Как рассчитать толщину стены по теплопроводности

В сводной таблице приведена информация, необходимая для расчета характеристик возводимых конструкций при использовании различных строительных материалов.

Удельная теплоемкость материалов

Теплоемкость – это физическая величина, описывающая способность того или иного материала накапливать в себе температуру от нагретой окружающей среды. Количественно удельная теплоемкость равна количеству энергии, измеряемой в Дж, необходимой для того, чтобы нагреть тело массой 1 кг на 1 градус. Ниже представлена таблица удельной теплоемкости наиболее распространенных в строительстве материалов.

Для того, чтобы рассчитать теплоемкость того или иного материала, необходимо обладать такими данными, как:

Удельная теплоемкость материалов
  • вид и объем нагреваемого материала (V);
  • показатель удельной теплоемкости этого материала (Суд);
  • удельный вес (mуд);
  • начальную и конечную температуры материала.

Теплопроводность – что это

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

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

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

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

Удельная теплоемкость материалов

Теплоемкость – это физическая величина, описывающая способность того или иного материала накапливать в себе температуру от нагретой окружающей среды. Количественно удельная теплоемкость равна количеству энергии, измеряемой в Дж, необходимой для того, чтобы нагреть тело массой 1 кг на 1 градус. Ниже представлена таблица удельной теплоемкости наиболее распространенных в строительстве материалов.

Удельная теплоемкость материалов

Для того, чтобы рассчитать теплоемкость того или иного материала, необходимо обладать такими данными, как:

  • вид и объем нагреваемого материала (V);
  • показатель удельной теплоемкости этого материала (Суд);
  • удельный вес (mуд);
  • начальную и конечную температуры материала.

Теплопроводность древесины при различной влажности и плотности

В таблице приведены значения теплопроводности любого типа древесины независимо от породы дерева в зависимости от плотности при различной объемной влажности. Данные приведены при положительных и отрицательных температурах вдоль и поперек волокон

Читайте также:  Поэтапное строительство дома из газобетона

древесины.

Теплопроводность древесины при различной влажности и плотности

Для деревообработки используются гораздо меньше энергоресурсов, чем для других строительных материалов.

  • В 4 раза меньше, чем для бетона.
  • В 6 раз меньше, чем для пластмассы.
  • В 24 раза меньше, чем для стали.
  • В 126 раз меньше, чем для алюминия.

Дерево в 6 раз больше изолирующего, чем кирпич, и в 15 раз больше изолирующего, чем бетон, что приводит к значительной экономии тепла. Например, среднее потребление энергии шведской семьей на 50% ниже, чем у французской семьи. Отмечается, что расчетное значение для этого типа стены ниже, что обеспечивает отличную теплоизоляцию. Теплопроводность в таблице указана для древесины с плотностью (объемным весом) от 400 до 800 кг/м 3 . Теплопроводность дана при объемной влажности древесины в пределах от 0 до 30 %.

Теплопроводность древесины при различной влажности и плотности

При увеличении плотности и влажности древесины ее теплопроводность возрастает, как вдоль, так и поперек волокон дерева. Значение теплопроводности древесины представлено в таблице в диапазоне от минимального до максимального. Размерность теплопроводности . Например, при положительных температурах и влажности 20%, максимальная теплопроводность древесины плотностью 400 кг/м 3 будет равна 0,438 Вт/(м·град).

Для сравнения, бетонная стена для достижения тех же теплоизоляционных свойств должна иметь толщину более 2, 5 метров! По этим причинам затраты на отопление зимой или кондиционирование летом в доме на сэндвич-древесине значительно ниже, чем в обычных зданиях. Комфорт дома дополняется звукоизоляцией, прямо пропорциональной деревянным и тепловым сооружениям.

Комфорт древесины Деревянная конструкция улучшает комфорт людей, живущих в ней из-за того, что стены не холодные и влажные. Кроме того, при строительстве из древесины вы получаете около 5-7% полезной поверхности по отношению к мокрому зданию. Кроме того, древесина позволяет отличную архитектурную свободу при дизайне вашего дома.

Теплопроводность древесины при различной влажности и плотности

Факторы влияния на теплопроводность

Теплопроводность зависит от плотности и толщины теплоизолята, поэтому важно учитывать ее при покупке. Плотность – это масса одного кубометра материалов, которые по этому критерию классифицируются как очень легкие, легкие, средние и жесткие. Легкие пористые изделия применяются для покрытия внутренних стен, несущих перегородок, плотные – для наружных работ.

Факторы влияния на теплопроводность

Модификации с меньшей плотностью легче по весу, но имеют лучшие параметры теплопроводности. Сравнение утеплителей по плотности представлено в таблице.

Факторы влияния на теплопроводность
Материал Показатель плотности, кг/м3
Минвата 50-200
Экструдированный пенополистирол 33-150
Пенополиуретан 30-80
Мастика из полиуретана 1400
Рубероид 600
Полиэтилен 1500
Факторы влияния на теплопроводность

Чем выше плотность, тем меньше уровень пароизоляции.

Факторы влияния на теплопроводность

Толщина материала также влияет на степень теплопередачи. Если она избыточная, нарушается естественная вентиляция помещений. Маленькая толщина становится причиной мостов холода и образования конденсата на поверхности. В результате стена покроется плесенью и грибком. Сравнить параметры толщины материалов можно в таблице.

Факторы влияния на теплопроводность
Материал Толщина, мм
Пеноплекс 20
Минвата 38
Ячеистый бетон 270
Кладка из кирпича 370
Факторы влияния на теплопроводность

При подборе толщины стоит учитывать климат местности, материал постройки.

Факторы влияния на теплопроводность

Калькулятор теплопроводности стены онлайн: расчет ограждающих конструкций

При выборе котла и определении необходимости дополнительного утепления дома важно знать теплопотери его конструкций, в частности наружных стен. Калькулятор теплопроводности стены онлайн поможет произвести расчеты быстро и точно.

Допустимые значения

Выполняя теплотехнический расчет наружной стены, учитывают также и регион, в котором будет располагаться дом:

  • Для южных регионов с теплыми зимами и небольшими перепадами температур можно возводить стены небольшой толщины из материалов со средней степенью теплопроводности – керамический и глиняный обожженный одинарный и двойной, кирпич, пено- и газобетон большой плотности. Толщина стен для таких регионов может быть не более 20 см.
  • В то же самое время для северных регионов целесообразнее и экономически выгоднее строить ограждающие стеновые конструкции средней и большой толщины из материалов с большим термическим сопротивлением – оцилиндрованное бревно, газо- и пенобетон средней плотности. Для таких условий возводят стеновые конструкции толщиной до 50–60 см.
  • Для регионов с умеренным климатом и чередующимися по температурному режиму зимами подходят стены из материалов с высоким и средним значением термического сопротивления – газо- и пенобетон, брус, оцилиндрованное бревно среднего диаметра. В таких условиях толщина стеновых ограждающих конструкций с учетом утеплителей составляет не более 40–45 см.

Важно! Наиболее точно рассчитывает термическое сопротивление стеновых конструкций калькулятор теплопотерь, в котором учитывается регион расположения дома.

Читайте также:  Все о душевых кабинах из стеклоблоков, плюс инструкция по монтажу

Теплопередача различных материалов

Одним из основных факторов, влияющих на теплопроводность стены, является стройматериал, из которого она возведена. Такая зависимость объясняется его строением. Так, наименьшей теплопроводностью обладают материалы с небольшой плотностью, у которых частицы располагаются достаточно рыхло и имеется большое количество пор и пустот, заполненных воздухом. К ним относятся различные виды древесины, легких пористых бетонов – пено-, газо-, шлакобетоны, а также пустотные силикатные кирпичи.

К материалам с высокой теплопроводностью и низким термическим сопротивлениям относятся различные виды тяжелых бетонов, монолитный силикатный кирпич. Такая особенность объясняется тем, что частицы в них располагаются очень близко друг к другу, без пустот и пор. Это способствует более быстрой передаче тепла в толще стены и большой теплопотере.

Таблица. Коэффициенты теплопроводности строительных материалов (СНиП ІІ 03 79)

Материал Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии, Вт/м×0С
Железобетон 1,69
Бетон на основе гравия, щебня из природного камня 1,51
Силикатный кирпич на песчано-цементном растворе 0,70
Туфобетон 0,64
Глиняный кирпич на песчано-цементном растворе 0,56
Глиняный кирпич обыкновенный 0,52
Пемзобетон 0,52
Пустотный керамический кирпич с плотностью 1300 кг/м3 0,47
Пустотный керамический кирпич с плотностью 1400 кг/м3 0,41
Шлакобетон 0,41
Газобетон и пенобетон 0,29
Древесина 0,09-0,1

: как самостоятельно подсчитать теплопотери в доме

Таким образом, теплотехнический расчет ограждающих конструкций является очень важным как для строящегося дома, так и для уже давно построенного здания. В первом случае правильный теплорасчет позволит сэкономить на отоплении, во втором – подобрать оптимальный по толщине и составу утеплитель.

Понятие теплопроводности

В общих чертах процесс теплопроводности характеризуется передачей тепловой энергии от более нагретых частиц твердого тела к менее нагретым. Процесс будет идти до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие. Другими словами, пока не сравняются температуры.

Применительно к ограждающим конструкциям дома (стены, пол, потолок, крыша) процесс теплопередачи будет определяться временем, в течение которого температура внутри помещения сравняется с температурой окружающей среды.

Чем более продолжителен по времени будет этот процесс, тем помещение будет более комфортным по ощущениям и экономичным по эксплуатационным расходам.

Численно процесс переноса тепла характеризуется коэффициентом теплопроводности.

Физический смысл коэффициента показывает, какое количество тепла за единицу времени проходит через единицу поверхности. Т.е. чем выше значение этого показателя, тем лучше проводится тепло, значит, тем быстрее будет происходить процесс теплообмена.

Соответственно, на этапе проектных работ необходимо спроектировать конструкции, теплопроводность которых должна иметь по возможности наименьшее значение.

Коэффициенты морозостойкости, теплоемкости и теплопроводности кирпича

Сфера применения материала определяется его эксплуатационными характеристиками. Комплекс рассматриваемых свойств должны соответствовать требованиям, предъявляемых строительному кирпичу при сооружении внешних стен, перекрытий, фундамента. Возведение конструкций подразумевает выбор изделий различного назначения:

  • Силикатный – рядовой, лицевой, пустотелый, полнотелый.
  • Керамический – жаростойкий и все разновидности предыдущего вида.
  • Клинкерный – для облицовки фасадов.

Показатели определяют энергопотребление дома, затраты на обогрев помещений. Проектирование сооружений, расчеты ограждающих конструкций учитывают эти параметры.

Коэффициенты морозостойкости, теплоемкости и теплопроводности кирпича

Коэффициент теплопроводности

Материалы обладают свойством проводить тепло от нагретой поверхности в более холодную область. Процесс происходит в результате электромагнитного взаимодействия атомов, электронов и квазичастиц (фононы). Основной показатель величины – коэффициент теплопроводности (λ, Вт/), определяемый как количество теплоты, проходящее через единицу площади сечения за единичный интервал времени. Малое значение положительно влияет на сохранение теплового режима.

Согласно ГОСТ 530-2012 эффективность кладки в сухом состоянии характеризуется коэффициентом теплопроводности:

  • ≤ – высокая;
  • 0.2 Теплоемкость

Необходимое количество тепла, подведенного к телу для увеличения температуры на 1 Кельвин – определение понятия «полная теплоемкость». Единица измерения: Дж/К или Дж/°C. Чем больше объем и масса тела (толщина стен и перекрытий), тем выше теплоемкость материала, лучше поддерживается благоприятный температурный режим. Наиболее точно это свойство подтверждают характеристики:

  • Удельная теплоемкость кирпича – количество тепла, необходимое для нагрева единичной массы вещества за единичный интервал времени. Единица измерения: Дж/кг*К или Дж/кг*°C. Используется для инженерных расчетов.
  • Объемная теплоемкость – количество тепла, потребляемое телом единичного объема для нагрева за единицу времени. Измеряется в Дж/м³*К или Дж/кг*°C.
Коэффициенты морозостойкости, теплоемкости и теплопроводности кирпича
Вид изделия Удельная теплоемкость, Дж/кг*°С
Красный полнотелый 880
пустотелый 840
Силикатный полнотелый 840
пустотелый 750

Тепловая конвекция непрерывна: радиаторы нагревают воздух, который передает тепло стенам. При понижении температуры в помещениях происходит обратный процесс. Увеличение удельной теплоемкости, снижение коэффициента теплопроводности стен обеспечивают сокращение затрат на обогрев дома. Толщина кладки может быть оптимизирована рядом действий:

  • Применение теплоизоляции.
  • Нанесение штукатурки.
  • Использование пустотного кирпича или камня (исключено для фундамента здания).
  • Кладочный раствор с оптимальными теплотехническими параметрами.

Таблица с характеристиками различных видов кладок. Использованы данные СП :

Обыкновенный г линяный кирпич на различном кладочном растворе

Пустотный красный различной плотности (кг/м³) на ЦПС

Коэффициенты морозостойкости, теплоемкости и теплопроводности кирпича

Морозостойкость кирпичной кладки

Устойчивость к воздействию отрицательных температур – показатель, влияющий на прочность и долговечность конструкции. Кладка в процессе эксплуатации насыщается влагой. В зимний период вода, проникая в поры, превращается в лед, увеличивается в объеме и разрывает полость, в которой находится – происходит разрушение. Морозоустойчивость, как правило, низкая, водопоглощение не должно превышать 20 %.

Определение количества циклов замораживания и оттаивания без потери прочности каждого вида изделия позволяет выявить морозоустойчивость (F). Значение получают опытным путем. В лаборатории проводят многократную заморозку в холодильных камерах и естественное оттаивание образцов.

Коэффициент морозостойкости – отношение прочности на сжатие опытного и исходного элемента. Изменение показателя более 5 %, наличие трещин, отколов сигнализируют об окончании испытаний. Марки изделий содержат характеристики по морозостойкости: F15 (20, 25, 35, 50, 75, 100, 150). Цифровой параметр указывает на количество циклов: чем выше число, тем надежнее возводимая система.

Приобретение кирпича высокой марки морозостойкости опустошит бюджет, заложенный на строительство. Меры по улучшению свойств конструкций, продлению срока эксплуатации в зонах холодного климата без увеличения расходов:

  • Применение паро- и гидроизоляции.
  • Обработка кладки гидрофобными составами.
  • Контроль, своевременное исправление дефектов.
  • Надежная гидроизоляция фундамента.
Коэффициенты морозостойкости, теплоемкости и теплопроводности кирпича

От выбора материала для кладки, его удельной теплоемкости, теплопроводности, морозостойкости зависит срок и комфорт эксплуатации дома. Сложные расчеты, составление сметы расходов лучше доверить опытным специалистам, имеющим опыт в строительстве и проектировании.

Теплопроводность бетона и утепление зданий

Решение о теплоизоляции стен возводимых зданий принимается в зависимости от того, из каких видов бетона производится сооружение стен. Бетонные изделия делятся на следующие виды:

  • конструкционные, применяемые для капитальных стен. Отличаются повышенной нагрузочной способностью, увеличенной плотностью, а также способностью ускоренными темпами проводить тепло;
  • теплоизоляционные, используемые в ненагруженных конструкциях. Характеризуются уменьшенным удельным весом, ячеистой структурой, благодаря которой снижается теплопроводность стен.

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

Для поддержания комфортной температуры в помещении можно возводить стены из различных видов бетона. При этом толщина стен будет существенно изменяться. Одинаковый уровень теплопроводности капитальных стен обеспечивается при следующей толщине:

  • пенобетон – 25 см;
  • керамзитобетон – 50 см;
  • кирпичная кладка – 65 см.

Для поддержания благоприятного микроклимата, в рамках мероприятий по энергосбережению, выполняется теплоизоляция строительных конструкций. На стадии разработки проекта специалисты определяют возможные пути потери тепла и выбирают оптимальный вариант утеплителя.

Сравнительный график коэффициентов теплопроводности некоторых строительных материалов и утеплителей

Основной объем тепловых потерь происходит из-за недостаточно эффективной теплоизоляции следующих частей здания:

  • поверхности пола;
  • капитальных стен;
  • кровельной конструкции;
  • оконных и дверных проемов.

О понятии теплопроводности

Теплопроводностью обладают все твердые, жидкие и газообразные вещества. Энергию от нагретого участка более холодному передают хаотично движущиеся частицы — молекулы, атомы, электроны. Чем ближе друг к другу они расположены, тем активнее происходит теплообмен.

Плотность материала напрямую влияет на его способность проводить тепло. Например, кирпич по сравнению с ячеистым бетоном более плотный, лучше проводит тепловую энергию. Кирпичная стена толщиной 500 мм также защищает помещение от теплопотерь, как легкобетонная толщиной 300 мм. Железобетон плотнее керамзитобетона в три раза, соответственно, он более теплопроницаемый.

Бетон представляет собой сложную неоднородную структуру. Входящие в состав компоненты обладают разной способностью теплопередачи. Наименьшую имеет воздух в капиллярах цементного камня и микрополостях внутри заполнителя. Чем материал пористее, тем хуже передается тепловая энергия.

Закономерную связь между видом заполнителя и теплопроводностью бетона подтверждают опыты материаловедов Довжика В. Г., Миснара А. Они установили, что чем мельче размер замкнутых пор в теле монолита, тем хуже передается тепло.

Третий фактор, влияющий на теплопроводность — влажность. Вода проводит тепло в 20 раз лучше воздуха. Заполняя поры бетона, она ухудшает теплоизоляционные качества. Зимой возможно промерзание увлажненного слоя ограждающей конструкции.