Теплопроводность материалов таблица, СНиП
В современном мире важным аспектом частного дома является его энергоэффективность. То есть способность тратить минимальное количество энергии на поддержание комфортного климата в доме. Чтобы тратить меньше энергии, необходимо позаботится о сокращении ее потерь.
Теплопроводность материалов — это способность материала сохранять тепло в холодное время и удерживать прохладу летом.
Теплоёмкость — количество теплоты, поглощаемой (выделяемой) телом в процессе нагревания (остывания) на 1 кельвин.
Плотность — отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.
Теплопроводность строительных материалов
Проектированием по технологиям энергоэффективных домов должны заниматься специалисты, но в реальной жизни все может быть иначе. Случается так, что владельцы домов по ряду причин вынуждены самостоятельно подбирать материалы для строительства. Им также потребуется рассчитать теплотехнические параметры, на основании которых будут проводиться термоизоляция и утепление. Поэтому нужно иметь хотя бы минимальные представления о строительной теплотехнике и ее основных понятиях, таких как коэффициент теплопроводности, в каких единицах измеряется и как просчитывается. Знание этих «азов» поможет правильно утеплить свой дом и экономно его отапливать.
Что такое теплопроводность
Если говорить простыми словами, то теплопроводность – это передача тепла от более горячего тела к менее горячему. Если не углубляться в подробности, то все физические материалы и вещества могут передавать тепловую энергию.
Ежедневно, даже на самом примитивном бытовом уровне мы сталкиваемся с теплопроводностью, которая проявляется у каждого материала по-разному и в очень отличающейся степени. Для примера, если мешать кипящую воду металлической ложкой – можно очень скоро получить ожег, так как ложка нагреется почти моментально. Если же использовать деревянную лопатку, то нагреваться она будет очень медленно. Этот пример наглядно показывает разницу теплопроводности у металла и дерева – у металла она в разы выше.
ИНТЕРЕСНО: Вредные строительные материалы. Причины. Последствия. Альтернатива
Коэффициент теплопроводности
Для оценки теплопроводности любого материала используется коэффициент теплопроводности (λ), который измеряется в Вт/(м×℃) или Вт/(м×К). Этот коэффициент обозначает количество тепла, которое может провести любой материал, не зависимо от своего размера, за единицу времени на определённое расстояние. Если мы видим, что какой-то материал имеет большое значение коэффициента, то он очень хорошо проводит тепло и его можно использовать в роли обогревателей, радиаторов, конвекторов. К примеру, металлические радиаторы отопления в помещениях работают очень эффективно, отлично передавая нагрев от теплоносителя внутренним воздушным массам в помещении.
Если же говорить о материалах, используемых при строительстве стен, перегородок, крыши, то высокая теплопроводность – явление нежелательное. При высоком коэффициенте здание теряет слишком много тепла, для сохранения которого внутри помещения нужно будет сооружать довольно толстые конструкции. А это влечет за собой дополнительные финансовые затраты.
Коэффициент теплопроводности зависит от температуры. По этой причине в справочной литературе указывается несколько значений коэффициента, которые изменяются при увеличении температур. На проводимость тепла влияют и условия эксплуатации. В первую очередь речь идет о влажности, так как при увеличении процента влаги коэффициент теплопроводности также возрастает. Поэтому проводя такого рода расчеты нужно знать реальные климатические условия, в которых здание будет построено.
Сопротивление теплопередаче
Коэффициент теплопроводности – важная характеристика любого материала. Но эта величина не совсем точно описывает теплопроводные способности конструкции, так как не учитывает особенности ее строения. Поэтому более целесообразно просчитывать сопротивление теплопередачи, которое по своей сути является обратной величиной коэффициента теплопроводности. Но в отличие от последнего при расчете учитывается толщина материала и другие важные особенности конструкции.
Не менее важная задача – прогнозирование тепловых потерь, без которого невозможно правильно спланировать систему отопления и создать идеальную термоизоляцию. Такие вычисления могут понадобиться при выборе оптимальной модели котла, количества необходимых радиаторов и правильной их расстановки.
Для определения тепловых потерь через любую конструкцию нужно знать сопротивление, которое вычисляется с помощью разницы температур и количества теряемого тепла, уходящего с одного квадратного метра ограждающей конструкции. И так, если мы знаем площадь конструкции и ее термическое сопротивление, а также знаем для каких климатических условий производится расчет, то можем точно определить тепловые потери. Есть хороший калькулятор расчета теплопотерь дома ( он может даже посчитать сколько будет уходить денег на отопление, примерно конечно).
Такие расчеты в здании проводятся для всех ограждающих конструкций, взаимодействующих с холодными потоками воздуха, а затем суммируются для определения общей потери тепла. На основании полученной величины проектируется система отопления, которая должна полностью компенсировать эти потери. Если же потери тепла получаются слишком большими, они влекут за собой дополнительные финансовые затраты, а это не всем «по карману». При таком раскладе нужно задуматься об улучшении системы термоизоляции.
Отдельно нужно поговорить про окна, для них сопротивление теплопередаче определяются нормативными документами. Самостоятельно проводить расчеты не нужно. Существуют уже готовые таблицы, в которых внесены значения сопротивления для всех типов конструкций окон и балконных дверей.
Тепловые потери окон рассчитываются исходя из площади, а также разницы температур по разные стороны конструкции.
Расчеты, приведенные выше, подходят для новичков, которые делают первые шаги в проектировании энергоэффективных домов. Если же за дело берется профессионал, то его расчеты более сложные, так как дополнительно учитывается множество поправочных коэффициентов – на инсоляцию, светопоглощение, отражение солнечного света, неоднородность конструкций расположение дома на участке и другие.
Основные показатели энергоэффективности строительных материалов и конструкций
Разберёмся, что такое коэффициент теплопроводности λ (лямбда), сопротивление теплопередаче R и коэффициент теплопередачи U.
Теплотехнические свойства строительных материалов и конструкций имеют три важнейших показателя (λ, R и U), которые влияют на энергоэффективность зданий. Для выбора технологии строительства, которая лучше всего отвечает современным требованиям к энергосбережению, необходимо понимать различия между этими показателями и то, какие свойства конструкции они определяют.
Эти три параметра тесно связаны между собой. При этом коэффициент теплопроводности λ является характеристикой материала, в то время как сопротивление теплопередаче R и коэффициент теплопередачи U зависят от λ и относятся к свойствам строительных конструкций.
Что такое теплопроводность и коэффициент теплопроводности?
Теплопроводность – это способность тел проводить тепловую энергию от более нагретых частей к менее нагретым. Теплопроводность определяется количеством теплоты, проходящей за единицу времени через единицу толщины материала.
Коэффициент теплопроводности λ – это мера, которая выражает способность материала толщиной 1 метр пропускать количество теплоты в Джоулях за 1 секунду при разности температур на противоположных поверхностях материала 1 градус Кельвина или Цельсия и измеряется в Вт/(м∙К).
Коэффициент теплопроводности λ
В большинстве случаев коэффициент теплопроводности определяется экспериментально путём измерения теплового потока и градиента температур в исследуемом материале. Он зависит не только от типа материала, но и от температуры, влажности, плотности и т.п.
Усреднённые показатели для различных материалов
| Материал | λ, Вт/(м∙К) |
| Железобетон | 2,04 |
| Керамический кирпич | 0,75 |
| Газобетон | 0,23 |
| Древесина | 0,14 |
| Минеральная вата | 0,043 |
| Вспененный полистирол (пенопласт) | 0,037 |
| Экструдированный полистирол | 0,032 |
| Пенополиизоцианурат (PIR) | 0,022 |
Материалы с лучшими теплоизоляционными свойствами имеют более низкие значения коэффициента теплопроводности λ. Следует отметить, что существует несколько способов определения λ, позволяющих при различных условиях для одного и того же материала получать разные значения.
Сравнение коэффициентов теплопроводности для пенополиизоцианурата (PIR), полученных в стеновой конструкции из сэндвич-панелей толщиной 100 мм
| Коэффициент теплопроводности | λ, Вт/(м∙К) | R, (м 2 ∙К)/Вт | U, Вт/(м 2 ∙К) | |
| 1 | λ0 расч | 0,0179 | 5,75 | 0,1739 |
| 2 | λ10, 0 расч | 0,0181 | 5,68 | 0,1761 |
| 3 | λ25, 0 расч | 0,0186 | 5,54 | 0,1805 |
| 4 | λ25, А эксп | 0,023 | 4,51 | 0,2217 |
| 5 | λ25, А эф эксп | 0,024 | 4,33 | 0,2310 |
| 6 | λ25, Б эксп | 0,031 | 3,38 | 0,2959 |
| 7 | λ10, А декл | 0,022 | 4,70 | 0,2128 |
| 8 | λ25, Б расч | 0,040 | 2,66 | 0,3759 |
Сравнение коэффициентов теплопроводности для минеральной ваты (W), полученных в стеновой конструкции из сэндвич-панелей толщиной 150 мм
| Коэффициент теплопроводности | λ, Вт/(м∙К) | R, (м 2 ∙К)/Вт | U, Вт/(м 2 ∙К) | |
| 1 | λ0 расч поперёк | 0,0317 | 4,89 | 0,2045 |
| 2 | λ10, А расч поперёк | 0,0337 | 4,61 | 0,2169 |
| 3 | λ25, А эксп поперёк | 0,0370 | 4,21 | 0,2375 |
| 4 | λ25, А эксп вдоль | 0,0380 | 4,11 | 0,2433 |
| 5 | λ25, А эф эксп вдоль | 0,0390 | 4,01 | 0,2494 |
| 6 | λ10, Б эксп вдоль | 0,0406 | 3,85 | 0,2597 |
| 7 | λ10, А декл вдоль | 0,0430 | 3,64 | 0,2747 |
| 8 | λ25, Б расч вдоль | 0,0490 | 3,22 | 0,3106 |
- λ0 расч / λ10, А расч поперёк – минимально возможная расчётная теоретическая
PIR – в абсолютно сухом состоянии (влажность 0%)
W – ориентация волокон поперёк направления распространения теплового потока, режим эксплуатации А (влажность до 0,5%) - λ10, 0 расч / λ10, А расч поперёк – для одной сэндвич-панели, расчётная при 10 °С
PIR – в абсолютно сухом состоянии (влажность 0%)
W – ориентация волокон поперёк направления распространения теплового потока, режим эксплуатации А (влажность до 0,5%) - λ25, 0 расч / λ25, А эксп поперёк – для одной сэндвич-панели при 25 °С
PIR – расчётная в абсолютно сухом состоянии (влажность 0%)
W – экспериментальная, ориентация волокон поперёк направления распространения теплового потока, режим эксплуатации А (влажность до 0,5%) - λ25, А эксп / λ25, А эксп вдоль– для одной сэндвич-панели при 25 °С
PIR – режим эксплуатации А (влажность до 2%)
W – ориентация волокон по направлению распространения теплового потока, режим эксплуатации А (влажность до 0,5%) - λ25, А эф эксп / λ25, А эф эксп вдоль – эффективная экспериментальная, для стеновой конструкции из сэндвич-панелей при 25 °С
PIR – режим эксплуатации А (влажность до 2%)
W – ориентация волокон по направлению распространения теплового потока, режим эксплуатации А (влажность до 0,5%) - λ25,Б эксп / λ10, Б эксп вдоль – экспериментальная, для стеновой конструкции из сэндвич-панелей
PIR – при 25 °С, режим эксплуатации Б (влажность до 5%)
W – при 10 °С, ориентация волокон по направлению распространения теплового потока, режим эксплуатации Б (влажность до 1%) - λ10, А декл / λ10, А декл вдоль – декларируемая (максимально возможный худший результат), для стеновой конструкции из сэндвич-панелей при 10 °С
PIR – режим эксплуатации А (влажность до 2%)
W – ориентация волокон по направлению распространения теплового потока, режим эксплуатации А (влажность до 0,5%) - λ25, Б расч / λ25, Б расч вдоль – расчётная, максимально возможная нормативная при 25 °С
PIR – режим эксплуатации Б (влажность 5%)
W – ориентация волокон по направлению распространения теплового потока, режим эксплуатации Б (влажность 1-2,5%)
Для стеновой конструкции из сэндвич-панелей определяющим является показатель λ25, А эф эксп, поэтому в декларациях соответствия на панели Ruukki всегда указывается именно этот коэффициент. Обязательное использование в расчётах энергоэффективности конструкций зданий именно λ25, А эф эксп обусловлено тем, что ДСТУ Б В.2.7-182:2009 регламентирует стандартные условия испытаний характеристик теплопроводности при температуре 25 °С и влажности материала в пределах до 0,5% (W) и до 2% (PIR). В то же время, в странах Евросоюза принято определять характеристики теплопроводности при температуре 10 °С, поэтому в Украине для продукции производства ЕС необходимо дополнительно получать эти показатели, определённые при температуре 25 °С.
Следует отметить, что для расчёта термосопротивления наружной ограждающей конструкции применение других показателей, кроме λ25, А эф эксп является неправильным, поэтому для выбора оптимальной толщины сэндвич-панелей очень важно понимать, какой именно показатель λ подразумевает производитель. Для примера: ДБН В.2.6-31:2021 регламентирует минимально допустимые значения сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций жилых и общественных зданий для I температурной зоны Rqmin=4,0 (м 2 ∙К)/Вт. Для соответствия стеновых конструкций требованиям этого ДБН, если принимать в расчёт определяющий λ25, А эф эксп, необходимо применять минераловатные сэндвич-панели Ruukki толщиной 150 мм. При этом, если использовать более «рекламный» λ0 расч, то якобы достаточно панели толщиной 120 мм, однако на самом деле это не соответствует действительности. Поэтому важно смотреть не только на числовое значение λ, а и на то, какой именно показатель предоставляет поставщик. Иначе, в погоне за экономией, можно выбрать ложную толщину сэндвич-панелей, что приведёт к повышенным затратам на отопление и кондиционирование в процессе эксплуатации здания.
Что такое сопротивление теплопередаче R?
Сопротивление теплопередаче R – это способность конструкции препятствовать распространению теплового движения молекул. Величина R показывает как конструкция определенной толщины сопротивляется передаче тепла через себя и определяется разностью температур в градусах Кельвина или Цельсия на противоположных поверхностях конструкции, необходимой для переноса 1 Вт мощности энергии через 1 м 2 площади этой конструкции и измеряется в (м 2 ∙К)/Вт.
Для расчёта сопротивления теплопередаче многослойной термически однородной ограждающей конструкции R∑ используется формула, учитывающая различные материалы этой конструкции и коэффициенты αВ (внутренняя) и αН (наружная).
Для упрощённого понимания можно сказать, что сопротивление теплопередаче R – это толщина материала в метрах, разделённая на его коэффициент теплопроводности λ, что показывает насколько хорошо он сопротивляется теплопередаче при определенной толщине. Следовательно, чем толще конструкция и чем ниже коэффициенты теплопроводности её материалов, тем она более энергоэффективна.
Приведенное сопротивление теплопередаче R∑пр учитывает все фактические потери тепла через ограждающую конструкцию, в том числе в зонах замковых соединений и стыков, угловых соединений, тепловых включений, точечных потерь, крепёжных элементов и прочее. На основе экспериментальных данных по измерению приведенного сопротивления теплопередаче конкретной конструкции вычисляется λ25, А эф эксп, который в дальнейшем используется для расчёта R∑пр аналогичных проектируемых конструкций.
Расчёт R∑пр термически неоднородной непрозрачной ограждающей конструкции производится по формуле:
ДСТУ Б В.2.6-189:2013 регламентирует, что при проектировании ограждающих конструкций обязательно выполнение условия R∑пр ≥ Rqmin.
Расчётная толщина стеновых конструкций из разных материалов для достижения сопротивления теплопередаче R=4,0 (м2∙К)/Вт
Конструкция с лучшей теплоизоляцией обеспечивает необходимое значение R при минимальной толщине и сохраняет тепло так же, как более толстые конструкции, при этом позволяет получать больше пространства внутри здания.
Сопротивление теплопередаче R и коэффициент теплопередачи U
Что такое коэффициент теплопередачи U?
Коэффициент теплопередачи U – это количество теплоты в Джоулях, передаваемое через конструкцию площадью поверхности 1 м 2 за 1 секунду при разности температур на противоположных поверхностях 1 градус Кельвина или Цельсия.
Величина U обратно пропорциональна сопротивлению теплопередаче и измеряется в Вт/(м 2 ∙К).
Коэффициент теплопередачи показывает способность конструкции передавать тепло от более нагретого к менее нагретому помещению или между внешней средой и внутренним помещением здания. Чем ниже значение U, тем лучше теплоизоляция здания.
Также существует более расширенная формула определения U, дополнительно предусматривающая все фактические потери тепла через внешние ограждающие конструкции, однако результаты такого вычисления идентичны расчёту по сокращённой формуле.
Где искать λ, R и U?
Производители теплоизоляционных строительных конструкций должны предоставлять информацию о λ, R и U в описании продукции, размещённом в открытом доступе, или в декларациях соответствия, если их наличие предусмотрено действующим законодательством. К примеру, коэффициент теплопроводности λ, приведенное сопротивление теплопередаче R и коэффициент теплопередачи U для сэндвич-панелей Ruukki указаны в декларациях, размещённых на сайте Rauta. Задекларированные теплоизоляционные характеристики панелей обязаны подтверждаться протоколами сертификационных испытаний, которые должны быть в наличии у производителя. К сожалению, в Украине многие поставщики сэндвич-панелей не заботятся о подтверждении теплоизоляционных характеристик испытаниями и расчётами, а декларируют выдуманные значения.
Кроме определения параметров ограждающих конструкций при проектировании, показатели λ, R и U также используются для расчёта энергоэффективности зданий и контроля тепловых параметров в процессе эксплуатации.
В отдельных случаях ограждающие конструкции могут иметь сложную конфигурацию и поэтому параметры теплоизоляции определить трудно. Тогда рекомендуется обращаться к производителю материалов за помощью в расчёте энергоэффективности здания.
Источник https://svoydom.info/%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C-%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B0%D0%BB%D0%BE%D0%B2-%D1%82%D0%B0%D0%B1%D0%BB%D0%B8%D1%86%D0%B0/
Источник https://rautagroup.com/ru/osnovnye-pokazateli-energoeffektivnosti-stroitelnyh-materialov-i-konstruktsij/