06-0,063

Пеностекло, крошка, 201 – 250 кг/м3

0,066-0,073

Пеностекло, крошка, 251 – 400 кг/м3

0,085-0,1

Пеноблок 100 – 120 кг/м3

0,043-0,045

Пеноблок 121- 170 кг/м3

0,05-0,062

Пеноблок 171 – 220 кг/м3

0,057-0,063

Пеноблок 221 – 270 кг/м3

0,073

Эковата

0,037-0,042

Пенополиуретан (ППУ) 40 кг/м3

0,029

0,031

0,05

Пенополиуретан (ППУ) 60 кг/м3

0,035

0,036

0,041

Пенополиуретан (ППУ) 80 кг/м3

0,041

0,042

0,04

Пенополиэтилен сшитый

0,031-0,038

Вакуум

Воздух +27°C. 1 атм

0,026

Ксенон

0,0057

Аргон

0,0177

Аэрогель (Aspen aerogels)

0,014-0,021

Шлаковата

0,05

Вермикулит

0,064-0,074

Вспененный каучук

0,033

Пробка листы 220 кг/м3

0,035

Пробка листы 260 кг/м3

0,05

Базальтовые маты, холсты

0,03-0,04

Пакля

0,05

Перлит, 200 кг/м3

0,05

Перлит вспученный, 100 кг/м3

0,06

Плиты льняные изоляционные, 250 кг/м3

0,054

Полистиролбетон, 150-500 кг/м3

0,052-0,145

Пробка гранулированная, 45 кг/м3

0,038

Пробка минеральная на битумной основе, 270-350 кг/м3

0,076-0,096

Пробковое покрытие для пола, 540 кг/м3

0,078

Пробка техническая, 50 кг/м3

0,037

Часть информации взята нормативов, которые прописывают характеристики определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП , СНиП II-3-79* (приложение 2)). Те материал, которые не прописаны в стандартах, найдены на сайтах производителей. Так как стандартов нет, у разных производителей они могут значительно отличаться, потому при покупке обращайте внимание на характеристики каждого покупаемого материала.

Теплоемкость строительных материалов

Теплоемкость материалов, таблица по которой приведена выше, зависит от плотности и коэффициента теплопроводности материала.

Теплоемкость строительных материалов

А коэффициент теплопроводности, в свою очередь, зависит от крупности и замкнутости пор. Мелкопористый материал, имеющий замкнутую систему пор, обладает большей теплоизоляцией и, соответственно, меньшей теплопроводностью, нежели крупнопористый.

Теплоемкость строительных материалов

Это очень легко проследить на примере наиболее распространенных в строительстве материалов. На рисунке, представленном ниже, показано каким образом влияет коэффициент теплопроводности и толщина материала на теплозащитные качества наружных ограждений.

Теплоемкость строительных материалов

Из рисунка видно, что строительные материалы с меньшей плотностью обладают меньшим коэффициентом теплопроводности. Однако так бывает не всегда. Например, существуют волокнистые виды теплоизоляции, для которых действует противоположная закономерность: чем меньше плотность материала, тем выше будет коэффициент теплопроводности.

Теплоемкость строительных материалов

Поэтому нельзя доверять исключительно показателю относительной плотности материала, а стоит учитывать и другие его характеристики.

Преимущества и недостатки

При выборе теплоизоляции нужно учитывать не только ее физические свойства, но и такие параметры, как легкость монтажа, потребность в дополнительном обслуживании, долговечность и стоимость.

Сравнение самых современных вариантов

Как показывает практика, проще всего осуществлять монтаж пенополиуретана и пеноизола, которые наносятся на обрабатываемую поверхность в форме пены. Эти материалы пластичны, они с легкостью заполняют полости внутри стен постройки. Недостатком вспениваемых веществ является потребность в использовании специального оборудования для их распыления.

Как показывает приведенная выше таблица, достойную конкуренцию пенополиуретану составляет экструдированный пенополистирол. Этот материал поставляются в виде твердых блоков, но с помощью обычного столярного ножа ему можно придать любую форму. Сравнивая характеристики пенных и твердых полимеров, стоит отметить, что пена не образует швов, и это является ее главным преимуществом по сравнению с блоками.

Сравнение ватных материалов

Минеральная вата по свойствам похожа на пенопласты и пенополистирол, однако при этом «дышит» и не горит. Также она обладает лучшей устойчивостью при воздействии влаги и практически не меняет свои качества в процессе эксплуатации. Если стоит выбор между твердыми полимерами и минеральной ватой, лучше отдать предпочтение последней.

У каменной ваты сравнительные характеристики те же, что и у минеральной, но стоимость выше. Эковата имеет приемлемую цену и легко монтируется, но отличается низкой прочностью на сжатие и со временем проседает. Стекловолокно также проседает и, кроме того, осыпается.

Сыпучие и органические материалы

Для теплоизоляции дома иногда применяются сыпучие материалы – перлит и гранулы из бумаги. Они отталкивают воду и устойчивы к воздействию патогенных факторов. Перлит экологичен, он не горит и не оседает. Тем не менее, сыпучие материалы редко применяются для утепления стен, лучше с их помощью обустраивать полы и перекрытия.

Из органических материалов необходимо выделить лен, древесное волокно и пробковое покрытие. Они безопасны для окружающей среды, но подвержены горению, если не пропитаны специальными веществами. Кроме того, древесное волокно подвержено воздействию биологических факторов.

В целом, если учитывать стоимость, практичность, теплопроводность и долговечность утеплителей, то наилучшие материалы для отделки стен и перекрытий – это пенополиуретан, пеноизол и минеральная вата. Остальные виды изоляции обладают специфическими свойствами, так как разработаны для нестандартных ситуаций, а применять такие утеплители рекомендуется только в том случае, если других вариантов нет.

Часть Сопротивление теплопередаче – первичный критерий определения толщины стены

Чтобы определится с толщиной стены, которая необходима для соответствия нормам энергоэффективности, рассчитывают сопротивление теплопередаче проектируемой конструкции, согласно раздела 9 «Методика проектирования тепловой защиты зданий» СП 23-101-2004.

Сопротивление теплопередаче – это свойство материала, которое показывает, насколько способен удерживать тепло данный материал. Это удельная величина, которая показывает насколько медленно теряется тепло в ваттах при прохождении теплового потока через единичный объем при перепаде температур на стенках в 1°С. Чем выше значение данного коэффициента – тем «теплее» материал.

Все стены (несветопрозрачные ограждающие конструкции) считаются на термоспротивление по формуле:

R=δ/λ (м 2 ·°С/Вт), где:

δ – толщина материала, м;

λ – удельная теплопроводность, Вт/(м ·°С) (можно взять из паспортных данных материала либо из таблиц).

Полученную величину Rобщ сравнивают с табличным значением в СП 23-101-2004.

Чтобы ориентироваться на нормативный документ необходимо выполнить расчет количества тепла, необходимого для обогрева здания. Он выполняется по СП 23-101-2004, получаемая величина «градусо·сутки». Правила рекомендуют следующие соотношения.

Таблица 1. Уровни теплозащиты рекомендуемых ограждающих конструкций наружных стен

Сопротивление теплопередаче (м 2 ·°С/Вт) / область применения (°С·сут)

Часть Сопротивление теплопередаче – первичный критерий определения толщины стены

Двухслойные с наружной теплоизоляцией

Трехслойные с изоляцией в середине

С невентили- руемой атмосферной прослойкой

С вентилируемой атмосферной прослойкой

Керамзитобетон (гибкие связи, шпонки)

Блоки из ячеистого бетона с кирпичной облицовкой

Примечание. В числителе (перед чертой) – ориентировочные значения приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены, в знаменателе (за чертой) – предельные значения градусо-суток отопительного периода, при которых может быть применена данная конструкция стены.

Полученные результаты необходимо сверить с нормами п. 5. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

Также следует учитывать климатические условия зоны, где возводится здание: для разных регионов разные требования из-за разных температурных и влажностных режимов. Т.е. толщина стены из газоблока не должна быть одинаковой для приморского района, средней полосы России и крайнего севера. В первом случае необходимо будет скорректировать теплопроводность с учетом влажности (в большую сторону: повышенная влажность снижает термосопротивление), во втором – можно оставить «как есть», в третьем – обязательно учитывать, что теплопроводность материала вырастет из-за большего перепада температур.

Как определить коэффициент теплопроводности бетона и от чего он зависит?

При выполнении мероприятий по строительству зданий или ремонту ранее возведенных построек важно надежно теплоизолировать стены строения. Для уменьшения объема тепловых потерь и снижения затрат на поддержание комфортной температуры важно ответственно подойти к выбору теплоизоляционных материалов и выполнению тепловых расчетов. Решая задачи, связанные с обеспечением энергоэффективности бетонных строений, необходимо учитывать теплопроводность бетона. Этот показатель характеризует способность проводить тепло и является одной из наиболее важных характеристик.

Как определить коэффициент теплопроводности бетона и от чего он зависит?

Теплопроводность бетонного массива

Теплопроводность твердых тел

Так как в твердых телах каждая молекула или атом находятся в определенном положении и не могут его покинуть, то передача тепла с помощью конвекции оказывается невозможной, и единственным возможным процессом является проводимость. При увеличении температуры тела кинетическая энергия составляющих его частиц увеличивается, и каждая молекула или атом начинают интенсивнее колебаться. Этот процесс приводит к их столкновению с соседними молекулами или атомами, в результате таких столкновений передается кинетическая энергия от частицы к частице до тех пор, пока все частицы тела не будут охвачены этим процессом.

Теплопроводность твердых тел

В результате описанного микроскопического механизма при нагреве одного конца металлического стержня температура через некоторое время выравнивается по всему стержню.

Тепло не передается одинаково в различных твердых материалах. Так, существуют материалы, которые обладают хорошей теплопроводностью. Они легко и быстро проводят тепло через себя. Но также существуют плохие теплопроводники или изоляторы, через которые тепло практически не проходит.

Теплопроводность ячеистого бетона легкого

Такой материал также классифицируется на две основные разновидности. Очень часто в строительстве используются бетоны на основе пористого наполнителя. В качестве последнего применяется керамзит, туф, шлак, пемза. Во второй группе легких бетонов наполнитель используется обычный. Но в процессе замеса такой материал вспенивается. В результате после созревания в нем остается много пор.

Теплопроводность бетона легкого очень низкая. Но при этом и по прочностным характеристикам такой материал тяжелому уступает. Используют легкие бетоны чаще всего для возведения разного рода жилых и хозяйственных построек, не подвергающихся серьезным нагрузкам.

Классифицируют легкие бетоны не только по способу изготовления, но и по назначению. В этом плане существуют материалы:

Теплопроводность ячеистого бетона легкого
  • теплоизоляционные (с плотностью до 800 кг/м3);
  • конструкционно-теплоизоляционные (до 1400 кг/м3);
  • конструкционные (до 1800 кг/м3).

Теплопроводность ячеистого бетона легкого разных видов представлена в таблице. Легкие бетоны: показатели теплопроводности

Вид бетона Теплоизоляционный Конструкционно-теплоизоляционный Конструкционный
Максимально допустимая теплопроводность Вт/(м°С) 0,29 0,64 Не нормируется