Какая теплопроводность: Страница не найдена – Remoo.RU

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

Что такое теплопроводность

Сергей Дворянинов
«Квантик» №2, 2019

Отчего, когда в оттепель идёт снег, он тает на руке, а на шубе остаётся?

Л.  Н. Толстой, «Тепло» (Рассуждение)

Третий лишний

Вспомним одну старую задачку. Есть автобус, трамвай, троллейбус. Что здесь лишнее?

Лишний автобус, так как он работает на бензине, а не на электричестве, как трамвай и троллейбус. А можно считать лишним трамвай, потому что его колёса не «обуты» в резиновые шины.

А теперь новая задача. Из трёх словосочетаний: тёплый осенний день, тёплое море, тёплая одежда — какое лишнее?

Мы называем день или море тёплыми, если у них соответствующая температура. Называя пальто или куртку тёплой, мы никак не связываем это качество одежды с её температурой как материального предмета. Следовательно, лишняя здесь тёплая одежда.

Называть одежду тёплой позволяет некоторая её физическая характеристика, о которой и расскажем.

Коэффициент теплопроводности

Наступила зима. В квартире батареи центрального отопления нагревают воздух. Почему же температура в комнатах повышается не до температуры батареи, а до меньшего уровня? Да потому, что тепло через стены уходит наружу, на улицу. Что это значит? Тепло — не какой-то физический объект. Но из жизненного опыта вы знаете, что горячее тело нагревает окружающие его холодные тела (а холодное — остужает горячие), и удобно считать, что при этом от горячих тел к холодным передаётся тепло.

Как тепло распространяется в одном теле, от уже нагретых частей к более холодным? Разные материалы проводят тепло по-разному — одни хуже, другие лучше. Поэтому у каждого материала есть свой коэффициент теплопроводности k, равный количеству тепла, которое за 1 секунду проходит через стену из этого материала площадью 1 кв. метр и толщиной 1 метр при разности температур 1 градус.

Понятно, что через стену в два раза большей площади проходит в два раза большее количество тепла, а через стену удвоенной толщины — вдвое меньшее (подумайте, почему?). А ещё оказывается, что чем больше разность температур, тем быстрее передаётся тепло.

Количество тепла, как и любой энергии, измеряют в джоулях (Дж). Например, чтобы вскипятить 1 литр воды комнатной температуры, необходимо «передать воде» 350 000 Дж = 350 кДж. А скорость передачи тепла измеряют в ваттах (Вт). Передача 1 Дж тепла за 1 с соответствует 1 Вт. Например, мощность чайника примерно равна 2 кВт = 2000 Вт.

У силикатного (или белого) кирпича k = 0,81 (далее эту размерность будем опускать), то есть, например, для квадратного метра кирпичной стены толщиной 50 см потери тепла на 1 градус разницы температур составят 1,62 джоуля в секунду (или 1,62 ватта). У дерева k = 0,2, и потому при той же толщине стен деревянный дом теплее кирпичного в 4 раза. В частности, поэтому кирпичные стены делают толще деревянных. А у бетона k = 1,75, и панельный дом, построенный из бетонных плит, получается вдвое холоднее кирпичного с той же толщиной стен. Стены можно утеплять пенопластом — его коэффициент 0,04. Вспомним детский стишок:

Ох, беда, беда, беда,
Наступили холода.
На стекле горюет муха:
«Выпал снег белее пуха!
Если бы мне валенки,
Пусть подшиты, стареньки,
Да суконные штаны —
Дожила бы до весны!»

Дело в том, что у шерстяного войлока (то есть у тех же валенок) k = 0,045. Зимой в валенках намного теплее, чем в кожаных ботинках. Конечно, валенки ноги не греют, а лишь препятствуют большим потерям тепла.

У хлопковой ваты k = 0,055. Потому испокон веков ватные халаты защищали жителей Средней Азии от нестерпимой летней жары. Температура тела человека 36,7°C, температура воздуха 40–45°C. В этом случае ватный халат в минимальной степени способствует подводу тепла к телу, предохраняя человека от перегрева. Точно так же меховые рукавицы защищают руки кузнеца, держащего раскалённую заготовку.

У минеральной ваты k = 0,045–0,055. Её используют для термоизоляции труб отопления.

Газы — плохие проводники тепла, у них коэффициент теплопроводности мал, например у воздуха k = 0,022. Поэтому оконные рамы делали двойными, и в современных стеклопакетах тоже есть воздух между стёклами: можно сказать, что тепло в доме сохраняет не стекло, а воздух внутри рамы. Но газы могут передавать тепло конвекцией, то есть перемешиваться. По этой причине особенно хорошими теплоизоляционными свойствами обладают пористые материалы — поры в них препятствуют конвекции.

Многие птицы зимой во время сильных морозов зарываются в снег. Рыхлый снег почти не проводит тепло и сохраняет примерно одинаковую температуру даже при сильных ночных заморозках. Так спасаться от морозов, да и от хищников, научились глухари, тетерева, куропатки, рябчики. Птицы способны проводить под снегом без движения несколько дней, при этом их потери энергии минимальны. Да и медведи спят в берлогах, занесённых снегом, словно тёплым одеялом.

Среди металлов рекордсменом по теплопроводности можно считать серебро — у него k = 430. У железа k = 92. Если серебряную ложку опустить в кипяток, то удержать её в руках, пожалуй, не удастся: она очень быстро станет нестерпимо горячей. Металлы очень хорошо проводят тепло (гораздо лучше неметаллов), потому что в них есть свободные электроны, которые быстро перемещаются и переносят тепло.

Возвращаясь к тёплой одежде, скажем, что она не греет, а препятствует потерям тепла. Теперь вы легко объясните, какую одежду мы называем холодной.

Напоследок — две задачи.

1. В некоторых современных квартирах делают тёплые полы. Для этого вдоль всего пола прокладывают нагревательные элементы, питающиеся электричеством. А в новых вагонах московского метро появились «тёплые поручни», которые не требуют электропитания. Можете догадаться, как они устроены?

2. Эта задача очень старая. Два полярника вышли из палатки на лёд. Падающий сверху снег на комбинезоне одного потихоньку таял, а у другого — нет, делая человека похожим на снеговика. У кого одежда теплее?

Ответы

1. «Тёплые поручни» — это обычные никелированные поручни, покрытые тонким слоем пластика. Пластик плохо проводит тепло, и поэтому тепло от человеческих рук не распространяется вдоль такого поручня. Это создаёт ощущение, что поручень тёплый.

2. Если снежинки на комбинезоне тают, то температура на его поверхности плюсовая. Стало быть, такой комбинезон плохо сохраняет тепло человеческого тела и отводит его в окружающую среду. Теплее одежда у того полярника, который похож на снеговика.

Художник Максим Калякин

Таблица теплопроводности и других качеств материалов для утепления

Да, в нашей стране, в отличие от стран с жарким климатом, бывают лютые зимы. Именно поэтому нужно строиться из теплых материалов с использованием специальных утеплителей. В ином случае все дорогое тепло от котлов и печей будет уходить через стены и другие перекрытия.

Нам нужно точно знать, какие из современных популярных материалов для утепления наиболее эффективны.

Что такое теплопроводность?

Теплопроводность можно описать как процесс передачи тепловой энергии до наступления теплового равновесия. Температура, так или иначе, будет выровнена, вопрос только в скорости этого процесса. Если применить это понятие к дому, то ясно, что чем дольше температура внутри здания выравнивается с наружной, тем лучше. Проще говоря, насколько быстро дом остывает это вопрос того, какая теплопроводность его стен.

В числовой форме этот показатель характеризуется коэффициентом теплопроводности. Он показывает, сколько тепла за единицу времени проходит через единицу поверхности. Чем выше этот коэффициент у материала, тем быстрее он проводит тепло.

Теплопроводность утеплителей — это наиболее информативный показатель, и чем он ниже, тем материал эффективнее он сохраняет тепло (или прохладу в жаркие дни). Но существуют и другие показатели, которые влияют на выбор утеплителя.

Таблица теплопроводности утеплителей

В таблице указаны данные по наиболее широко применяемым утеплителям, которые используют в частном строительстве: минеральной ваты, пенополистирола, пенополиуретана и пенопласта. Также приведены сравнительные данные по другим видам.

Таблица теплопроводности утеплителей

Утеплитель	Теплопроводность, Вт/(м*С)	Плотность, кг/м3	Паропроницаемость, мг/ (м*ч*Па)	«+»	«-»	Горюч.
Пенополиуретан	0,023	32	0,0-0,05	2.Бесшовный монтаж пеной; 3.Долгосрочность; 4.Лучшая тепло-, гидроизоляция	1.недешевый 2. Не устойчив к УФ-излучению	Самозатухающий
	0,029	40
	0,035	60
	0,041	80
Пенополистирол (пенопласт)	0,038	40	0,013-0,05	1.Отлично изолирует; 2. Дешевый; 3. Влагонепроницаем	1. Хрупкий; 2. Не «дышит» и образует конденсат	Г3 и Г4. Сопротивление возгоранию и самозатухание
	0,041	100
	0,05	150
Экструдированный пенополистирол	0,031	33	0,013	1.Очень низкая теплопроводность; 3.Влагонепроницаем; 4.Прочен на сжатие; 5. Не гниет и не плесневеет; 6. Эксплуатация от -50 °С до +75°С; 7. Удобен в монтаже.	1. На порядок дороже пенопласта; 2. Восприимчив к органическим растворителям; 3. Паропроницаемость низкая, образует конденсат.	Г1 у марок с антипеновыми добавками, другие Г3 и Г4. Сопротивление возгоранию и самозатухание
Минеральная (базальтовая) вата	0,048	50	0,49-0,6	1.Хорошая паропроницаемость –«дышит»; 2.Противостоит грибкам; 3.Звукоизоляция; 4.Высокая термоизоляция; 5.Механическая прочность; 6.Не сыпется	1.Недешевый	Огнеупорный
	0,056	100
	0,07	200
Стекловолокно (стекловата)	0,041-0,044	155-200	0,5	1.Низкая теплопроводность; 2.При пожарах не выделяет токсичных веществ	1.Со временем теплоизоляция снижается; 2.Может появляться плесень; 3.Проблемный монтаж: волокна осыпаются и наносят вред коже, глазам; 4.Паропроницаемость низкая, образует конденсат.	Не горит
Пенопласт ПВХ	0,052	125	0,023	1.Жесткий и удобный в монтаже	1.Недолговечен; 2.Плохая паропроницаемость и образование конденсата	Г3 и Г4. Сопротивление возгоранию и самозатухание
Древесные опилки	0,07-0,18	230	—	1.Дешевизна; 2.Экологичность	1.Портиться и гниет; 2.Теплоизоляционные свойства падают при высокой влажности	Пожароопасен

Сравнение «+» и «-» поможет определить, какой утеплитель выбрать для конкретных целей.

Полезные показатели утеплителей

На какие основные показатели нужно обратить внимание при выборе утеплителя:

• Теплопроводность при выборе утеплителя материала является основным показателем. Чем она ниже, тем лучшая теплоизоляция у этого материала;
• Плотность напрямую влияет на массу материала, от нее зависит, какая дополнительная нагрузка придется на стены или перекрытия дома. Это очень просто вычислить, зная объем утеплителя и его плотность. Обычно теплоизоляционные свойства падают с ростом плотности материала. Чем легче утеплитель, тем проще с ним работать, а нагрузка на перекрытия будет минимальной;
• Паропроницаемость показывает, как материал пропускает водяной пар. Высокий коэффициент говорит о том, что материал может увлажняться. Наоборот, низкий коэффициент указывает то, что материал не пропускает пар и образует конденсат. Материалы можно делить на 2 вида: а) ваты – материалы, состоящие из волокон. Они паропроницаемы; б) пены – это затвердевшая пенная масса особого вещества. Не пропускают пар ;
• Водопоглощение — это способность вещества впитывать воду. Чем она выше, тем менее материал пригоден для утепления, тем более для наружных теплоизоляционных работ, ванной, кухни и других мест с повышенной влажностью;
• Горючесть довольно понятный показатель, очевидно, что наилучшие материалы для утепления те, которые не горят. Также пригодны самозатухающие варианты;
• Прочность на сжатие — это способность материала сохранить свою форму и толщину при механическом воздействии. Многие материалы хороши как утеплитель, но могут сжиматься, при этом снижаются их теплоизоляционные качества;
• Хрупкость нежелательна для утеплителя, хотя и не является основополагающим качеством при выборе;
• Долговечность определяет срок службы материала;
• Толщина материала определяет, сколько пространства будет занимать теплоизоляция. При внутренних работах это важно, ведь чем тоньше слой материала, тем меньше полезного пространств он «съест»;
• Экологичность материала особенно важна при выполнении внутреннего утепления. Нужно обратить внимание, не разлагается ли утеплитель на опасные составляющие, а также не выделяет ли он при пожаре токсичных веществ.

Кто на свете всех теплей?

Цель такого тщательного изучения утеплителей одна — узнать, какой из них лучше всех. Однако, это палка о двух концах, ведь материалы с высокой термоизоляцией могут иметь другие нежелательные характеристики.

Пенополиуретан или экструдированный пенополистирол

Нетрудно определить по таблице, что чемпион по теплоизоляции – это пенополиуретан. Но и цена его гораздо выше, нежели у полистирола или пенопласта. Все потому что он обладает двумя наиболее востребованными в строительстве качествами: негорючесть и водоотталкивающие свойства. Его трудно поджечь, поэтому пожарная безопасность такого утепления высока, к тому же он не боится намокнуть.

Но у пенополиуретана появилась настоящая альтернатива – экструдированный пенополистирол. По сути это тот же пенопласт, но прошедший дополнительную обработку – экструдировку, которая улучшила его. Это материал с равномерной структурой и замкнутыми ячейками, который представлен в виде листов разной толщины. От обычного пенопласта его отличает усиленная прочность и способность выдерживать механическое давление. Именно поэтому его можно назвать достойным конкурентом пенополиуретану. Единственный недостаток монтажа отдельных плит – швы, которые успешно заделываются монтажной пеной.

А уж чем вам удобнее пользоваться – жидким утеплителем из баллончика или плитами, выбирать только вам. Но помните, что эти материалы не «дышат» и могут образовывать эффект запотевших окон, так что все утепление может уйти из форточки во время проветривания. Поэтому утеплять такими материалами нужно разумно.

Минеральная вата или пенопласт

Если сравнивать минеральную вату и пенопласт, то их теплопроводность находится на одном уровне ≈ 0,5. Поэтому выбирая между этими материалами, неплохо было бы оценить и другие качества, такие как водопроницаемость. Так, монтаж ваты в местах с возможным намоканием нежелательна, поскольку она теряет свойства теплоизоляции на 50% при намокании на 20%. С другой стороны, вата «дышит» и пропускает пар, так что не будет образовываться конденсата. В доме, который утеплен ватой из базальтового волокна, не будут запотевать окна. И вата, в отличие от пенопласта, не горит.

Другие утеплители

Весьма популярны сейчас эко-материалы, такие как опилки, которые смешивают с глиной и используют для стен. Однако, такой приятный по цене материал как опилки, имеет много недостатков: горит, намокает и гниет. Не говоря уже о том, что набирая влагу, опилки теряют теплоизоляционные свойства.

Также набирает популярности дешевое и экологичное пеностекло, которое можно применять только без нагрузок, поскольку он весьма хрупок.

Выбирая утеплитель

Цены на энергоносители растут, и вместе с тем растет популярность на утеплители. В нашей статье представлена таблица теплопроводности материалов для утепления и сравнительный анализ популярных видов утеплителей. Главное, что хотелось бы отметить — хорошие показатели вы получите, приобретая только качественный сертифицированный продукт. Выбор теплоизоляционных материалов на рынке весьма широк и один вид утеплителя предлагается более чем пятью производителями. Много из них могут вас огорчить своим качеством, поэтому ориентируйтесь на отзывы тех, кто испытал конкретные торговые марки на «своей шкуре».

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Теплопроводность пенопласта, сравнение с Пеноплексом, цена листов разных марок

Эффективность – первое, что мы ищем, выбирая утеплитель. Разнообразные материалы изначально оцениваются именно по этому критерию, и только потом в дело вступают другие характеристики, особенность монтажа и стоимость. Сегодня мы рассмотрим теплопроводность пенопласта как самого доступного по цене и потому востребованного, а также сравним его с иными видами изоляции.

Оглавление:

1. Что такое теплопроводность?
2. Характеристики пенопласта разных марок
3. Сравнение с другими материалами и расценки

Определение

Теплопроводность – величина, обозначающая количество тепла (энергии), проходящего за час сквозь 1 м любого тела при определенной разнице температур с одной и другой его стороны. Она измеряется и рассчитывается для нескольких исходных условий эксплуатации:

• При 25±5 °С – это стандартный показатель, закрепленный в ГОСТах и СНиП.
• «А» – так обозначается сухой и нормальный режим влажности в помещениях.
• «Б» – в эту категорию относят все прочие условия.

Собственно теплопроводность гранул пенопласта, спрессованных в легкую плиту, не так важна сама по себе, как в связке с толщиной утеплителя. Ведь основная цель – добиться оптимального уровня сопротивления всех слоев стены в соответствии с требованиями для конкретного региона. Для получения первоначальных цифр достаточно будет воспользоваться самой простой формулой: R = p÷k.

• Сопротивление теплопередаче R можно найти в специальных таблицах СНиП 23-02-2003, к примеру, для Москвы принимают 3,16 м·°С/Вт. И если основная стена по своим характеристикам недотягивает до этого значения, разницу должен перекрыть именно утеплитель (минвата или тот же пенопласт).
• Показатель р – обозначает искомую толщину изолирующего слоя, выраженную в метрах.
• Коэффициент k – как раз и дает представление о проводимости тел, на которую мы ориентируемся при выборе.

Теплопроводность самого материала проверяют с помощью нагрева одной стороны листа и измерения количества энергии, переданной методом кондукции на противоположную поверхность в единицу времени.

Показатели для разных марок пенополистирола

Из приведенной упрощенной формулы можно заключить, что чем тоньше лист утеплителя, тем меньшей эффективностью он обладает. Но кроме обычных геометрических параметров на конечный результат оказывает влияние и плотность пенопласта, хоть и незначительно – всего в пределах 1-5 тысячных долей. Для сравнения возьмем две близкие по марке плиты:

• ПСБ-С 25 проводит 0,039 Вт/м·°С.
• ПСБ-С 35 при большей плотности – 0,037 Вт/м·°С.

А вот с изменением толщины разница становится куда более заметной. К примеру, у самых тонких листов в 40 мм при плотности 25 кг/м³ показатель теплопроводности может составлять 0,136 Вт/м·°С, а 100 мм того же пенополистирола пропускают всего 0,035 Вт/м·°С.

Зависимость нелинейная, что связано с особенностью кондуктивной передачи. Но поскольку коэффициент высчитывается в единицу времени, а плотность материала остается неизменной, разница температур с внешней поверхностью при «продвижении» энергии сквозь плиту становится все меньше. И если толщина пенополистирола оказывается значительной, тепло просто не успевает передаться обратной стороне, что, в общем-то, и требуется от хорошей изоляции.

Сравнение с другими материалами

Средняя теплопроводность ПСБ лежит в пределах 0,037-0,043 Вт/м·°С, на него и будем ориентироваться. Здесь пенопласт в сравнении с минватой из базальтовых волокон, кажется, выигрывает незначительно – у нее примерно те же показатели. Правда, при вдвое большей толщине (95-100 мм против 50 мм у полистирола). Также принято сопоставлять проводимость утеплителей с различными стройматериалами, необходимыми для возведения стен. Хотя это и не слишком корректно, но весьма наглядно:

1. Красный керамический кирпич имеет коэффициент теплопередачи 0,7 Вт/м·°С (в 16-19 раз больше, чем у пенопласта). Проще говоря, чтобы заменить 50 мм утеплителя понадобится кладка толщиной около 80-85 см. Силикатного и вовсе нужно не меньше метра.

2. Массив дерева в сравнении с кирпичом в этом плане получше – здесь всего 0,12 Вт/м·°С, то есть втрое выше, чем у пенополистирола. В зависимости от качества леса и способа возведения стен, эквивалентом ПСБ толщиной 5 см может стать сруб шириной до 23 см.

Куда логичнее сравнивать стиролы не с минватой, кирпичом или деревом, а рассматривать более близкие материалы – пенопласт и Пеноплекс. Оба они относятся к вспененным полистиролам и даже изготавливаются из одних и тех же гранул. Вот только разница в технологии их «склеивания» дает неожиданные результаты. Причина в том, что шарики стирола для производства Пеноплекса с введением порообразователей одновременно обрабатываются давлением и высокой температурой. В итоге пластичная масса приобретает большую однородность и прочность, а пузырьки воздуха равномерно распределяются в теле плиты. Пенопласт же просто обдается паром в форме, как поп-корн, поэтому связи между вспученными гранулами оказываются слабее.

Как следствие, теплопроводность Пеноплекса – экструдированного «родственника» ПСБ – тоже заметно улучшается. Она соответствует показателям 0,028-0,034 Вт/м·°С, то есть 30 мм хватит, чтобы заменить 40 мм пенопласта. Однако сложность производства увеличивает и стоимость ЭППС, так что на экономию рассчитывать не стоит. Кстати, здесь есть один любопытный нюанс: обычно экструдированный пенополистирол немного теряет в эффективности при увеличении плотности. Но при введении в состав Пеноплекса графита эта зависимость практически исчезает.

Впрочем, если вопрос высокой прочности на повестке дня не стоит, и вам нужен просто хороший утеплитель, проще и дешевле действительно купить пенопласт. В сравнении с такими материалами, как минвата, дерево и керамический кирпич, он безусловно хорош. Главное – не использовать его на пожароопасных объектах и всегда стараться выполнять теплоизоляцию снаружи зданий.

Цены на листы пенопласта 1000х1000 мм (рубли):

Толщина листа, мм	ПСБ-С 15	ПСБ-С 25	ПСБ-С 35	ПСБ-С 50
20	37	61	82	124
30	55	95	123	185
40	73	122	164	247
50	91	152	205	308
70	127	213	264	431
80	145	243	328	493
100	181	304	409	616

Теплопроводность строительных материалов, что это, таблица

Последние годы при строительстве дома или его ремонте большое внимание уделяется энергоэффективности. При уже существующих ценах на топливо это очень актуально. Причем похоже что дальше экономия будет приобретать все большую важность. Чтобы правильно подобрать состав и толщин материалов в пироге ограждающих конструкций (стены, пол, потолок, кровля) необходимо знать теплопроводность строительных материалов. Эта характеристика указывается на упаковках с материалами, а необходима она еще на стадии проектирования. Ведь надо решить из какого материала строить стены, чем их утеплять, какой толщины должен быть каждый слой.  

Содержание статьи

Что такое теплопроводность и термическое сопротивление

При выборе строительных материалов для строительства необходимо обращать внимание на характеристики материалов. Одна из ключевых позиций — теплопроводность. Она отображается коэффициентом теплопроводности. Это количество тепла, которое может провести тот или иной материал за единицу времени. То есть, чем меньше этот коэффициент, тем хуже материал проводит тепло. И наоборот, чем выше цифра, тем тепло отводится лучше.

Диаграмма, которая иллюстрирует разницу в теплопроводности материалов

Материалы с низкой теплопроводностью используются для утепления, с высокой — для переноса или отвода тепла. Например, радиаторы делают из алюминия, меди или стали, так как они хорошо передают тепло, то есть имеют высокий коэффициент теплопроводности. Для утепления используются материалы с низким коэффициентом теплопроводности — они лучше сохраняют тепло. В случае если объект состоит из нескольких слоев материала, его теплопроводность определяется как сумма коэффициентов всех материалов. При расчетах, рассчитывается теплопроводность каждой из составляющих «пирога», найденные величины суммируются. В общем получаем теплоизоляцонную способность ограждающей конструкции (стен, пола, потолка).

Теплопроводность строительных материалов показывает количество тепла, которое он пропускает за единицу времени

Есть еще такое понятие как тепловое сопротивление. Оно отображает способность материала препятствовать прохождению по нему тепла. То есть, это обратная величина по отношению к теплопроводности. И, если вы видите материал с высоким тепловым сопротивлением, его можно использовать для теплоизоляции. Примером теплоизоляционных материалов может случить популярная минеральная или базальтовая вата, пенопласт и т.д. Материалы с низким тепловых сопротивлением нужны для отведения или переноса тепла. Например, алюминиевые или стальные радиаторы используют для отопления, так как они хорошо отдают тепло.

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	0
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 50.13330.2012, 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.

Таблица теплопроводности строительных материалов

Стены, перекрытия, пол, делать можно из разных материалов, но так повелось, что теплопроводность строительных материалов обычно сравнивают с кирпичной кладкой. Этот материал знаю все, с ним проще проводить ассоциации. Наиболее популярны диаграммы, на которых наглядно продемонстрирована разница между различными материалами. Одна такая картинка есть в предыдущем пункте, вторая — сравнение кирпичной стены и стены из бревен — приведена ниже. Именно потому для стен из кирпича и другого материала с высокой теплопроводностью выбирают теплоизоляционные материалы. Чтобы было проще подбирать, теплопроводность основных строительных материалов сведена в таблицу.

Сравнивают самые разные материалы

Название материала, плотность	Коэффициент теплопроводности
	в сухом состоянии	при нормальной влажности	при повышенной влажности
ЦПР (цементно-песчаный раствор)	0,58	0,76	0,93
Известково-песчаный раствор	0,47	0,7	0,81
Гипсовая штукатурка	0,25
Пенобетон, газобетон на цементе, 600 кг/м3	0,14	0,22	0,26
Пенобетон, газобетон на цементе, 800 кг/м3	0,21	0,33	0,37
Пенобетон, газобетон на цементе, 1000 кг/м3	0,29	0,38	0,43
Пенобетон, газобетон на извести, 600 кг/м3	0,15	0,28	0,34
Пенобетон, газобетон на извести, 800 кг/м3	0,23	0,39	0,45
Пенобетон, газобетон на извести, 1000 кг/м3	0,31	0,48	0,55
Оконное стекло	0,76
Арболит	0,07-0,17
Бетон с природным щебнем, 2400 кг/м3	1,51
Легкий бетон с природной пемзой, 500-1200 кг/м3	0,15-0,44
Бетон на гранулированных шлаках, 1200-1800 кг/м3	0,35-0,58
Бетон на котельном шлаке, 1400 кг/м3	0,56
Бетон на каменном щебне, 2200-2500 кг/м3	0,9-1,5
Бетон на топливном шлаке, 1000-1800 кг/м3	0,3-0,7
Керамическийй блок поризованный	0,2
Вермикулитобетон, 300-800 кг/м3	0,08-0,21
Керамзитобетон, 500 кг/м3	0,14
Керамзитобетон, 600 кг/м3	0,16
Керамзитобетон, 800 кг/м3	0,21
Керамзитобетон, 1000 кг/м3	0,27
Керамзитобетон, 1200 кг/м3	0,36
Керамзитобетон, 1400 кг/м3	0,47
Керамзитобетон, 1600 кг/м3	0,58
Керамзитобетон, 1800 кг/м3	0,66
ладка из керамического полнотелого кирпича на ЦПР	0,56	0,7	0,81
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1000 кг/м3)	0,35	0,47	0,52
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1300 кг/м3)	0,41	0,52	0,58
Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1400 кг/м3)	0,47	0,58	0,64
Кладка из полнотелого силикатного кирпича на ЦПР, 1000 кг/м3)	0,7	0,76	0,87
Кладка из пустотелого силикатного кирпича на ЦПР, 11 пустот	0,64	0,7	0,81
Кладка из пустотелого силикатного кирпича на ЦПР, 14 пустот	0,52	0,64	0,76
Известняк 1400 кг/м3	0,49	0,56	0,58
Известняк 1+600 кг/м3	0,58	0,73	0,81
Известняк 1800 кг/м3	0,7	0,93	1,05
Известняк 2000 кг/м3	0,93	1,16	1,28
Песок строительный, 1600 кг/м3	0,35
Гранит	3,49
Мрамор	2,91
Керамзит, гравий, 250 кг/м3	0,1	0,11	0,12
Керамзит, гравий, 300 кг/м3	0,108	0,12	0,13
Керамзит, гравий, 350 кг/м3	0,115-0,12	0,125	0,14
Керамзит, гравий, 400 кг/м3	0,12	0,13	0,145
Керамзит, гравий, 450 кг/м3	0,13	0,14	0,155
Керамзит, гравий, 500 кг/м3	0,14	0,15	0,165
Керамзит, гравий, 600 кг/м3	0,14	0,17	0,19
Керамзит, гравий, 800 кг/м3	0,18
Гипсовые плиты, 1100 кг/м3	0,35	0,50	0,56
Гипсовые плиты, 1350 кг/м3	0,23	0,35	0,41
Глина, 1600-2900 кг/м3	0,7-0,9
Глина огнеупорная, 1800 кг/м3	1,4
Керамзит, 200-800 кг/м3	0,1-0,18
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией, 800-1200 кг/м3	0,23-0,41
Керамзитобетон, 500-1800 кг/м3	0,16-0,66
Керамзитобетон на перлитовом песке, 800-1000 кг/м3	0,22-0,28
Кирпич клинкерный, 1800 – 2000 кг/м3	0,8-0,16
Кирпич облицовочный керамический, 1800 кг/м3	0,93
Бутовая кладка средней плотности, 2000 кг/м3	1,35
Листы гипсокартона, 800 кг/м3	0,15	0,19	0,21
Листы гипсокартона, 1050 кг/м3	0,15	0,34	0,36
Фанера клеенная	0,12	0,15	0,18
ДВП, ДСП, 200 кг/м3	0,06	0,07	0,08
ДВП, ДСП, 400 кг/м3	0,08	0,11	0,13
ДВП, ДСП, 600 кг/м3	0,11	0,13	0,16
ДВП, ДСП, 800 кг/м3	0,13	0,19	0,23
ДВП, ДСП, 1000 кг/м3	0,15	0,23	0,29
Линолеум ПВХ на теплоизолирующей основе, 1600 кг/м3	0,33
Линолеум ПВХ на теплоизолирующей основе, 1800 кг/м3	0,38
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1400 кг/м3	0,2	0,29	0,29
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1600 кг/м3	0,29	0,35	0,35
Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1800 кг/м3	0,35
Листы асбоцементные плоские, 1600-1800 кг/м3	0,23-0,35
Ковровое покрытие, 630 кг/м3	0,2
Поликарбонат (листы), 1200 кг/м3	0,16
Полистиролбетон, 200-500 кг/м3	0,075-0,085
Ракушечник, 1000-1800 кг/м3	0,27-0,63
Стеклопластик, 1800 кг/м3	0,23
Черепица бетонная, 2100 кг/м3	1,1
Черепица керамическая, 1900 кг/м3	0,85
Черепица ПВХ, 2000 кг/м3	0,85
Известковая штукатурка, 1600 кг/м3	0,7
Штукатурка цементно-песчаная, 1800 кг/м3	1,2

Древесина — один из строительных материалов с относительно невысокой теплопроводностью. В таблице даны ориентировочные данные по разным породам. При покупке обязательно смотрите плотность и коэффициент теплопроводности. Далеко не у всех они такие, как прописаны в нормативных документах.

Наименование	Коэффициент теплопроводности
	В сухом состоянии	При нормальной влажности	При повышенной влажности
Сосна, ель поперек волокон	0,09	0,14	0,18
Сосна, ель вдоль волокон	0,18	0,29	0,35
Дуб вдоль волокон	0,23	0,35	0,41
Дуб поперек волокон	0,10	0,18	0,23
Пробковое дерево	0,035
Береза	0,15
Кедр	0,095
Каучук натуральный	0,18
Клен	0,19
Липа (15% влажности)	0,15
Лиственница	0,13
Опилки	0,07-0,093
Пакля	0,05
Паркет дубовый	0,42
Паркет штучный	0,23
Паркет щитовой	0,17
Пихта	0,1-0,26
Тополь	0,17

Металлы очень хорошо проводят тепло. Именно они часто являются мостиком холода в конструкции. И это тоже надо учитывать, исключать прямой контакт используя теплоизолирующие прослойки и прокладки, которые называются термическим разрывом. Теплопроводность металлов сведена в другую таблицу.

Название	Коэффициент теплопроводности		Название	Коэффициент теплопроводности
Бронза	22-105		Алюминий	202-236
Медь	282-390		Латунь	97-111
Серебро	429		Железо	92
Олово	67		Сталь	47
Золото	318

Как рассчитать толщину стен

Для того чтобы зимой в доме было тепло, а летом прохладно, необходимо чтобы ограждающие конструкции (стены, пол, потолок/кровля) должны иметь определенное тепловое сопротивление. Для каждого региона эта величина своя. Зависит она от средних температур и влажности в конкретной области.

Термическое сопротивление ограждающих
конструкций для регионов России

Для того чтобы счета за отопление не были слишком большими, подбирать строительные материалы и их толщину надо так, чтобы их суммарное тепловое сопротивление было не меньше указанного в таблице.

Расчет толщины стены, толщины утеплителя, отделочных слоев

Для современного строительства характерна ситуация, когда стена имеет несколько слоев. Кроме несущей конструкции есть утепление, отделочные материалы. Каждый из слоев имеет свою толщину. Как определить толщину утеплителя? Расчет несложен. Исходят из формулы:

Формула расчета теплового сопротивления

R — термическое сопротивление;

p — толщина слоя в метрах;

k — коэффициент теплопроводности.

Предварительно надо определиться с материалами, которые вы будете использовать при строительстве. Причем, надо знать точно, какого вида будет материал стен, утепление, отделка и т.д. Ведь каждый из них вносит свою лепту в теплоизоляцию, и теплопроводность строительных материалов учитывается в расчете.

Сначала считается термическое сопротивление конструкционного материала (из которого будет строится стена, перекрытие и т.д.), затем «по остаточному» принципу подбирается толщина выбранного утеплителя. Можно еще принять в расчет теплоизоляционных характеристики отделочных материалов, но обычно они идут «плюсом» к основным. Так закладывается определенный запас «на всякий случай». Этот запас позволяет экономить на отоплении, что впоследствии положительно сказывается на бюджете.

Пример расчета толщины утеплителя

Разберем на примере. Собираемся строить стену из кирпича — в полтора кирпича, утеплять будем минеральной ватой. По таблице тепловое сопротивление стен для региона должно быть не меньше 3,5. Расчет для этой ситуации приведен ниже.

1. Для начала просчитаем тепловое сопротивление стены из кирпича. Полтора кирпича это 38 см или 0,38 метра, коэффициент теплопроводности кладки из кирпича 0,56. Считаем по приведенной выше формуле: 0,38/0,56 = 0,68. Такое тепловое сопротивление имеет стена в 1,5  кирпича.
2. Эту величину отнимаем от общего теплового сопротивления для региона: 3,5-0,68 = 2,82. Эту величину необходимо «добрать» теплоизоляцией и отделочными материалами.

   Рассчитывать придется все ограждающие конструкции

3. Считаем толщину минеральной ваты. Ее коэффициент теплопроводности 0,045. Толщина слоя будет: 2,82*0,045 = 0,1269 м или 12,7 см. То есть, чтобы обеспечить требуемый уровень утепления, толщина слоя минеральной ваты должна быть не меньше 13 см.

Если бюджет ограничен, минеральной ваты можно взять 10 см, а недостающее покроется отделочными материалами. Они ведь будут изнутри и снаружи. Но, если хотите, чтобы счета за отопление были минимальными, лучше отделку пускать «плюсом» к расчетной величине. Это ваш запас на время самых низких температур, так как нормы теплового сопротивления для ограждающих конструкций считаются по средней температуре за несколько лет, а зимы бывают аномально холодными. Потому теплопроводность строительных материалов, используемых для отделки просто не принимают во внимание.

Какая теплопроводность у Пенопласта: его плотность в сравнении и особенности выбора : Плюсы и минусы- Обзор +Видео

Теплопроводность пенопласта и его теплопроводность в утеплении частного дома. Об этой характеристики говорят многие, но мало понимают о чем идет речь. Конечно же, это очень важно, но как получить теплопроводность?

Фактически разговор идет о том, что утеплитель не допустит передачу тепла и энергии через площадь, которую покрывает, а именно, речь идет о низкой теплопроводности. Коэффициент теплопроводности пенопласта – это основная характеристика, которая определяет порядок использования при утеплении конструкций и зданий разного вида.

Как достигается основа теплопроводности

Всем своим свойствам, как положительным, так и отрицательным, пенопласт (а по-другому его еще называют вспененным пенополистиролом) обязан стиролу и особенной технологической цепочке производства.

Для начала проводят насыщение стирола воздухом или газом, и делая из него гранулы, которые внутри пусты. Далее под действием пара объем гранул увеличивают во много раз со спеканием при присутствии в составе связующего вещества. Так, мы получаем лист из мелких шариков одинаковой формы, которые наполнены газом.

Хотя стенки их стирола тонкие, но они достаточно прочные. И даже если вы приложите достаточно усилий, будет не так просто разрушить целостность оболочки. Газ, который удерживается внутри, будет неподвижным при любых условиях использования, и тем самым обеспечит низкую теплопроводность пенопласта и площади, которую тот будет покрывать.

То, какова будет окончательная наполненность, зависит от плотности. Это значение может варьировать от 92% до 98%. Заметьте, что чем выше процент, тем плотность будет меньше, а значит, материал будет легче, теплопроводность – выше, а качество утепления тоже будет лучше.

Смысл понятия

Чтобы полностью понять словосочетание «теплопроводность пенопласта», для наглядности можно использовать физическую размерность. Данную величину измеряют в Вт/м*ч*К. Расшифровывается она так – количество ватт тепловой энергии, которая пройдет через толщину материала при площади 1м² за час при понижении температуры разогретой поверхность в 1 Кельвин.

«1 Кельвин = 1 градус по Цельсию»

По какой схеме происходит утечка тепла через утеплитель

Среди характеристик технического вида разная плотность материала отражается и на коэффициенте теплопроводности пенопласта. Этот показатель может колебаться от 0.033 до 0,041 единиц. Когда плотность увеличивается, значение (коэффициент) становится меньше.

Но даже при бесконечном повышении плотности никак нельзя добиться потерь, которые будут равны нулю. При переходе образной границы и дальнейшем увеличении плотности у нас получится лишь рост потери тепла, который на графике имеет форму скачкообразности. Важно понимать и то, что при повышении уровня плотности, количество газа и объем материала сократятся, и значит, термоизоляция будет хуже.

Путем опытов было выведено, что способность изолятора сохранять тепло достигало такого максимального значения – от 7-ти до 36 кг/м³. Данное число, которое указывают на упаковке, дает знать, сколько будет весить один кубометр утеплителя при указанной плотности. Если плотность небольшая – небольшим будет и вес. А это отдельное преимущество при укладке и монтаже.

Чем тоньше, тем теплее

Для представления данной физической величины в реальности, попробуйте провести сравнение других строительных материалов с пенопластом. Например, вы стоите и рассматриваете с торцы разрезы стен из всевозможных материалов. Для начала вы видите бетонную кладку, толщина которой составляет 3.2 метра, далее кирпичную кладку в пять кирпичей, толщиной 1.25 метра, далее достаточно тонкую деревянную перегородку, ширина которого будет около 0,4 метров. А в самом конце будет лист пенопласта, толщина которого всего 10 см! Но что общего среди всех этих материалов? Лишь одно – одинаковый коэффициент теплопроводности.

Так, при использовании низкой теплопроводности, вы можете прилично сократить расход дорогих материалов, который используют для монтажа, укладки и облицовки. Дом, выстроенный в 2,5 кирпича, будет настолько же надежен, что и дом в 5 кирпичей, но в первом случае расход на отопление будет выше. Если хотите более теплый дом, вам потребуется всего лишь утеплить стену на 5 см пенопластовой плитой. Прочувствуйте всю разницу! Это чистая экономия.

Особенности выбора

При выборе пенопласта по теплопроводности кто-то может решить, что сравнение, приведенное выше, некорректно. Невозможно сравнить материалы, которые очень разные между собой, причем и по составу, и по происхождению. Тогда давайте посмотрим и сравним на примере современных и популярных утеплителей: базальтовые (минеральные), экструдированный и вспененный пенопилистирол, пенополиуретан.

Но полученное сравнение не идет в пользу перечисленных выше материалов, так как уровень их теплоемкости выше почти в 1,4 раза, чем у простого пенопласта. Это значительно снижает потребительскую ценность, и опускает материалы на ступень ниже.

Сравнение экструдированного пенополистирола и пенопласта по теплопроводности – занятие не из простых. Это из-за того, что математические и физические показатели практически одинаковы. Но при определении лидерства в виде низкого коэффициента теплопроводности пенополистирола, пенопласт имеет огромное преимущество в виде низкой цены, которая ниже в 3-4 раза.

И даже в сравнении полиуретана и пенопласта в теплопроводности можно говорить о том, что пенополистирол отлично «держит удар». Коэффициент пенополиуретана меньше лишь на 30%, а вот цена. Не забывайте о том, что для монтажа нужна хотя бы минимальная квалификация и наличие специального оборудования, а для этого потребуются дополнительные затраты. А вот утепление пенопластом можно сделать своими руками, даже если вы до этого момента не занимались строительными работами. Как видите, есть над чем подумать, перед тем как сделать выбор.

ПСБ-С-15. Это материал, который обладает невысокой плотностью и высоким уровнем теплопроводности. Его используют для того, чтобы утеплить вертикальные конструкции внутри помещения. Это пенополистирол, в маркировке которого есть число «15». Отличается небольшой толщиной.

Утеплитель с числом «25» можно использовать при утеплении стен снаружи, а также для чердачных и подвальных перекрытий, кровель (плоских и скатных) и в частных домах, и для многоэтажек.

Самой высокой доступной плотностью обладает материал с пометкой в наименовании «35». Он отлично утепляет углубленные фундаменты,  дороги автомобилей, а также полосы для взлета и посадка самолетов.

И скорее всего не существует материала, который невозможно утеплить пенопластом. При условии того, что вооруженным глазом термоизоляцию никак невозможно увидеть, это не значит, что ее не существует. Убедиться в этом вы сможете, если на следующий месяц после установки получите счет за электроэнергию .

 

Теплопроводность кухонной посуды

Кастрюли с алмазным покрытием пока еще не вариант, но медные кастрюли достаточно популярны благодаря широко распространённому мнению, что готовить в них эффективнее. С нашей точки зрения намного важнее конфорка, используемая вами для приготовления пищи, нежели кухонная утварь. Поварам свойственно зацикливаться на качестве своих кастрюль и сковород, и нам не кажется, что это в скором времени изменится. Некоторые повара, в частности, выказывают живой интерес к теплопроводности кухонной посуды. Тем не менее, осознают они это или нет, но теплопроводность не единственное свойство, которое их должно интересовать.

Идеальная сковорода должна быть сделана из материала, который позволял бы не только свободное движение тепла, но и передавал бы это тепло плавно, предотвращая наличие перегреваемых и холодных участков. Сковорода с высокой степенью проводимости не дает возможности достичь сразу двух этих целей, так как, если она будет слишком тонкой, тепло будет идти напрямую от конфорки через кастрюлю в еду, не нагрев сначала боковые поверхности. Другими словами, сковорода будут передавать неравномерность источника тепла, то есть электрической спирали или кольца газового пламени. При нагревании с помощью неравномерно работающей конфорки, таким образом, требуется сковорода с достаточно толстым дном, что дает достаточно времени для горизонтального распространения тепла во время его вертикального подъема.

Сковорода также должна с готовностью реагировать, когда повар включает или выключает конфорку, но в тоже время быть не настолько чувствительной, чтобы терять стабильную температуру вследствие несущественных колебаний источника тепла. Говоря научным языком, теплоемкость материала так же важна, как и теплопроводность кухонной посуды. К сожалению, производители в рекламе не делают акцент на теплоемкость своих товаров, а рассчитать ее самому достаточно сложно, поскольку необходимо знать толщину дна, теплоемкость материала, из которого сделан предмет и его плотность.

Удивительно, но плотность очень важна. Возьмем, к примеру, алюминий, имеющий самую высокую теплоемкость среди всех материалов, наиболее часто используемых для изготовления посуды. Это означает, что для повышения температуры алюминия потребуется большое количество энергии на единицу массы. Еще алюминий известен своей способностью быстро нагреваться. Почему? По большей части причина заключается в его легковесности; у него низкая плотность и, таким образом, относительно небольшая масса для нагревания.

Серебряный чайник стильный, но не практичный способ хранения горячего напитка. Серебро проводит тепло лучше, чем многие предметы кухонного обихода, поэтому ручки этого чайника изолированы твердой резиной. Вследствие высокой проводимости, чайник будет быстро остывать. Популярность серебряных чайников создала рынок сбыта для чехлов на чайники.

Керамическая посуда больше подходит для запекания, поскольку она обладает низкой степенью проводимости и сохраняет больше тепловой энергии, чем металлическая. Благодаря своей медленной реакции на тепло, она служит буфером против неизбежных колебаний температуры, возникающих в духовке.

В отличие от алюминия, чугун обладает низкой теплоемкостью, вдвое меньшей, чем у алюминия. Из этого вы можете заключить, что он легко нагревается. Но вместо этого, чугунная форма нагревается медленно и передает удивительно равномерное тепло, благодаря своей высокой плотности и тяжести.

К счастью, есть единственная величина, объединяющая все три свойства, имеющие значение для качества посуды: проводимость, теплоемкость и плотность. Это коэффициент тепловой диффузии. Он определяет, насколько быстро материал передает импульс тепла.

Это всеохватывающее свойство вызывает макроскопическое поведение, которое мы ценим или бракуем в наших кастрюлях, сковородах и другой посуде. Говорят, что медная посуда хорошо «проводит» тепло, и, действительно, медь является прекрасным проводником. Но на самом деле, имеется в виду, что высокая проводимость и низкая теплоемкость уравновешены значительной плотностью. Значит, медная посуда нагревается не только быстро, но и равномерно. Короче говоря, означает, что она обладает высоким коэффициентом тепловой диффузии.

От дна сковороды до рукоятки

Каждый материал на вашей кухне по-разному реагирует на тепло. Каждое из четырех значений, приведенных ниже, отражают различные свойства, которые по существу влияют на теплопроводность. Температуропроводность – одно из наиболее используемых среди них: чем она выше, тем быстрее материал передает импульс тепла.

Алюминий

Плотность: 2 700 кг/м³ Теплопроводность: 120-180 Вт/м•К Температуропроводность: 48,84-73,26 мм²/с

Медь

Удельная теплоемкость: 390 Дж/кг•°C Плотность: 8 960 кг/м³ Теплопроводность: 401 Вт/м•К Температуропроводность: 114,8 мм²/с

Нержавеющая сталь

Удельная теплоемкость: 490 Дж/кг•°C Плотность: 7 849 кг/м³ Теплопроводность: 12,1-45,0 Вт/м•К Температуропроводность: 3,15-11,7 мм²/с

Чугун

Удельная теплоёмкость: 460 Дж/кг•°C Плотность: 7 210 кг/м³ Теплопроводность: 55 Вт/м•К Температуропроводность: 16,58 мм²/с

Серебро установленной пробы

Удельная теплоемкость: 245 Дж/кг•°C плотность: 10 200-10 300 кг/м³ Теплопроводность: 418 Вт/м К Температуропроводность: 167,3 мм²/с

Пенополистирольный холодильник

Удельная теплоемкость: 1 300 Дж/кг•°C Плотность: 100 кг/м³ Теплопроводность: 0,03 Вт/м•К Температуропроводность: 0,23 мм²/с

Стекло пирекс

Удельная теплоемкость: 84 Дж/кг•°C плотность: 2,230 кг/м³ Теплопроводность: 1,01 Вт/м•К Температуропроводность: 5,37 мм²/с

Деревянная разделочная доска

Удельная теплоемкость: 2 010 Дж/кг•°C Плотность: 590-930 кг/м³ Теплопроводность: 0,17 Вт/м•К Температуропроводность: 0,09-0,14 мм²/с

Силиконовые прихватки

Удельная теплоемкость: 1 460 Дж/кг•“C Плотность: 0,97 кг/м³ Теплопроводность: 0,15 Вт/м К Температуропроводность: 105,9 мм²/с

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

Поскольку 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 передатчики тепла. 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 при повышении 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 контрольный образец 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 данном 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 / 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 (POSS). 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 увеличения межфазного взаимодействия между ними.Обработка поверхности частиц с использованием силана оказалась более осуществимой, 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 отличную теплопроводность за счет увеличенной площади поверхности в результате улучшенной дисперсии графена и взаимодействий графен-эпоксид. Композиты с 4 phr нековалентно функционализированных графеновых нанолистов 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 обработанными ДМФ. В результате обработанные композиты на основе SWCNT показали повышенную теплопроводность, а композит с обработанным поверхностно-активным веществом композитом содержал больше SWCNT и давал 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 в результате дополнительной организованной перколяционной сети [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 по сравнению с чистыми 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 MWCNT, (C) обработанных кислотой MWCNT 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 МУНТ.

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.%	Пример 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
	Нитрид алюминия, обработанный силаном (AlN)	60 об.%	Образец 11.0 Вт / м K
Teng et al. [71]	Обработанные пиреном нековалентно функционализированные нанолисты графена	4 части на 100 частей	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 K

Теплопроводность – Энергетическое образование

Теплопроводность , часто обозначаемая [математика] \ каппа [/ математика] , – это свойство, которое связывает скорость потери тепла на единицу площади материала со скоростью изменения температуры.{\ circ} F} \ right) [/ math]. ^[3] Материалы с более высокой теплопроводностью являются хорошими проводниками тепловой энергии.

Поскольку теплопередача посредством теплопроводности включает в себя передачу энергии без движения материала, логично, что скорость передачи тепла будет зависеть только от разницы температур между двумя точками и теплопроводности материала.

Для получения дополнительной информации о теплопроводности см. Гиперфизика.

Значения для обычных материалов

Теплопроводность, [математика] \ каппа [/ математика] ^[4]

Материал	Электропроводность при 25 o C
Акрил	0.2
Воздух	0,024
Алюминий	205
Битум	0,17
Латунь	109
Цемент	1,73
Медь	401
Алмаз	1000
Войлок	0,04
Стекло	1,05
Утюг	80
Кислород	0.024
Бумага	0,05
Кремнеземный аэрогель	0,02
Вакуум	0
Вода	0,58

Из таблицы справа видно, что большинство материалов, которые обычно считаются хорошими проводниками, обладают высокой теплопроводностью. В основном металлы обладают очень высокой теплопроводностью, которая хорошо сопоставима с тем, что известно о металлах.Кроме того, изоляционные материалы, такие как аэрогель и изоляция, используемые в домах, имеют низкую теплопроводность, что указывает на то, что они не пропускают тепло через себя. Таким образом, низкая теплопроводность свидетельствует о хорошем изоляционном материале.

Промежуточные материалы не обладают значительными изолирующими или проводящими свойствами. Цемент и стекло не проводят слишком большое количество тепла и не обладают хорошей изоляцией.

Идея о том, что теплопроводность определенных материалов связана с тем, насколько хорошо они изолируют, обеспечивает связь между теплопроводностью и R-значениями / U-значениями.Поскольку значения U и R отражают, насколько хорошо определенный материал сопротивляется потоку тепла, теплопроводность играет роль в формировании этих значений. Однако значения U и R также зависят от толщины материала, тогда как теплопроводность этого не учитывает.

Для дальнейшего чтения

Список литературы

1. ↑ Гиперфизика. (12 мая 2015 г.). Теплопроводность [Онлайн]. Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/thercond.html
2. ↑ Р. Чабай, Б. Шервуд. (12 мая 2015 г.). Материя и взаимодействия , 3-е изд., Хобокен, Нью-Джерси, США: John Wiley & Sons, 2011
3. ↑ Д. Грин, Р. Перри. (12 мая 2015 г.). Справочник инженеров-химиков Перри , 7-е изд., McGraw-Hill, 1997.
4. ↑ The Engineering Toolbox. (12 мая 2015 г.). Теплопроводность обычных материалов и газов [Онлайн]. Доступно: http://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-d_429.html

Почему важна теплопроводность

01-мар-2016

Повышенная теплопроводность обеспечивает более высокую скорость теплопередачи в материале с фазовым переходом, сокращая время, необходимое для полной зарядки или разрядки PCM.

Аймара Олбери, доктор философии

Теплопроводность – это внутреннее свойство материала, которое выражает его способность проводить тепло. Его часто обозначают как κ, k или λ. Теплопроводность измеряется в ваттах на метр-кельвин (Вт / (м · К)) и, следовательно, является измерением скорости теплового потока через материал заданной толщины на площади поверхности, перпендикулярной источнику, в результате изменения температуры. градиент (рисунок 1). Для измерения теплопроводности используются два метода: установившийся и переходный.Для стационарных методов теплопроводность определяется, когда образец достигает температурного равновесия, и генерируется постоянный сигнал. Переходные (нестационарные) методы позволяют измерять теплопроводность во время нагрева образца.

Материалы с фазовым переходом (PCM) накапливают и выделяют энергию при переходе между твердым и жидким состояниями. Эта энергия находится в форме скрытого тепла. Тепловая энергия должна поступать либо в PCM, либо из него, чтобы произошел фазовый переход.Следовательно, время, необходимое для полной зарядки или разрядки ПКМ, напрямую зависит от его теплопроводности. Помимо увеличения теплопроводности ПКМ, есть несколько способов увеличить скорость плавления и замерзания ПКМ. К ним относятся увеличение турбулентности теплоносителя, увеличение площади поверхности, с которой соприкасается теплоноситель, и увеличение температурного градиента (ΔT) между PCM и теплоносителем.

Теплопроводность варьируется в зависимости от природы материала.Металлы, которые в основном используют электроны для передачи тепла, обычно имеют более высокие значения теплопроводности. Неметаллы, использующие фононы для теплопередачи, имеют более низкие. Органические ПКМ – это неметаллические соединения, которые обладают очень низкими значениями теплопроводности. Это свойство представляет проблему, когда PCM на биологической основе используются в приложениях, требующих быстрой зарядки и разрядки.

Были исследованы теплопроводящие добавки с целью улучшить общую теплопроводность таких ПКМ.Такие добавки, как расширенный графит, алюминий, медь и нитрид алюминия, могут увеличить общую чистую теплопроводность PCM и обеспечить более высокую скорость передачи тепла. Это может сократить время, необходимое для полной зарядки или разрядки PCM.

Другой подход, который может быть использован для минимизации неблагоприятного воздействия теплопроводности, заключается в использовании вариантов локализации, которые увеличивают площадь поверхности и сокращают расстояние от внешнего источника тепла до центра ПКМ.Увеличение площади поверхности, к которой может быть приложена тепловая нагрузка, и уменьшение расстояния, которое должно пройти тепло, увеличивают вероятность того, что PCM подвергнется полной зарядке или разрядке за более короткий период времени.

Увеличение турбулентности теплоносителя увеличивает скорость теплопередачи между жидкостью и PCM, тем самым улучшая скорость плавления и замерзания. Дополнительная турбулентность нарушает изолирующее покрытие, которое образуется между контейнером из ПКМ и теплоносителем в результате ламинарного потока.В некоторых случаях увеличение турбулентности теплоносителя невозможно.

Температурный градиент также играет важную роль в скорости плавления и замерзания ПКМ. Чем больше ΔT, тем выше скорость теплопередачи между PCM и теплоносителем, что заставляет PCM плавиться или замерзать быстрее. Однако, когда ΔT мала, скорость теплопередачи значительно снижается, что замедляет процесс плавления и замерзания. Однако в большинстве приложений PCM нельзя изменить температурный градиент между PCM и теплопередающим материалом для повышения скорости плавления и замерзания.

Почему важна теплопроводность (306 КБ)

Об авторе

Доктор Аймара Олбери присоединилась к Entropy Solutions в 2013 году, получив докторскую степень. по синтетической органической химии в Университете Алабамы. В 2007 году она получила степень бакалавра химии в Алабаме.

Теплопроводность графена – введение и последние новости

Теплопроводность графена

Теплоперенос в графене – это динамично развивающаяся область исследований благодаря исключительным свойствам теплопроводности графена и его потенциалу для использования в приложениях для управления температурным режимом.

Измеренная теплопроводность графена находится в диапазоне 3000-5000 Вт / мК при комнатной температуре, что является исключительным показателем по сравнению с теплопроводностью пиролитического графита, составляющей примерно 2000 Вт⋅м ^-1 ⋅K ^-1 ат. комнатная температура. Однако есть и другие исследования, которые считают, что это число преувеличено, и что плоская теплопроводность графена при комнатной температуре составляет около 2000–4000 Вт⋅м ⁻¹ ⋅K ^– 1 для свободно подвешенных образцов. .Это число до сих пор остается одним из самых высоких среди известных материалов.

Графен считается отличным проводником тепла, и несколько исследований показали, что он обладает неограниченным потенциалом теплопроводности в зависимости от размера образца, что противоречит закону теплопроводности (закон Фурье) в микрометровом масштабе. Как в компьютерном моделировании, так и в экспериментах исследователи обнаружили, что чем больше сегмент графена, тем больше тепла он может передавать. Теоретически графен может поглощать неограниченное количество тепла.

Теплопроводность увеличивается логарифмически, и исследователи полагают, что это может быть связано со стабильным рисунком склеивания, а также с тем, что он является двухмерным материалом. Поскольку графен значительно более устойчив к разрыву, чем сталь, а также легкий и гибкий, его проводимость может иметь некоторые привлекательные практические применения.

Но что такое теплопроводность?

Теплопроводность (или теплопроводность) – это перемещение тепла от одного объекта к другому, имеющему другую температуру, посредством физического контакта.Тепло может передаваться тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Теплопроводность очень распространена, и ее легко обнаружить в наших повседневных делах, например, когда мы греем руку грелкой и т. Д. Тепло течет от объекта с более высокой температурой к более холодному.

Теплообмен происходит на молекулярном уровне, когда тепловая энергия поглощается поверхностью и вызывает микроскопические столкновения частиц и движение электронов внутри этого тела. В процессе они сталкиваются друг с другом и передают энергию своему «соседу», и этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока добавляется тепло.

Процесс теплопроводности в основном зависит от температурного градиента (разницы температур между телами), длины пути и свойств материалов. Не все вещества являются хорошими проводниками тепла – например, металлы считаются хорошими проводниками, поскольку они быстро передают тепло, но такие материалы, как дерево или бумага, считаются плохими проводниками тепла. Материалы, которые плохо проводят тепло, называются изоляторами.

Как можно использовать потрясающие теплопроводные свойства графена?

Некоторые из потенциальных приложений для терморегулирования с использованием графена включают электронику, которая может значительно выиграть от способности графена рассеивать тепло и оптимизировать работу электроники.В микро- и наноэлектронике тепло часто является ограничивающим фактором для более мелких и более эффективных компонентов. Следовательно, графен и подобные материалы с исключительной теплопроводностью могут иметь огромный потенциал для такого рода приложений.

Теплопроводность графена может использоваться по-разному, включая материалы для термоинтерфейса (TIM), теплораспределители, термопаста (обычно тонкие слои между источником тепла, таким как микропроцессор и радиатор), нанокомпозиты на основе графена и т. Д. .

Теплопроводность

Теплопроводность

Теплопроводность – это свойство материала. Не будет отличаться от размеры материала, но это зависит от температуры, плотность и влажность материала. Тепловой проводимость материала зависит от его температуры, плотности и содержание влаги. Теплопроводность, обычно встречающаяся в таблицах, составляет значение действительно для нормальной комнатной температуры. Это значение не будет отличаться значительно между 273 и 343 К (0 – 70 ° C).Когда высокие температуры например, в духовках, влияние температуры должно быть учтено.

Как правило, легкие материалы являются лучшими изоляторами, чем тяжелые. потому что легкие материалы часто содержат воздухозаборники. Сухой неподвижный воздух имеет очень низкая проводимость. Слой воздуха не всегда будет хорошим изолятором, потому что тепло легко переносится излучением и конвекция.

Когда материал, например изоляционный, становится влажным, воздух корпуса наполняются водой и, поскольку вода является лучшим проводником чем воздух, увеличивается проводимость материала.Вот почему это очень важно устанавливать изоляционные материалы, когда они сухие и следите за тем, чтобы они оставались сухими.

Проводимость против проводимости

Электропроводность (k) – это свойство материала, означающее его способность проводить тепло через его внутреннюю структуру. Поведение по отношению к другому рука является свойством объекта и зависит как от его материала, так и от толщина. Электропроводность равна удельной электропроводности, умноженной на толщину, в дюймах. единиц Вт / м²К. Поскольку проводимость обратно пропорциональна удельному сопротивлению, поэтому общее сопротивление материала может быть выражено как его общее толщина, деленная на общую проводимость.В таблице ниже представлен список строительных материалов и их теплопроводности для сухой (закрытой) и влажные (наружные) условия.

Группа	Материал	Удельная масса (кг / м3)	Теплопроводность (Вт / мК)
			Сухой	мокрый
Металл	Алюминий	2800	204	204
	Медь	9000	372	372
	Свинец	12250	35	35
	Сталь, Чугун	7800	52	52
	цинк	7200	110	110
Натуральный камень	Базальт, Гранит	3000	3.5	3,5
	Bluestone, мрамор	2700	2,5	2,5
	Песчаник	2600	1,6	1,6
Кладка	Кирпич	1600-1900	0,6-0,7	0,9–1,2
	Кирпич силикатный	1900	0.9	1,4
		1000-1400	0,5-0,7
Бетон	Гравийный бетон	2300-2500	2,0 ​​	2,0 ​​
	Легкий бетон	1600-1900	0,7-0,9	1,2–1,4
		1000-1300	0.35-0,5	0,5-0,8
		300-700	0,12-0,23
	Пемзобетон	1000-1400	0,35-0,5	0,5-0,95
		700-1000	0,23-0,35
	Изоляционный бетон	300-700	0.12-0,23
	Ячеистый бетон	1000-1300	0,35-0,5	0,7–1,2
		400-700	0,17-0,23
	Шлакобетон	1600-1900	0,45-0,70	0,7–1,0
		1000-1300	0.23-0,30	0,35-0,5
Неорганическое	Асбестоцемент	1600-1900	0,35-0,7	0,9–1,2
	Гипсокартон	800-1400	0,23-0,45
	Гипсокартон	900	0,20
	Стекло	2500	0.8	0,8
	Пеностекло	150	0,04
	Минеральная вата	35-200	0,04
	Плитка	2000	1,2	1,2
Пластыри	Цемент	1900	0,9	1.5
	Лайм	1600	0,7	0,8
	Гипс	1300	0,5	0,8
Органический	Пробка (развернутая)	100-200	0,04–0,0045
	Линолеум	1200	0,17
	Резина	1200-1500	0.17-0,3
	ДВП	200-400	0,08-0,12	0,09-0,17
Дерево	Твердая древесина	800	0,17	0,23
	Хвойная древесина	550	0,14	0,17
	Фанера	700	0.17	0,23
	Оргалит	1000	0,3
	Мягкая плита	300	0,08
	ДСП	500–1000	0,1-0,3
	ДСП	350-700	0,1-0,2
Синтетика	Полиэстер (GPV)	1200	0.17
	Полиэтилен, полипропилен	930	0,17
	Поливинилхлорид	1400	0,17
Синтетическая пена	Пенополистирол, эксп. (ПС)	10-40	0,035
	То же, экструдированный	30-40	0.03
	Пенополиуретан (PUR)	30–150	0,025-0,035
	Твердая пена на основе фенольной кислоты	25-200	0,035
	ПВХ-пена	20-50	0,035
Изоляция полости	Изоляция стенок полостей	20-100	0.05
Битумные материалы	Асфальт	2100	0,7
	Битум	1050	0,2
Вода	Вода	1000	0,58
	Лед	900	2.2
	Снег свежий	80-200	0,1-0,2
	Снег старый	200-800	0,5–1,8
Воздух	Воздух	1,2	0,023
Почва	Почва лесная	1450	0.8
	Глина с песком	1780	0,9
	Влажная песчаная почва	1700	2,0 ​​
	Почва (сухая)	1600	0,3
Напольное покрытие	Плитка напольная	2000	1.5
	Паркет	800	0,17-0,27
	Ковер из нейлонового войлока	0,05
	Ковер (поролон)	0,09
	Пробка	200	0,06-0,07
	Шерсть	400	0.07

Что такое теплопроводность | 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].

Рис. 1. Процесс теплопроводности от горячей (T1) к холодной (T2) поверхности
Теплопроводность материалов играет важную роль в охлаждении электронного оборудования. От кристалла, в котором вырабатывается 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 кондуктивной теплопередачей, 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 другие физические свойства, теплопроводность может быть анизотропной в зависимости от материала (зависит от направления).Кристаллический 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 (рисунки 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 усовершенствование 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., Томанек Д., Необычно высокая теплопроводность углеродных нанотрубок, Physical Review Letters, Том 84, № 20, стр. 4613-4616, 2000 г.

.