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.
Блог о правильном строительстве зданий: дома, квартиры, дачи или бани, а также о том, как правильно сделать ремонт в подобных строениях. Все статьи я пишу основываясь на собственном строительном опыте, а также советах мастеров — моих знакомых. Читайте, подписывайтесь на обновления и делитесь с друзьями через социальные закладки.
В интернете второй десяток лет гуляют цифры теплопроводности различных утеплителей, где для каждого вида материала указаны достаточно широкие диапазоны значений, различающиеся порой в полтора-два раза. В теории эти цифры верны, но каковы реалии сегодняшнего дня, когда большинство утеплителей производятся на самом современном оборудовании и из качественных материалов?
Мы собрали в таблицу данные по теплопроводности наиболее популярных типов и марок утеплителей, в том числе и экологически чистых, которые поставляются в форме плит толщиной 50 или 100 мм. Большинство из них являются новинками последних двух-трех лет. Основной акцент был сделан на материалы, пригодные для вертикальных вентилируемых фасадов.
Важный момент! Производители оперируют несколькими коэффициентами теплопроводности. Они обозначаются как λ10, λ25, λА и λБ. Первые два определяют теплопроводность сухого материала при температурах 10 и 25 °С соответственно. Но в реальности такие условия эксплуатации практически недостижимы, потому инженеры в расчетах используют λА и λБ, которые соответствуют теплопроводности при 25 °С и влажности материала 2% и 5%. В таблице мы указали только λ10 и λА. Отличие λА от λБ обычно составляет 0,002 Вт/(м·°К) в большую сторону.
| Утеплитель | тип | Коэф. теплопроводности λ10, Вт/(м·°К) | Коэф. теплопроводности λА, Вт/(м·°К) |
| воздух* | 0,022 | 0,022 | |
| Пеноплекс Фасад | экструдированный пенополистирол | 0,030 | 0,031 |
| Пенопласт Knauf Therm Wall | пенополистирол | 0,040 | 0,032 |
| Шелтерэкострой Стандарт* | синтетическое негорючее волокно | 0,033 | 0,033 |
| Технониколь Carbon Eco | экструдированный пенополистирол | 0,029 | 0,034 |
| Isover Каркас-П32 | стекловата | 0,032 | 0,035 |
| Ursa Geo П-30 | каменная вата | 0,032 | 0,036 |
| Ursa Пенопласт ПСБ-С 35 | пенополистирол | 0,032 | 0,036 |
| Ursa Terra 34 | каменная вата | 0,034 | 0,037 |
| Isoroc Изолайт | каменная вата | 0,034 | 0,038 |
| Isoroc Изолайт-Люкс | каменная вата | 0,033 | 0,038 |
| Isover Венти | каменная вата | 0,035 | 0,038 |
| Paroc eXtra plus | каменная вата | 0,034 | 0,038 |
| Steico Flex 50 мм* | ДВП | 0,038 | 0,038 |
| Интерметал НПЭ 3050* | вспененный полиэтилен | 0,038 | 0,038 |
| Пенолон ППЭ 3050-Р* | сшитый вспененный полиэтилен | 0,038 | 0,038 |
| Эковер Стандарт 50 | каменная вата | 0,035 | 0,038 |
| Isover Каркас-П37 | стекловата | 0,036 | 0,039 |
| Rockwool Лайт Баттс Скандик | каменная вата | 0,036 | 0,039 |
| Изольна* | лен | 0,039 | 0,039 |
| Paroc eXtra | каменная вата | 0,036 | 0,040 |
| Ursa Geo П-15 | каменная вата | 0,037 | 0,041 |
| Пенополистирол ПСБ-С-35 | пенополистирол | 0,037 | 0,042 |
* – для этих материалов значения λА найти не удалось.
Обратите внимание, что все современные теплоизоляционные материалы имеют достаточно низкую теплопроводность. Лучшими являются плиты из экструдированного пенополистирола, но они имеют ограниченное применение. Разброс среди минеральных ват небольшой
15%, поэтому тут лучше ориентироваться на цену и применимость для тех или иных видов работ. Также приятно видеть, что все взятые нами экологически чистые утеплители не отстают от остальных по главному показателю.
Далее мы подсчитали стоимость 1м 3 утеплителя и сделали сортировку по этому параметру.
| Утеплитель | тип | Коэф. теплопроводности λа, Вт/(м·°К) | цена за м3 |
| Ursa Geo П-15 | каменная вата | 0,041 | 1100 |
| Rockwool Лайт Баттс Скандик | каменная вата | 0,039 | 1500 |
| Isoroc Изолайт | каменная вата | 0,038 | 1600 |
| Ursa Terra 34 | каменная вата | 0,037 | 1700 |
| Ursa Geo П-30 | каменная вата | 0,036 | 1700 |
| Paroc eXtra | каменная вата | 0,040 | 1800 |
| Пенопласт Knauf Therm Wall | пенополистирол | 0,032 | 1800 |
| Isover Каркас-П37 | стекловата | 0,039 | 1800 |
| Эковер Стандарт 50 | каменная вата | 0,038 | 1900 |
| Steico Flex 50 мм* | ДВП | 0,038 | 2300 |
| Шелтерэкострой Стандарт* | синтетическое негорючее волокно | 0,033 | 2800 |
| Isover Венти | каменная вата | 0,038 | 3750 |
| Изольна* | лен | 0,039 | 4700 |
| Пеноплекс Фасад | экструдированный пенополистирол | 0,031 | 4600 |
| Технониколь Carbon Eco | экструдированный пенополистирол | 0,034 | 4800 |
| Пенолон ППЭ 3050-Р* | сшитый вспененный полиэтилен | 0,038 | 18000 |
Ursa Geo П-15 относится к минеральным ватам низкой плотности, потому ее монтаж на вертикальные фасады может проводиться с ограничениями, и в таблице она присутствует лишь для примера. В остальном видно, что наиболее выгодными являются утеплители из минеральной ваты, типичный показатель коэффициента теплопроводности λА для которых составляет 0,038 Вт/(м·°К).
Коэффициент теплопроводности. Выбираем «свою» теплоизоляцию
Что такое коэффициент теплопроводности и для чего он нужен? Что значит «при 10 °С» или «при 100 °С»? Как правильно сравнить теплопроводность материалов. Первая статья Дмитрия Абрамова из серии «Своя теплоизоляция».
Что такое коэффициент теплопроводности
Точное определение коэффициента теплопроводности дано в своде правил СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».
Коэффициент теплопроводности — количество теплоты, передаваемое за единицу времени через единицу площади изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице.
Из СП 61.13330.2012
Здесь использованы следующие понятия:
Коэффициент — относительная величина, определяющая свойство какого-нибудь процесса или устройства.
Теплопроводность — свойство передавать теплоту от нагретых участков к более холодным.
Изотермическая поверхность — поверхность, температура которой одинакова во всех точках.
Температурный градиент — перепад температур.
По сути, это расчетный коэффициент, который показывает, сколько тепла проводит материал. Коэффициент теплопроводности обозначается символом λ (лямбда).
Для чего нужен коэффициент теплопроводности
Когда вы видите, что коэффициент тепловодности одного материала при 10 °С равен 0,034 Вт/мК, а другого 0,036 Вт/мК, при тех же условиях. Что это означает?
Благодаря коэффициенту теплопроводности вы можете сравнить, какой материал передает больше теплоты, а какой меньше. Чем меньше теплопроводность материала, тем лучшими теплоизоляционными свойствами он обладает.
Для примера сравните коэффициент теплопроводности материалов ALMALEN при 10 °С с другими вспененными полиэтиленами. Он имеет наименьшую теплопроводность в своем классе: от 0,032 Вт/мК до 0,034 Вт/мК.
А если пойти дальше, то коэффициент теплопроводности даст понимание, как изменяется количество передаваемого тепла через один и тот же материал в зависимости от температуры на поверхности изолируемого объекта. Количество передаваемого материалом тепла за промежуток времени называется тепловым потоком.
Определение теплового потока дано в ГОСТ 7076-99 «Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме».
Тепловой поток — количество теплоты, проходящее через образец в единицу времени.
Из ГОСТ 7076-99
Что значит λ10, λ20, λ100 и так далее
Подробно разобраться в вопросе помогут нормативные документы. Возьмем, например, ГОСТ 32025-2012 (EN ISO 8497:1996) «Тепловая изоляция. Метод определения характеристик теплопереноса в цилиндрах заводского изготовления при стационарном тепловом режиме». Согласно этому методу:
λ10 — это коэффициент теплопроводности, полученный в результате испытаний при среднеарифметическом значении температуры теплоизоляции 10 °С. Среднеарифметическое значение температуры теплоизоляции — сумма температур на изолируемой поверхности и внешней поверхности теплоизоляции, разделенная пополам.
λ100 означает, что испытания проведены при среднеарифметическом значении температуры теплоизоляции 100 °С.
Как правильно сравнивать коэффициент теплопроводности разных материалов
Существуют различные методы определения коэффициента теплопроводности. При сравнении материалов необходимо всегда обращать внимание на сопоставимость и применимость таких методов. То есть необходимо сравнивать коэффициенты теплопроводности, взятые при одной и той же температуре и определенные по одному и тому же стандарту.
Например, по ГОСТ 7076-99 «Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме» обычно определяют коэффициент теплопроводности при 25 °С. В то же время большинство европейских стандартов, например EN 12667:2001, определяют коэффициент теплопроводности при 10 °С.
Коэффициент теплопроводности одного и того же материала, измеренный при меньшей температуре, будет всегда иметь меньшее значение и выглядеть якобы предпочтительнее.
Когда кто-то сравнивает различные материалы по непонятно каким коэффициентам теплопроводности — бегите от такого «специалиста». В лучшем случае вы потеряете время.
| Рис. 2. Теплопроводность |
Миссия ЗАО «ИЗОРОК»: Мы занимаемся бизнесом для решения проблем энергосбережения в России, сохранения ее энергетических ресурсов, а значит, улучшения условий человеческой жизни. Все наши действия измерены с точки зрения достижения именно этой цели.
Все большее внимание в нашей стране уделяется энергосбережению и повышению энергоэффективности. Как известно, около 40% всей вырабатываемой энергии потребляют здания, большая часть ее расходуется на отопление и кондиционирование. В России эта цифра составляет примерно 580 млн. тонн условного топлива в год. Самый простой и эффективный способ снизить эти затраты — утеплить здание. Для решения этой задачи подходят качественные минераловатные материалы Изорок на основе каменной ваты. Конструкция, защищенная утеплителем Изорок, помимо теплоизоляции, приобретает дополнительно звукопоглощающие свойства, становится пожаробезопаснее и долговечнее.
Потребителю на рынке предлагается огромное количество теплоизоляционных материалов. Сделать правильный выбор непросто: недоговорки и некомпетентность продавцов, уловки недобросовестных производителей зачастую вводят в заблуждение.
ЗАО «Изорок» начинает публикацию цикла статей, направленных на развенчание наиболее устоявшихся мифов и разъяснение основных потребительских свойств теплоизоляционных материалов.
Начнем с одного из самых важных показателей при выборе теплоизоляции — теплопроводности.
Из курса теплотехники известно, что теплопроводность — это способность материала передавать через свою толщу тепловой поток. Характеризуется коэффициентом теплопроводности и обозначается -«А» (лямбда) (рис. 1).
Измеряется в количестве теплоты (Вт), проходящей через 1 м2 материала толщиной 1 метр, при разнице температур на противоположных поверхностях в 1°С (рис. 2).
Минераловатные утеплители состоят из тончайших, хаотично расположенных волокон, переплетенных между собой, и пор, заполненных воздухом. В подобных материалах, тепловой поток передается тремя путями.
 |
| Рис. 1. Лямбда |
Первый путь — собственно передача тепла структурными частицами вещества (атомами) в процессе их теплового движения. В минераловатных материалах этот путь проходит через твердые соприкасающиеся тела (волокна) и через неподвижный воздух (поры). С ростом температуры активизируется тепловое движение атомов и растет теплопроводность. Также теплопроводность зависит от влажности материала, поскольку вода в 20 раз лучше воздуха проводит тепло, и с ростом влагонасыщения воздуха в порах, его теплопроводность также возрастает.
Второй путь — это конвекция — передача тепла путем перемещения нагретого воздуха в порах. Зависит от плотности пористого материала. С ростом плотности поры уменьшаются, и влияние этого пути на общую теплопередачу снижается и, наоборот, при снижении плотности доля конвекции в общей теплопередаче растет.
Третий путь — это передача тепла излучением. При температуре, на которую рассчитаны строительные теплоизоляционные материалы, оказывает незначительное влияние, меняется также несущественно и в данной статье рассматриваться не будет.
На коэффициент теплопроводности утеплителей из минеральной ваты существенное влияние оказывают температура и влажность, при которых производится измерение.
Обычным заблуждением потребителя является убеждение в том, что «Я» одна. Зная эту цифру, можно правильно выбрать лучший материал. Однако измерение коэффициента теплопроводности производят при различных температурах и влажности и получают при этом разные значения.
Традиционно, российский производитель, изготавливающий продукцию по ГОСТу, заявлял коэффициент теплопроводности при 25° С «λ25». Также при расчетах использовались «λА»; «λБ»-теплопроводность при условиях эксплуатации «А» и «Б» соответственно. Условия эксплуатации ограждающей конструкции «А» и «Б» назначаются, исходя из зоны влажности района строительства и влажностного режима внутренних помещений здания. Теплопроводность при этих условиях — расчетная характеристика, по которой производится теплотехнический расчет ограждающих конструкций согласно утвержденным методикам. Казалось бы, все просто, но и тут есть хитрости: в соответствии со сводом правил СП 23-101-2004 для минеральной ваты теплопроводность «λА» и «λБ» измеряется при массовой влажности материала 2% и 5% соответственно. Однако в методике имеется альтернативный способ, согласно которому возможно проводить измерения при меньших значениях влажности и получать выигрышные (меньшие) показатели теплопроводности. Таким образом, «λА» и «λБ» для одного и того же материала могут существенно отличаться друг от друга в зависимости от методики измерения. И некоторые производители этим пользуются.
 |
| Рис. 3. Требуемая толщина стены жилого здания в г. Москве |
Когда в 90-е годы на российском рынке появились материалы иностранного производства, их производители внесли некоторую сумятицу в умы потребителей тем, что декларировали теплопроводность, измеренную по европейским стандартам при 10°С — «λ10», которая отличается от «λ25» в меньшую (лучшую) сторону на 8-15%.
Потребитель, не разобравшись в этих тонкостях, делал ошибочный вывод о превосходстве материалов иностранного производства, хотя основная разница была достигнута за счет другой температуры, при которой производятся измерения.
На сегодняшний день основными общепринятыми для минераловатных утеплителей являются следующие условия измерений коэффициента теплопроводности:
— в сухом состоянии при температуре 10 °С и 25 °С, обозначаются
— во влажном состоянии при влажности 2% и 5% по массе и температуре 25°С («λА»; «λБ»).
Чем меньше значение коэффициента теплопроводности, тем более эффективным является теплоизоляционный материал.
Современные ограждающие конструкции представляют собой систему, которая должна удовлетворять многим требованиям: обладать высокой несущей способностью, долговечностью, защищать от потерь тепла и воздействий окружающей среды и быть экономичной. Строительного материала, в полной мере отвечающего всем этим требованиям, не существует. По этой причине ограждающие конструкции выполняются многослойными. В соответствии со своим назначением слои выполняются из различных материалов, которые в свою очередь, имеют разные показатели теплопроводности.
 |
| Рис. 4. График зависимости теплопроводности от плотности |
Если сравнить коэффициент теплопроводности различных материалов при самых неблагоприятных условиях эксплуатации «λБ», получим: эффективный теплоизоляционный материал «Изолайт» («Изорок») — λБ=0,044 Вт/(м°С); древесина — λБ=0,18 Вт/(м°С); кирпич — λБ=0,52 Вт/(м°С); газобетон — λБ=0,26 Вт/(м°С) (данные СНиП 2-3-79*). Обычно, при расчетах принимается именно показатель «λБ», так как большая часть территории России относится к нормальной зоне влажности. Налицо существенная разница в значениях «λБ». Как же коэффициент теплопроводности влияет на требуемую толщину материалов? Показатель, связывающий теплопроводность материала и его толщину, называется термическим сопротивлением, обозначается буквой «R», характеризует ограждающую конструкцию с точки зрения сопротивления потерям тепла.
Чем больше численное значение «R», тем лучше конструкция защищает от потерь тепла. В упрощенном виде термическое сопротивление ограждающей конструкции находится по формуле: R=δ/λ, где δ-толщина материала в метрах. Конструкция должна соответствовать требуемым нормам, для этого ее термическое сопротивление должно быть не менее требуемого. Требуемое термическое сопротивление находится по СНиП 23-02-2003 и зависит от района застройки, назначения здания и типа ограждающей конструкции. Например, для наружной стены жилого дома в г. Москве: RTpCTeH =3,16 м2 °С/Вт. По формуле δ=RTpCTe/A находим, что для обеспечения требуемой теплоизоляции стены жилого дома для г.Москвы потребуется: 139 мм материала «Изолайт»; 569 мм древесины; 1643 мм кирпича (плотностью 1200 кг/м3); 822 мм газобетона (рис. 3). Как видите, все не так уж и сложно, Вы можете самостоятельно рассчитать приблизительную требуемую толщину ограждающей конструкции.
Следующее распространенное заблуждение касается зависимости между коэффициентом теплопроводности и плотностью. Считается, что чем меньше плотность материала, тем теплопроводность ниже, т.е. лучше с точки зрения утепления. Это справедливо, но до определенного момента. Действительно, при снижении плотности волокнистого материала уменьшается количество волокон на единицу объема, снижается площадь контакта между ними и передача тепла также падает. Однако одновременно с этим увеличивается размер пор, и тепло все активнее начинает передаваться путем конвекции (перемещение нагретого воздуха). Для минераловатных утеплителей существует плотность, назовем ее оптимальной, при которой значение теплопроводности минимальное, и при снижении или увеличении плотности теплоизолирующие свойства материала начинают ухудшаться. Для минераловатных утеплителей на основе каменного волокна минимальная теплопроводность достигается при плотности около 50 кг/м3 ±10 кг/м3 и дальнейшее снижение плотности, с точки зрения теплоизоляционных свойств вызывает сомнение! (см. рис. 4).
Выбирая теплоизоляционный материал из минеральной ваты и сравнивая его теплопроводность, важно помнить:
— коэффициентов теплопроводности множество — «λ10», «λ25», «λА», «λБ» и т.д.;
— значение коэффициента теплопроводности зависит от температуры и влажности, при которых производятся измерения;
— необходимо принимать во внимание значение теплопроводности, указанное не в рекламных материалах, а на товарном ярлыке, паспорте либо в соответствующих сертификатах, поскольку за эти данные производитель несет ответственность;
— методика измерений коэффициента теплопроводности утеплителя в сухом состоянии проста, однозначна и не допускает двоякого толкования, именно поэтому проще всего сравнивать материалы по показателям «λ10» и «λ25».
 |
| Рис 5. Этикетка. |
Теплопроводность является важным, но не единственным показателем, характеризующим утеплитель. В современных условиях к теплоизоляционным материалам, в зависимости от конструкции здания, предъявляется множество жестких требований касающихся прочности, долговечности, негорючести, безопасности для человека и т.д. Для максимального соответствия этим требованиям ЗАО «Изорок» производит широкий ассортимент утеплителей плотностью от 40 кг/м3 до 175 кг/м3.
Продукция ЗАО «Изорок» соответствует современным стандартам качества, что подтверждено соответствующими сертификатами, опытом применения материалов в различных климатических условиях России и положительными отзывами потребителей.
В следующих наших материалах специалисты ЗАО «Изорок» приложат необходимые усилия для того, чтобы доступно разъяснить уважаемым читателям значения других важных технических характеристик современных утеплителей из минеральной ваты.