Таблица теплопроводности материалов: Коэффициент теплопроводности материалов таблица, формулы

Коэффициент теплопроводности материалов таблица, формулы

Термин «теплопроводность» применяется к свойствам материалов пропускать тепловую энергию от горячих участков к холодным. Теплопроводность основана на движении частиц внутри веществ и материалов. Способность передавать энергию тепла в количественном измерении – это коэффициент теплопроводности. Круговорот тепловой энергопередачи, или тепловой обмен, может проходить в любых веществах с неравнозначным размещением разных температурных участков, но коэффициент теплопроводности зависим от давления и температуры в самом материале, а также от его состояния – газообразного, жидкого или твердого. Эквивалентная теплопроводимость строительных материалов и утеплителей

Физически теплопроводность материалов равняется количеству тепла, которое перетекает через однородный предмет установленных габаритов и площади за определенный временной отрезок при установленной температурной разнице (1 К). В системе СИ единичный показатель, который имеет коэффициент теплопроводности, принято измерять в Вт/(м•К).

Как рассчитать теплопроводность по закону Фурье

В заданном тепловом режиме плотность потока при передаче тепла прямо пропорциональна вектору максимального увеличения температуры, параметры которой изменяются от одного участка к другим, и по модулю с одинаковой скоростью увеличения температуры по направлению вектора:

q ^→ = − ϰ х grad х (T), где:

• q ^→ – направление плотности предмета, передающего тепло, или объем теплового потока, который протекает по участку за заданную временную единицу через определенную площадь, перпендикулярный всем осям;
• ϰ – удельный коэффициент теплопроводности материала;
• T – температура материала.

Знак «-» в формуле перед «ϰ» указывает, что тепло движется в противоположном направлении от вектора grad х (T)/ – в направлении уменьшения температуры предмета. Эта формула отражает закон Фурье. В интегральном выражении коэффициент теплопередачи согласно закону Фурье будет выглядеть как формула:

• P = − ϰ х S х ΔT / l, выражается в (Вт/(м•К) х (м²•К) / м = Вт/(м•К) х (м•К) = Вт), где:
• P ­– общая мощность потерь теплоотдачи;
• S – сечение предмета;
• ΔT – разница температуры по стыкам сторон предмета;
• l – расстояние между стыками сторон предмета – длина фигуры.

Электропроводность и коэффициент теплопередачи

Собственно, коэффициент теплопроводности металлов «ϰ» связан с их удельной электропроводимостью «σ» согласно закону Видемана-Франца, в соответствии с которым коэффициент теплопроводности металлов зависит от удельной электропроводимости прямо пропорционально температуре:

Κ / σ = π² / 3 х (К / e)² х T, где:

• К – постоянный коэффициент Больцмана, устанавливающий закономерность между тепловой энергией тела и его температурой;
• e – заряд электрона;
• T – термодинамическая температура предмета.

Коэффициент теплопроводности газовой среды

В газовой среде коэффициент теплопроводности воздуха может рассчитываться по приблизительной формуле:

ϰ ~ 1/3 х p х c_v х Λλ х v^–, где:

• p_v – плотность газовой среды;
• c_v – удельная емкость тепловой энергии при одном и том же объеме тела;
• Λλ – расстояние свободного перемещения молекул в газовой среде;
• v^– – скорость передачи тепла.

Или:

ϰ = I x К / 3 x π^3/3 x d² √ RT / μ, где:

• i – результат суммирования уровней свободы прямого движения и вращения молекул в газовой среде (для 2-атомных газов i=5, для 1-атомных i=3;
• К – коэффициент Больцмана;
• μ – отношение массы газа к количеству молей газа;
• T – термодинамическая температура;
• d – ⌀ молекул газа;
• R – универсальный коэффициент для газовой среды.

Согласно формуле минимальная теплопроводность материалов существует у тяжелых инертных газов, максимально эффективная теплопроводность строительных материалов – у легких.

Теплопроводимость в газовой разреженной среде

Результат по выкладкам выше, по которым делают расчет теплопроводности для газовой среды, от давления не зависит. Но в очень разреженной газовой среде расстояние свободного перемещения молекул зависит не от столкновений частиц, а от препятствий в виде стен резервуара. При этом ограничение перемещения молекул в соответствующих единицах измерения называют высоковакуумной средой, при которой степень теплообмена уменьшается в зависимости от плотности материала и прямо пропорциональна значению давления в резервуаре:

ϰ ~ 1/3 х p х c_v х l х v^–, где:

i – объем резервуара;

Р – уровень давления в резервуаре.

Согласно этой формуле теплопроводность в вакуумной среде стремится к нулевой отметке при глубоком вакууме. Это объясняется тем, что в вакууме частицы, которые передают тепловую энергию, имеют низкую плотность на единицу площади. Но тепловая энергия в вакуумной среде перетекает посредством излучения. В качестве примера можно привести обычный термос, в котором для уменьшения потерь тепловой энергии стенки должны быть двойными и посеребренными, без воздуха между ними.

При применении закона Фурье не принимают во внимание инерционность перетекания тепловой энергии, а это значит, что имеется в виду мгновенная передача тепла из любой точки на любое расстояние. Поэтому формулу нельзя использовать для расчетов передачи тепла при протекании процессов, имеющих высокую частоту повторения. Это ультразвуковое излучение, передача тепловой энергии волнами ударного или импульсного типа и т.д. Существует решение по закону Фурье с релаксационным членом:

τ х ∂_q / ∂_t = − (q + ϰ х ∇T) .

Если ре­лак­са­ция τ мгновенная, то формула превращается в закон Фурье.

Ориентировочная таблица теплопроводности материалов:

Приведенная таблица теплопроводности учитывает теплопередачу посредством теплового излучения и теплообмена частиц. Так как вакуум не передает тепло, то оно перетекает при помощи солнечного излучения или другого типа генерации тепла.  В газовой или жидкой среде слои с разной температурой смешиваются искусственно или естественным способом.

Проводя расчет теплопроводности стены, необходимо принимать во внимание, что теплопередача сквозь стеновые поверхности меняется от того, что температура в здании и на улице всегда разная, и зависит от площади всех поверхностей дома и от теплопроводности стройматериалов.

Чтобы количественно оценить теплопроводность, ввели такое значение, как коэффициент теплопроводности материалов. Он показывает, как тот или иной материал способен передавать тепло. Чем выше это значение, например, коэффициент теплопроводности стали, тем эффективнее сталь будет проводить тепло.

• При утеплении дома из древесины рекомендуется выбирать стройматериалы с низким коэффициентом.
• Если стена кирпичная, то при значении коэффициента 0,67 Вт/(м2•К) и толщине стены 1 м при ее площади 1 м² при разнице наружной и внутридомовой температуры 1⁰С кирпич будет пропускать 0,67 Вт энергии. При разнице температур 10⁰С кирпич будет пропускать 6,7 Вт и т.д.

Стандартное значение коэффициента теплопроводимости теплоизоляции и других строительных материалов верно для толщины стены 1 м. Чтобы провести расчет теплопроводности поверхности другой толщины, следует коэффициент поделить на выбранное значение толщины стены (метры). Ориентировочные показатели коэффициентов теплопроводимости

В СНиП и при проведении расчетов фигурирует термин «тепловое сопротивление материала», он означает обратную теплопроводность. То есть при теплопроводности листа пенопласта 10 см и его теплопроводности 0,35 Вт/(м²•К) тепловое сопротивление листа – 1 / 0,35 Вт/(м²•К) = 2,85 (м²•К)/Вт.

Ниже – таблица теплопроводности для востребованных строительных материалов и теплоизоляторов:

Кроме того, необходимо учитывать теплопроводность утеплителей из-за их струйных тепловых потоков. В плотной среде возможно «переливание» квазичастиц из одного нагретого стройматериала в другой, более холодный или более теплый, через поры субмикронных размеров, что помогает распространять звук и тепло, даже если в этих порах  будет абсолютный вакуум.

Теплопроводность материалов. Таблица | Строительство и ремонт своими руками

Материал	Плотность (для сыпучих – насыпная плотность), кг/м3	Коэффициент теплопроводности, Вт/ (м*К)
Алюминий	2600-2700	203,5-221 растет с ростом плотности
Асбест	600	0,151
Асфальтобетон	2100	1,05
АЦП асбесто-цементные плиты	1800	0,35
Бетон см. также Железобетон	2300-2400	1,28-1,51 растет с ростом плотности
Битум	1400	0,27
Бронза	8000	64
Винипласт	1380	0,163
Вода при температурах выше 0 градусов С	~1000	~0,6
Войлок шерстяной	300	0,047
Гипсокартон	800	0,15
Гранит	2800	3,49
Дерево, дуб — вдоль волокон	700	0,23
Дерево, дуб — поперек волокон	700	0,1
Дерево, сосна или ель — вдоль волокон	500	0,18
Дерево, сосна или ель — поперек волокон	500	0,10—0,15 растет с ростом плотности и влажности
ДСП, ОСП; древесно- или ориентированно-стружечная плита	1000	0,15
Железобетон	2500	1,69
Картон облицовочный	1000	0,18
Керамзит	200	0,1
Керамзит	800	0,18
Керамзитобетон	1800	0,66
Керамзитобетон	500	0,14
Кирпич керамический пустотелый (брутто1000)	1200	0,35
Кирпич керамический пустотелый (брутто1400)	1600	0,41
Кирпич красный глиняный	1800	0,56
Кирпич, силикатный	1800	0,7
Кладка из изоляционного кирпича	600	0,116—0,209 растет с ростом плотности
Кладка из обыкновенного кирпича	600–1700	0,384—0,698—0,814 растет с ростом плотности
Кладка из огнеупорного кирпича	1840	1,05 (при 800—1100°С)
Краска масляная	—	0,233
Латунь	8500	93
Лед при температурах ниже 0 градусов С	920	2,33
Линолеум	1600	0,33
Литье каменное	3000	0,698
Магнезия 85% в порошке	216	0,07
Медь	8500-8800	384-407 растет с ростом плотности
Минвата	100	0,056
Минвата	50	0,048
Минвата	200	0,07
Мрамор	2800	2,91
Накипь, водяной камень	—	1,163—3,49 растет с ростом плотности
Опилки древесные	230	0,070—0,093 растет с ростом плотности и влажности
Пакля сухая	150	0,05
Пенобетон	1000	0,29
Пенобетон	300	0,08
Пенопласт	30	0,047
Пенопласт ПВХ	125	0,052
Пенополистирол	100	0,041
Пенополистирол	150	0,05
Пенополистирол	40	0,038
Пенополистирол экструдированый	33	0,031
Пенополиуретан	32	0,023
Пенополиуретан	40	0,029
Пенополиуретан	60	0,035
Пенополиуретан	80	0,041
Пеностекло	400	0,11
Пеностекло	200	0,07
Песок сухой	1600	0,35
Песок влажный	1900	0,814
Полимочевина	1100	0,21
Полиуретановая мастика	1400	0,25
Полиэтилен	1500	0,3
Пробковая мелочь	160	0,047
Ржавчина (окалина)	—	1,16
Рубероид, пергамин	600	0,17
Свинец	11400	34,9
Совелит	450	0,098
Сталь	7850	58
Сталь нержавеющая	7900	17,5
Стекло оконное	2500	0,698—0,814
Стеклянная вата (стекловата)	200	0,035—0,070 растет с ростом плотности
Текстолит	1380	0,244
Торфоплиты	220	0,064
Фанера клееная	600	0,12
Фаолит	1730	0,419
Чугун	7500	46,5—93,0
Шлаковая вата	250	0,076
Эмаль	2350	0,872—1,163

Коэффициент теплопроводности металлов (Таблица)

Теплопроводность многих металлов следует соотношению k = 2,5·10^-8σT, где Т обозначает температуру в °К, а σ — электропроводность в единицах (ом·см)^-1. Это соотно­шение, которое лучше всего оправдывается для хороших проводников электричества и при высоких температурах, можно применять и для определения коэффициентов тепло­проводности.

Соотношение kpc_p=const, где р обозначает плотность, а с_р — удельную теплоем­кость при постоянном давлении, было предложено Стормом для того, чтобы объяснить температурные изменения этих величин для некоторых металлов и сплавов.

Таблица коэффициент теплопроводности металлов

Элементы с металлической электропроводностью (числа, набранные курсивом, относятся к жидкой фазе)

Таблица коэффициент теплопроводности полупроводники и изоляторы

что это такое + таблица значений

Строительное дело предусматривает использование любых подходящих материалов. Главные критерии – безопасность для жизни и здоровья, тепловая проводимость, надёжность. Далее следуют, цена, свойства эстетичности, универсальность применения и т.д.

Рассмотрим одну из важнейших характеристик стройматериалов – коэффициент теплопроводности, так как именно от этого свойства во многом зависит, к примеру, уровень комфорта в доме.

Содержание статьи:

Что такое КТП строительного материала?

Теоретически, да и практически тоже, строительными материалами, как правило, создаются две поверхности – наружная и внутренняя. С точки зрения физики, теплая область всегда стремится к холодной области.

Применительно к стройматериалу, тепло будет стремиться от одной поверхности (более теплой) к другой поверхности (менее теплой). Вот, собственно, способность материала относительно такого перехода и называется – коэффициентом теплопроводности или в аббревиатуре – КТП.

Схема, поясняющая эффект теплопроводности: 1 – тепловая энергия; 2 – коэффициент теплопроводности; 3 – температура первой поверхности; 4 – температура второй поверхности; 5 – толщина стройматериала

Характеристика КТП обычно строится на основе испытаний, когда берётся экспериментальный экземпляр размерами 100х100 см и к нему применяется тепловое воздействие с учётом разницы температур двух поверхностей в 1 градус. Время воздействия 1 час.

Соответственно, измеряется теплопроводность в Ваттах на метр на градус (Вт/м°C). Коэффициент обозначается греческим символом λ.

По умолчанию, теплопроводность различных материалов для строительства со значением меньше 0,175 Вт/м°C, приравнивает эти материалы к разряду изоляционных.

Современным производством освоены технологии изготовления стройматериалов, уровень КТП которых составляет меньше 0,05 Вт/м°C. Благодаря таким изделиям, удается достичь выраженного экономического эффекта в плане потребления энергетических ресурсов.

Влияние факторов на уровень теплопроводности

Каждый отдельно взятый стройматериал имеет определенное строение и обладает своеобразным физическим состоянием.

Основой этого являются:

• размерность кристаллов структуры;
• фазовое состояние вещества;
• степень кристаллизации;
• анизотропия теплопроводности кристаллов;
• объем пористости и структуры;
• направление теплового потока.

Все это – факторы влияния. Определенное влияние на уровень КТП также оказывает химический состав и примеси. Количество примесей, как показала практика, оказывает особенно выразительное влияние на уровень теплопроводности кристаллических компонентов.

Изоляционные стройматериалы – класс продуктов под строительство, созданных с учётом свойств КТП, приближенных к оптимальным свойствам. Однако достичь идеальной теплопроводности при сохранении других качеств, крайне сложно

В свою очередь влияние на КТП оказывают условия эксплуатации стройматериала – температура, давление, уровень влажности и др.

Стройматериалы с минимальным КТП

Согласно исследованиям, минимальным значением теплопроводности (около 0,023 Вт/м°C) обладает сухой воздух.

С точки зрения применения сухого воздуха в структуре строительного материала, необходима конструкция, где сухой воздух пребывает внутри замкнутых многочисленных пространств небольшого объёма. Конструктивно такая конфигурация представлена в образе многочисленных пор внутри структуры.

Отсюда логичный вывод: малым уровнем КТП должен обладать стройматериал, внутренняя структура которого представляет собой пористое образование.

Причём, в зависимости от максимально допустимой пористости материала, значение теплопроводности приближается к значению КТП сухого воздуха.

Созданию строительного материала с минимальной теплопроводностью способствует пористая структура. Чем больше содержится пор разного объема в структуре материала, тем лучший КТП допустимо получить

В современном производстве применяются несколько технологий для получения пористости строительного материала.

В частности, используются технологии:

• пенообразования;
• газообразования;
• водозатворения;
• вспучивания;
• внедрения добавок;
• создания волоконных каркасов.

Следует отметить: коэффициент теплопроводности напрямую связан с такими свойствами, как плотность, теплоемкость, температурная проводимость.

Значение теплопроводности может быть рассчитано по формуле:

λ = Q / S *(T₁-T₂)*t,

Где:

• Q – количество тепла;
• S – толщина материала;
• T₁, T₂ – температура с двух сторон материала;
• t – время.

Средняя величина плотности и теплопроводности обратно пропорциональна величине пористости. Поэтому, исходя из плотности структуры стройматериала, зависимость от нее теплопроводности можно рассчитать так:

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d² – 0,16,

Где: d – значение плотности. Это формула В.П. Некрасова, демонстрирующая влияние плотности конкретного материала на значение его КТП.

Влияние влаги на теплопроводность стройматериала

Опять же судя по примерам использования стройматериалов на практике, выясняется негативное влияние влаги на КТП стройматериала. Замечено – чем большему увлажнению подвергается стройматериал, тем более высоким становится значение КТП.

Различными способами стремятся защитить от воздействия влаги материал, используемый в строительстве. Эта мера вполне оправдана, учитывая повышение коэффициента для мокрого стройматериала

Обосновать такой момент несложно. Воздействие влаги на структуру строительного материала сопровождается увлажнением воздуха в порах и частичным замещением воздушной среды.

Учитывая, что параметр коэффициента теплопроводности для воды составляет 0,58 Вт/м°C, становится понятным существенное повышение КТП материала.

Следует также отметить более негативный эффект, когда вода, попадающая в пористую структуру, дополнительно замораживается – превращается в лёд.

Соответственно, несложно просчитать ещё большее увеличение теплопроводности, принимая во внимание параметры КТП льда, равного значению 2,3 Вт/м°C. Прирост примерно в четыре раза к параметру теплопроводности воды.

Одной из причин отказа от зимнего строительства в пользу стройки летом следует считать именно фактор возможного подмораживания некоторых видов стройматериалов и как следствие – повышения теплопроводности

Отсюда становятся очевидными строительные требования относительно защиты изоляционных стройматериалов от попадания влаги. Ведь уровень теплопроводности растёт в прямой пропорциональности от количественной влажности.

Не менее значимым видится и другой момент – обратный, когда структура строительного материала подвергается существенному нагреву. Чрезмерно высокая температура также провоцирует рост теплопроводности.

Происходит такое по причине повышения кинематической энергии молекул, составляющих структурную основу стройматериала.

Правда, существует класс материалов, структура которых, напротив, приобретает лучшие свойства теплопроводности в режиме сильного нагрева. Одним из таких материалов является металл.

Если под сильным нагревом большая часть широко распространенных стройматериалов изменяет теплопроводность в сторону увеличения, сильный нагрев металла приводит к обратному эффекту – КТП металла понижается

Методы определения коэффициента

Используются разные методики в этом направлении, но по факту все технологии измерения объединены двумя группами методов:

1. Режим стационарных измерений.
2. Режим нестационарных измерений.

Стационарная методика подразумевает работу с параметрами, неизменными с течением времени или изменяющимися в незначительной степени. Эта технология, судя по практическим применениям, позволяет рассчитывать на более точные результаты КТП.

Действия, направленные на измерения теплопроводности, стационарный способ допускает проводить в широком температурном диапазоне – 20 – 700 °C. Но вместе с тем, стационарная технология считается трудоёмкой и сложной методикой, требующей большого количества времени на исполнение.

Пример аппарата, предназначенного под выполнение измерений коэффициента теплопроводности. Это одна из современных цифровых конструкций, обеспечивающая получение быстрого и точного результата

Другая технология измерений – нестационарная, видится более упрощенной, требующей для исполнения работ от 10 до 30 минут. Однако в этом случае существенно ограничен диапазон температур. Тем не менее, методика нашла широкое применение в условиях производственного сектора.

Таблица теплопроводности стройматериалов

Подвергать измерениям многие существующие и широко используемые стройматериалы не имеет смысла.

Все эти продукты, как правило, испытаны неоднократно, на основании чего составлена таблица теплопроводности строительных материалов, куда входят практически все нужные на стройке материалы.

Один из вариантов такой таблицы представлен ниже, где КТП – коэффициент теплопроводности:

Рекомендуем также прочесть и другие наши статьи, где мы рассказываем о том как правильно выбирать утеплитель:

Выводы и полезное видео по теме

Видеоролик тематически направленный, где достаточно подробно разъясняется – что такое КТП и «с чем его едят». Ознакомившись с материалом, представленным в ролике, появляются высокие шансы стать профессиональным строителем.

Очевидный момент – потенциальному строителю обязательно необходимо знать о теплопроводности и ее зависимости от различных факторов. Эти знания помогут строить не просто качественно, но с высокой степенью надежности и долговечности объекта. Использование коэффициента по существу – это реальная экономия денег, допустим, на оплате за те же коммунальные услуги.

Если у вас появились вопросы или есть ценная информация  по теме статьи, пожалуйста, оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.

Описание теплопроводности различных строительных материалов и таблица коэффициентов теплопроводности

Строительство частного дома – очень непростой процесс от начала и до конца. Одним из основных вопросов данного процесса является выбор строительного сырья. Этот выбор должен быть очень грамотным и обдуманным, ведь от него зависит большая часть жизни в новом доме. Особняком в этом выборе стоит такое понятие, как теплопроводность материалов. От неё будет зависеть, насколько в доме будет тепло и комфортно.

Теплопроводность – это способность физических тел (и веществ, из которых они изготовлены) передавать тепловую энергию. Объясняя более простым языком, это перенос энергии от тёплого места к холодному. У некоторых веществ такой перенос будет происходить быстро (например, у большинства металлов), а у некоторых, наоборот – очень медленно (резина).

Если говорить ещё более понятно, то в некоторых случаях, материалы, имея толщину в несколько метров, будут проводить тепло гораздо лучше, чем другие материалы, с толщиной в несколько десятков сантиметров. Например, несколько сантиметров гипсокартона смогут заменить внушительную стену из кирпича.

Основываясь на этих знаниях, можно предположить, что наиболее правильным будет выбор материалов с низкими значениями этой величины, чтобы дом быстро не остывал. Для наглядности, обозначим процентное соотношение потерь тепла в разных участках дома:

• Крыша. На крышу приходится основной процент отдачи тепла. Обычно он составляет 20-30%. Поэтому следует озаботиться качественно и долговечной теплоизоляцией крыши.
• Стены. В данном случае потери составляют примерно 10-15 процентов.
• Окна. В данном случае тепловые потери зависят от типа окон. В случае обычных стеклянных окон в деревянных рамах, такие потери могут составлять 10-15 процентов. Для пластиковых окон эти значения гораздо ниже.
• Дверь. Тут всё так же зависит от типа двери, но чаще всего, процент не очень большой.

От чего зависит теплопроводность?

[rek_custom1]

Значения данной величины могут зависеть от нескольких факторов. Например, коэффициент теплопроводности, о котором мы поговорим отдельно, влажность строительного сырья, плотность и так далее.

• Материалы, имеющие высокие показатели плотности, имеют, в свою очередь, и высокую способность к теплоотдаче, за счёт плотного скопления молекул внутри вещества. Пористые материалы, наоборот, будут нагреваться и остывать медленнее.
• На теплопередачу оказывает влияние и влажность материалов. Если материалы промокнут, то их теплоотдача возрастёт.
• Также, сильно влияет на этот показатель структура материала. Например, дерево с поперечными и продольными волокнами будет иметь разные значения теплопроводности.
• Показатель изменяется и при изменениях таких параметров, как давление и температура. С ростом температуры он увеличивается, а с ростом давления, наоборот – уменьшается.

Коэффициент теплопроводности

[rek_custom2]

Для количественной оценки такого параметра, используются специальные коэффициенты теплопроводности, строго задекларированные в СНИП. Например, коэффициент теплопроводности бетона равен 0,15-1,75 ВТ/(м*С) в зависимости от типа бетона. Где С – градусы Цельсия. На данный момент расчёт коэффициентов есть практически для всех существующих типов строительного сырья, применяющихся при строительстве. Коэффициенты теплопроводности строительных материалов очень важны в любых архитектурно-строительных работах.

Для удобного подбора материалов и их сравнения, используются специальные таблицы коэффициентов теплопроводности, разработанные по нормам СНИП(строительные нормы и правила). Теплопроводность строительных материалов, таблица на которых будет приведена ниже, очень важна при строительстве любых объектов.

• Древесные материалы. Для некоторых материалов параметры будут приведены как вдоль волокон(Индекс 1, так и поперёк – индекс 2)

• Различные типы бетона.

• Различные виды строительного и декоративного кирпича.

Расчёт толщины утеплителя

[rek_custom3]

Из вышеприведённых таблиц мы видим, насколько могут отличаться коэффициенты проводимости тепла у разных материалов. Для расчёта теплосопротивления будущей стены, существует нехитрая формула, которая связывает толщину утеплителя и коэффициент его теплопроводности.

R = p / k , где R -показатель теплосопротивления, p -толщина слоя, k – коэффициент.

Из этой формулы несложно выделить и формулу расчёта толщины слоя утеплителя для требуемого теплосопротивления. P = R * k . Значение теплосопротивление разное для каждого региона. Для этих значений тоже существует специальная таблица, где их и можно посмотреть при расчёте толщины утеплителя.

Теперь приведём примеры некоторых наиболее популярных утеплителей и их технических характеристик.

1. Гипсокартон. Гиспокартон является очень популярным строительным материалом и часто применяется для утепления стен изнутри. Имеет плотность от 500 до 900 кг/м^3, коэффициент теплопроводности от 0,12 до 0,2 Вт/кг*С в зависимости от разновидности гипсокартона.
2. Стекловата. Довольно популярный утеплитель. Сейчас применяется значительно реже, чем раньше. Плотность стекловаты 15-45 кг / м³ а коэффициент – 0,38-0,46 Вт / кг*С 1.
3. Существует ещё большое количество различных утеплителей для дома, как применяемых, так и не очень. При выборе нужно иметь в виду свои экономические возможности и результаты расчёта по вышеприведённым формулам.

сравнение строительных материалов по толщине, характеристики

В выборе строительных материалов с лучшими характеристиками поможет таблица теплопроводности материалов и утеплителейСбережение тепла в доме – особая функция строительства и обустройства жилища. Но какие материалы самые современные, качественные, при этом доступные и несложные в монтаже? Нельзя ответить однозначно на этот вопрос, но приведенные ниже сравнительные характеристики помогут разобраться в этом вопросе.

Описание и сравнение утеплителей

Сегодня потребитель может выбрать материал, свойства которого удовлетворяют его запросы в той или иной степени. От того, какой выбор вы делаете, зависит и монтаж утеплителя – справитесь ли вы с ним сами, или придется вызывать специалистов. Структура и текстура материалов имеет значение.

Основываясь на этом критерии можно выделить:

• Плиты – представляют собой стройматериал разной плотности и толщины, который изготовлен с помощью склеивания и прессования;
• Пеноблоки – сделаны из бетона, с включением специальных добавок, пористой структура получается вследствие химической реакции;
• Вата – реализуется в рулонах, имеет волокнистую структуру;
• Крошка или гранулы – сыпучий уплотнитель включает пеновещества различной фракции.

Свойства, стоимость и функционал материала – вот на что обращается внимание. Обычно на материале указывается, для какой именно поверхности он предназначен. Сырье для утеплителя может быть разным, а целом же оно бывает органическим и неорганическим.

Органические утеплители делают на основе торфа, древесины и камыша. Неорганические утеплители – это минералы, вспененный бетон, вещества с содержанием асбеста и т.д. Стоит научиться оценивать и понимать свойства различных веществ.

Свойства утеплителей: теплопроводность и т.д.

Насколько тот или иной материал эффективен, зависит от трех основных характеристик – плотность, гигроскопичность, теплопроводность. Теплопроводность – это, пожалуй, основной показатель качества материала. Исчисляется это свойство в ваттах на один метр квадратный. На данный показатель немало влияет и такой параметр, как впитывание влаги.

В таблице представлены основные свойства строительных материалов

Плотность – чем выше она у пористого материала, тем более эффективно удерживается тепло внутри здания. Обычно этот показатель определяющий, если вы ищите утеплитель для стен, крыши или же этажного перекрытия. Гигроскопичностью называется устойчивость к влиянию влаги. Те же цокольные перекрытия нужно укреплять материалами с очень низкой гигроскопичностью. Таковым будет, к примеру, пластиформ.

Таблица сравнения утеплителей

Чтобы показать наглядно и схематично, какой утеплитель, образно говоря, чего стоит, сравнить, проще изобразить это в таблице. Здесь представлены самые популярные утеплители. Оцениваются они по таким категориям, как вышеуказанные теплопроводность, гигроскопичность и плотность.

Своеобразным лидеров в рейтинге утеплительных материалов можно считать пенопласт. Здесь конкурентной будет также доступность и вполне себе недорогая цена. Но некорректным будет советовать что-то одно, не зная ситуации, области утепления, финансовых возможностей, объема работы и т.д.

По толщине: сравнение теплопроводности строительных материалов

Есть много таблиц, где упоминается такой важный показатель, как толщина утеплителя. Действительно, от этого многое зависит, ведь толщина этого слоя тоже «съедает» пространство и влияет на результат. В данном материале можно отталкиваться от того, какой толщины в сантиметрах будет минимальный слой того или иного утеплителя.

Минимальный слой (толщина) утеплителя:

• Пластиформ – 2 см;
• Пенофол – 5 см;
• Пенопласт и пенополистирол – 10 см;
• Пеностекло – 10-15 см;
• Минвата – 15 см;
• Базальтовое волокно – 15 см;
• Пеноплекс и керамзит – 20 см;
• Ячеистый бетон – от 20 до 40 см.

Конечно, важно, для чего именно вам нужен утеплитель. Например, керамзитом можно утеплять только полы и перекрытия между этажами. Также помните о том, что редкий утеплитель обойдется без гидро- и пароизоляции.

Нюансы применения утеплителей

Есть некоторые полезные рекомендации, которые можно учитывать при выборе утеплителя и последующем монтаже. Например, для пола и потолка, то есть горизонтальных поверхностей, вы можете использовать буквально любой материал. Но следует применять дополнительный слой, обладающий высокой механической прочностью – это обязательное условие.

Сравнительная таблица теплопроводности утеплителей

Если говорить о цокольных перекрытиях, то их утеплять нужно стройматериалами низкой гигроскопичности. Обязательно учитывается и повышенная влажность. Если этого не сделать, что утеплитель под действием влаги может частично и полностью утратить свои свойства.

 Ну а для стен (вертикальных поверхностей) нужно использовать материалы в виде плит или листов. Если вы выберите рулонный материал или насыпной, то со временем материалы однозначно станут проседать. Значит, способ крепежа должен быть безукоризненный. А это уже отдельная тема.

Сравнительная таблица теплопроводности материалов и утеплителей (видео)

Выбирая утеплитель, приходится прислушиваться к советам знакомых, читать отзывы, консультироваться с продавцом. Хорошо идти в магазин, зная хотя бы главную информацию о том или ином утеплителе, его свойства и возможности.

Удачного выбора!

Добавить комментарий

Тепловые свойства металлов, проводимость, тепловое расширение, удельная теплоемкость

Проектирование и проектирование теплообмена Металлы и материалы Обзор теплопроводности, теплообмена Металлы в целом обладают высокой электропроводностью, высокой теплопроводностью и высокой плотностью. Обычно они податливы и пластичны, деформируются под действием напряжения без сколов. С точки зрения оптических свойств металлы блестящие и блестящие.Листы металла толщиной более нескольких микрометров кажутся непрозрачными, но сусальное золото пропускает зеленый свет. Хотя большинство металлов имеют более высокие плотности, чем большинство неметаллов, их плотности сильно различаются: литий является наименее плотным твердым элементом, а осмий — наиболее плотным. Щелочные и щелочно-земельные металлы в группах I A и II A называются легкими металлами, поскольку они имеют низкую плотность, низкую твердость и низкие температуры плавления. Высокая плотность большинства металлов обусловлена ​​плотноупакованной кристаллической решеткой металлической структуры.Прочность металлических связей для различных металлов достигает максимума вокруг центра ряда переходных металлов, поскольку эти элементы имеют большое количество делокализованных электронов в металлических связях с сильной связью. Однако другие факторы (такие как радиус атома, заряд ядра, количество орбиталей связей, перекрытие орбитальных энергий и форма кристалла) также участвуют. См. Формулы преобразования внизу: Материал Теплопроводность БТЕ / (ч-фут-фут) Плотность (фунт / дюйм 3 ) Удельная теплоемкость (БТЕ / фунт / фут) Точка плавления (F) Скрытая теплота плавления (БТЕ / фунт) Тепловое расширение (дюйм / дюйм / фут x 10 -6 ) Алюминий 136 0. 098 0,24 1220 169 13,1 Сурьма 120 – – – – – Латунь (желтый) 69. 33 0,306 0,096 1724 – 11,2 Кадмий – – – – – – Медь 231 0. 322 0,095 1976 91,1 9,8 Золото 183 0,698 0.032 1945 29 7,9 Инколой 800 – 0,29 0,13 2500 – 7. 9 Инконель 600 – 0,304 0,126 2500 – 5,8 Чугун, литье 46.33 0,26 0,12 2150 – 6 Свинец, цельный 20,39 0,41 0.032 621 11,3 16,4 Свинец, жидкость – 0,387 0,037 – – – Магний – 0.063 0,27 1202 160 14 Молибден – 0,369 0.071 4750 126 2,9 Монель 400 – 0,319 0,11 2400 – 6.4 Никель 52,4 0,321 0,12 2642 133 5,8 Нихром (80% NI-20% Cr) – 0.302 0,11 2550 – 7,3 Платина 41,36 0,775 0,035 3225 49 4.9 Серебро 247,87 0,379 0,057 1760 38 10,8 Припой (50% Pb-50% Sn) – 0.323 0,051 361 17 13,1 Сталь, мягкая 26,0 — 37,5 0,284 0.122 2570 – 6,7 Сталь, нержавеющая 304 8,09 0,286 0,120 2550 – 9.6 Сталь, нержавеющая 430 8,11 0,275 0,110 2650 – 6 Тантал – 0.6 0,035 5425 – 3,6 Олово твердое 38,48 0,263 0,065 450 26.1 13 Олово жидкое – 0,253 0,052 – – – Титан 99.0% 12,65 0,164 0,13 3035 – 4,7 Вольфрам 100,53 0.697 0,04 6170 79 2,5 Тип металл (85% Pb-15% Сб) – 0,387 0.04 500 14 + — – цинк 67.023 0,258 0,096 786 43.3 22,1 цирконий 145 0,234 0,067 3350 108 3.2 Термические свойства металлов Материал Электропроводность Вт / м-C Плотность кг / м 3 Удельная теплоемкость Дж / кг- ° C Алюминий, 2024, Temper-T351 143.0 2,8 x 10 3 795,0 Алюминий, 2024, Temper-T4 121,0 2,8 x 10 3 795,0 Алюминий, 5052, Temper-h42 138,0 2,68 x 10 3 963,0 Алюминий, 5052, Temper-O 144,0 2.69 х 10 3 963,0 Алюминий, 6061, Temper-O 180,0 2,71 х 10 3 1,256 x 10 3 Алюминий, 6061, Temper-T4 154,0 2,71 х 10 3 1,256 x 10 3 Алюминий, 6061, Temper-T6 167.0 2,71 х 10 3 1,256 x 10 3 Алюминий 7075, Temper-T6 130,0 2,8 x 10 3 1,047 x 10 3 Алюминий, A356, Temper-T6 128,0 2,76 x 10 3 900,0 Алюминий чистый 220.0 2,707 x 10 3 896,0 Бериллий чистый 175,0 1,85 x 10 3 1.885 x 10 3 Латунь, красная, 85% Cu-15% Zn 151,0 8,8 x 10 3 380,0 Латунь, желтая, 65% Cu-35% Zn 119,0 8.8 х 10 3 380,0 Медь, сплав, 11000 388,0 8,933 x 10 3 385,0 Медь, алюминиевая бронза, 95% Cu-5% Al 83,0 8,666 x 10 3 410,0

list_of_thermal_conductivities

Скрытая система хранения тепловой энергии

1.Введение

Технология аккумулирования тепловой энергии привлекает огромное внимание в течение последних двух десятилетий. Как правило, методы хранения тепловой энергии используют скрытое тепло, явное тепло и термохимические процессы. Среди вышеупомянутых трех типов накопитель тепловой энергии скрытой теплоты, в котором используется материал с фазовым переходом, заслуживает похвалы благодаря своим выгодным характеристикам, таким как высокая плотность накопления и почти изотермические рабочие характеристики во время процесса фазового перехода [1, 2, 3, 4, 5] .Следовательно, он обладает разнообразными приложениями в областях использования солнечной энергии, рекуперации отработанного тепла, а также активного и пассивного охлаждения электронных устройств. Среди исследованных ПКМ парафин считается наиболее многообещающим материалом с фазовым переходом из-за его желательных характеристик, таких как большая скрытая теплота, минимальное изменение объема, химическая стабильность, отсутствие фазовой сегрегации, нетоксичность и коммерческая доступность при низкой стоимости [6]. Несмотря на эти желательные свойства парафинового воска, низкая теплопроводность (0.21–0,24 Вт / м · К) является его основным недостатком. Для увеличения теплопроводности ПКМ использовались различные подходы, такие как диспергирование материалов с высокой теплопроводностью в ПКМ, заключение ПКМ в оребренные трубы и пропитка пористых материалов, таких как углерод и металлическая пена [7]. Диспергирование наночастиц в парафине может улучшить теплопроводность, тем самым значительно улучшив характеристики аккумулирования тепловой энергии. Zeng et al. [8] исследовали влияние медных нанопроволок (Cu ННК), диспергированных в тетрадеканоле (TD).Теплопроводность композитного ПКМ улучшилась в девять раз по сравнению с чистым ПКМ, когда композитный ПКМ содержал 11,9 об.% Cu ННК. В этой главе была приготовлена ​​эмульсия наночастиц оксида алюминия в плавящемся парафиновом воске в различных объемных долях для изучения теплофизических свойств, таких как температура плавления / замерзания, скрытая теплота, теплопроводность и динамическая вязкость. Были приготовлены стабильные композиты, и в этой главе сообщается о значительном увеличении теплопроводности.Отличительной особенностью этой главы является сравнение текущих результатов теплопроводности для различных объемных долей с предсказанной моделью Максвелла, описанной в литературе [9].

2. Приготовление нанокомпозитных ПКМ

В настоящем исследовании парафиновый воск ( Tm = 58–60 ° C) используется в качестве ПКМ благодаря его желательным свойствам, таким как химическая стабильность, нетоксичность, высокая скрытая теплоемкость и т. Д. Наночастицы Al ₂ O ₃ были приобретены у Royal Scientific Suppliers Co.Ltd. Чистота Al ₂ O ₃ составляет 99,5%, а размер частиц находится в диапазоне 20–50 нм. В таблице 1 показаны физические свойства парафинового воска, наночастиц оксида алюминия [10] и нанокомпозитного ПКМ.

Таблица 1.

Физические свойства парафина , наночастицы оксида алюминия и нанокомпозит.

Нанокомпозитные ПКМ были приготовлены путем добавления различных объемных фракций наночастиц Al ₂ O ₃ в парафиновый воск; однако поверхностно-активное вещество не использовалось.На рис. 1 показаны этапы приготовления композитных ПКМ с добавлением наночастиц оксида алюминия в объемных долях 5 и 10%. Первоначально парафиновый воск нагревали до температуры 80 ° C, а затем наночастицы Al ₂ O ₃ диспергировали в жидком парафине. Суспензии были приготовлены путем перемешивания с сильным сдвигом при 1000 об / мин в течение 20 мин с использованием магнитной мешалки. Смесь обрабатывали ультразвуком с помощью ультразвукового вибратора (Toshiba, Индия), генерирующего ультразвуковые импульсы мощностью 100 Вт с частотой 36 ± 3 кГц.Однако для обеспечения стабильности и однородности интенсивная обработка ультразвуком проводилась в течение 6 часов. Смесь поддерживали в жидком состоянии на протяжении всего процесса, поддерживая постоянную температуру 65 ° C. После этого осаждения не наблюдалось, и, таким образом, полученные композиты были стабильными.

Рисунок 1.

Методика приготовления нанокомпозита, аккумулирующего скрытую теплоту, из парафинового воска и оксида алюминия.

3. Термическая стабильность нанокомпозитных ПКМ

3.1. Дифференциальная сканирующая калориметрия

Поведение фазового перехода парафина и композита парафин / оксид алюминия включает два параметра: скрытую теплоту и температуру фазового перехода, которые можно измерить с помощью анализа DSC (NETZSCH DSC 204). Термограмма ДСК композита парафин и парафин / оксид алюминия с 5 и 10 об.% Наночастиц оксида алюминия показана на рис. 2a, b и c. Результаты испытаний показывают, что нанокомпозит показал только один пик, подтверждающий переход твердое тело-жидкость, и никаких следов вторичного пика твердое тело-твердое не наблюдалось.Эти аспекты особенно хороши для ПКМ, поскольку они максимально увеличивают их способность аккумулировать и выделять тепло за один проход во время циклов плавления и замораживания [11]. В ДСК основной пик представляет поведение при изменении фазы парафина и композита парафин / оксид алюминия. Температура фазового перехода принимается как начальная температура на кривой ДСК. С увеличением объемной доли наночастиц оксида алюминия температура фазового перехода композита парафин / оксид алюминия увеличивается, а скрытая теплоемкость композита парафин / оксид алюминия снижается по сравнению с парафином (кривая нагрева), как показано на рис. 2b и c.Результаты ДСК для парафина, 5 об.% И 10 об.% Наночастиц оксида алюминия представлены в таблице 2.

Рисунок 2.

(а) термограмма ДСК парафинового воска, (б) термограмма ДСК композита с 5 об.% наночастицы оксида алюминия и (c) термограмма DSC композита с 10 об.% наночастицы оксида алюминия.

Таблица 2.

Температуры плавления / замерзания и скрытая теплота плавления парафина и композита.

Температура плавления 10 об.% Глинозема сместилась до 58,6 ° C, а парафина — до 58.9 ° С. С другой стороны, температура замерзания 10 об.% Оксида алюминия сместилась до 47 ° C, тогда как парафиновый воск составил 44,4 ° C. Скрытый переход твердой фазы в жидкую для композитов составляет около 121 Дж / г, что очень близко к значению 124,4 Дж / г для чистого парафина. Это связано с тем, что при приготовлении нанокомпозитов между парафином и наночастицами не происходит химической реакции. Это согласуется с наблюдениями, сделанными Хо и Гао [12] и Кимом и Дрзалом [13]. Дисперсии наночастиц не соглашаются влиять ни на поведение плавления / замерзания, ни на температуру фазового перехода.Измеренная и рассчитанная скрытая теплота композита парафин / оксид алюминия показана в таблице 3. Используя простую теорию смеси, скрытая теплота плавления композитных ПКМ рассчитывается по формуле:

ΔHeff = ΔHm1 − ϕvE1

Таблица 3.

Экспериментальные и расчетные значения скрытой теплоты плавления.

, где ΔH _eff и ΔHm обозначают рассчитанную эффективную скрытую теплоту плавления композитных ПКМ, а измеренная скрытая теплота плавления чистого парафина составляет 124,4 Дж / г (получено с помощью ДСК при скорости сканирования 1 ° C / мин), соответственно, а ϕv — эквивалентная объемная доля оксида алюминия.Из таблицы 3 видно, что скрытая теплота композита уменьшается с увеличением объемной доли наночастиц оксида алюминия.

3.2. Сравнение термограмм ДСК, основанных на скрытой теплоте ПКМ, внедренного в наночастицы, с настоящим исследованием

3.2.1. Сравнение скрытой теплоты наночастиц Al ₂ O ₃ в эмульсии н-октадекана с настоящим исследованием

термограмм ДСК чистого парафина (C ₁₈ H ₃₈ ) и наночастиц Al ₂ O ₃ в Эмульсия парафина в различных массовых долях 5 и 10 мас.% представлена ​​на рисунке 3.Скрытая теплота и температура фазового перехода существенно различаются для композитов на основе парафино-глиноземной эмульсии.

Рис. 3.

Термограммы ДСК кривых нагрева и охлаждения Al2O3 в парафиновых эмульсиях и чистом парафине (C18h48) в интервале 20–40 ° C [12].

В таблице 4 сравнивается скрытая теплота плавления наночастиц оксида алюминия в эмульсии n -октадекана с композитами парафин / оксид алюминия (скорость сканирования при 1 ° C / мин). Скрытая теплота эмульсии оксида алюминия в октадекане (H _{Твердое тело-жидкость} = 212.3 кДж / кг) уменьшается с увеличением массовой доли наночастиц оксида алюминия по сравнению с массовой долей чистого парафина (H _Solid-Liquid = 243,1 кДж / кг), и такая же тенденция наблюдается в нашем настоящем исследовании (Таблица 2 ). Измеренные значения скрытой теплоемкости композитов с 5 и 10 мас.% Ниже, чем у чистого парафина (C ₁₈ H ₃₈ ) на 7 и 13%, тогда как настоящее исследование скрытой теплоты плавления парафина / нанокомпозитов оксида алюминия составляет около 8 и 14% для парафина, содержащего 5 и 10 об.% наночастиц оксида алюминия.

Таблица 4.

Сравнение скрытой теплоты плавления Al ₂ O ₃ —в октадекановой эмульсии с данным исследованием.

3.2.2. Сравнение скрытой теплоты 10 мас.% CNEP с настоящим исследованием

На рис. 4 показана кривая нагрева и охлаждения ДСК парафина, усиленного наночастицами оксида меди (CNEP) с 10 мас.%. Кривая нагрева и охлаждения показывает два пика фазового перехода. Первичный пик при температуре около 35 ° C соответствует фазовому переходу твердое-твердое в парафине, а вторичный пик при температуре около 55 ° C соответствует фазовому переходу твердое-жидкое.Твердое вещество-жидкость со скрытой теплотой 10 мас.% c противоположного парафина, усиленного наночастицами оксида, составляет 119,3 Дж / г, что очень близко к значению 119,9 Дж / г для 10 об.% Парафина, усиленного наночастицами оксида алюминия.

Рис. 4.

Термограммы ДСК парафина, усиленного наночастицами оксида меди 10 мас.% [5].

4. Теплофизические свойства нанокомпозитных ПКМ

4.1. Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость является одним из важных свойств и играет важную роль в влиянии на скорость теплопередачи в нанокомпозите.Прогнозируемые значения удельной теплоемкости (C _p ) нанокомпозита для различной объемной доли могут быть рассчитаны с использованием формулы смеси Eq. (2), и это показано в таблице 5. Эта формула действительна для гомогенных смесей.

Cpnanocomposite = 1 − φρCp + bfφρCpnpρANEPE2

Таблица 5.

Удельная теплоемкость нанокомпозита.

Поскольку ожидается, что теплопроводность нанокомпозитов будет выше из-за высокой теплопроводности частиц Al ₂ O ₃ , нанокомпозиты демонстрируют более высокую способность проводить тепло. Это, очевидно, приводит к снижению теплоемкости. Из таблицы 5 видно, что удельная теплоемкость нанокомпозитов уменьшается, объемная доля наночастиц будет увеличиваться.

Материалы термоинтерфейса | Продукция Indium Corporation

 вычислить все ke / атом
переменная температура атома c_ke / 1.5
вычислить слои все фрагменты / ячейка атомов / 1d z ниже 0,05 единиц уменьшено
исправить 3 все ave / chunk 10 100 1000 слоев v_temp файл tmp.profile