Понятие теплопроводности
Теплопроводность – это такое физическое свойство материала, при которой тепловая энергия внутри тела переходит от самой горячей его части к более холодной. Значение показателя теплопроводности показывает степень потери тепла жилыми помещениями. Зависит от следующих факторов:
Количественно оценить свойство предметов пропускать тепловую энергию можно посредством коэффициента теплопроводности
Очень важно сделать грамотный выбор строительных материалов, утеплителя для достижения наибольшего сопротивления теплопередачи. Просчёты или неразумная экономия в будущем могут привести к ухудшению микроклимата в помещении, сырости в здании, мокрым стенам, душным комнатам. А главное – к большим расходам на отопление
А главное – к большим расходам на отопление.
Для сравнения ниже представлена таблица теплопроводностей материалов и веществ.
Таблица 1
Самые высокие значения имеют металлы, низкие – теплоизоляционные предметы.
Теплопроводность воздуха
Воздух представляет собой смесь газов в различных пропорциях, каждый из которых обладает собственными теплофизическими характеристиками. Для удобства в расчётах вместо воздуха как смеси используют его модель как однородного газа. Основные газообразные компоненты воздуха:
- кислород — 20,95% по объёму и 23,20% по весу;
- азот — 78,09% и 75,47%, соответственно;
- углекислый газ — 0,03% и 0,046%;
- водород, аргон, криптон и другие газы в ничтожных количествах.
Изменение теплопроводности смеси атмосферных газов — сложный процесс, зависящий от многих физических явлений, например, от влажности. Поэтому коэффициент теплопроводности воздуха при различных температурах — не расчётная величина, а усреднённый результат многочисленных экспериментов. Следует отметить, что для атмосферных колебаний давления изменениями λ можно пренебречь. Таблица коэффициентов теплопроводности воздуха в зависимости от значений температуры выглядит так:
| Температура, K | λ, Вт/(м·град) | Т | λ | Т | λ | Т | λ |
| 90 | 0,0084 | 230 | 0,0204 | 370 | 0,0315 | 600 | 0,0469 |
| 100 | 0,0093 | 240 | 0,0212 | 380 | 0,0323 | 650 | 0,0497 |
| 110 | 0,0102 | 250 | 0,0221 | 390 | 0,0330 | 700 | 0,0524 |
| 120 | 0,0111 | 260 | 0,0229 | 400 | 0,0338 | 750 | 0,0549 |
| 130 | 0,0120 | 270 | 0,0238 | 420 | 0,0352 | 800 | 0,0573 |
| 140 | 0,0129 | 280 | 0,0246 | 440 | 0,0366 | 850 | 0,0596 |
| 150 | 0,0138 | 290 | 0,0254 | 460 | 0,0380 | 900 | 0,0620 |
| 160 | 0,0147 | 300 | 0,0262 | 480 | 0,0394 | 950 | 0,0643 |
| 170 | 0,0155 | 310 | 0,0269 | 500 | 0,0407 | 1000 | 0,0667 |
| 180 | 0,0164 | 320 | 0,0277 | 520 | 0,0420 | 1050 | 0,0691 |
| 190 | 0,0172 | 330 | 0,0285 | 540 | 0,0433 | 1100 | 0,0715 |
| 200 | 0,0180 | 340 | 0,0292 | 560 | 0,0445 | 1150 | 0,0739 |
| 210 | 0,0188 | 350 | 0,0300 | 580 | 0,0457 | 1200 | 0,0763 |
| 220 | 0,0196 | 360 | 0,0308 |
Эти данные точны для сухого газообразного воздуха в состоянии покоя при атмосферном давлении 1 бар при идеальных пропорциях составляющих его газов. На практике отклонения от табличных значений могут быть вызваны самыми разнообразными факторами.
Например, наличие промышленных производств, выбрасывающих в атмосферу огромное количество химических и биологических микрочастиц (альдегиды, аммиак, оксиды, тяжёлые металлы), приводит к значительным загрязнениям атмосферы, а подобные примеси в больших количествах способны не только локально изменить теплопроводность воздуха, но и повлиять на глобальный теплообмен
Что такое теплопроводность
В теории теплопроводность – это способность материала проводить энергию или тепло от более нагретых частей к менее тёплым, путём хаотического движения частиц тела. На практике это минимизация тепловых потерь через строительные конструкции. У разных материалов своя теплопроводность. Дерево менее податливо к таким действиям, а металл наоборот нагревается до такой степени¸ что его тяжело держать в руках.
Для характеристики проводника тепла придумали такую единицу, как коэффициент. Обозначают её греческой буквой λ и измеряют в Вт/(м*℃). Иногда вместо градусов Цельсия в этой формуле указаны градусы Кельвина (К), но суть от этого не меняется. Этот коэффициент показывает способность передачи тепла материалом на определённое расстояние за единицу времени. Но показатель характеризует само вещество, не привязываясь к размерам изделия.
КТП некоторых материаловИсточник pobetony.expert
При покупке стройматериала у продавца можно попросить паспорт на продукт и посмотреть коэффициент теплопроводности. Сырье, отличающееся высокой проводимостью тепла, используют в качестве радиаторов, так как их стенки будут передавать нагрев от теплоносителя.
Чем меньше коэффициент теплопроводности материала для стены здания, тем меньше оно будет терять тепла во время холодной погоды. И тем меньше можно делать толщину стены. В справочниках чаще всего указывают несколько значений теплопроводности для материала (от трёх и больше). Это происходит из-за того, что сам коэффициент меняется в зависимости от температуры и других факторов, например, влаги, при которой значение увеличивается.
Вспененная древесинаИсточник inpromen.ru
Разъяснения показателей в таблице теплопроводности материалов и утеплителя: их классификация
В зависимости от конструктивных особенностей конструкции, которую необходимо утеплить, подбирается вид утеплителя. Так, например, если стена возведена из красного кирпича в два ряда, то для полноценной изоляции подойдёт пенопласт в 5 см толщиной.
Благодаря широкому ассортименту плотности пенопластовых листов ими можно отлично произвести тепловую изоляцию стен из ОСБ и оштукатурить сверху, что также увеличит эффективность работы утеплителя. Классификация теплоизоляции
По способу передачи тепла теплоизоляционные материалы разделяются на два вида:
- Утеплитель который поглощает любое воздействие холода, жары, химического воздействия и т.д.;
- Утеплитель, умеющий отражать все виды воздействия на него;
По значению коэффициентов теплопроводности материала, из которого изготовлен утеплитель его различают по классам:
- А класс. Такой утеплитель имеет наименьшую тепловую проводимость, максимальное значение которой 0,06 Вт (м*С);
- Б класс. Обладает средним показателем СИ параметра и достигает 0,115 Вт (м*С);
- В класс. Наделён высокой теплопроводностью и демонстрирует показатель в 0,175 Вт (м*С);
Сравнение утеплителей по теплопроводности
Пенополистирол (пенопласт)
Плиты пенополистирола (пенопласта)
Это самый популярный теплоизоляционный материал в России, благодаря своей низкой теплопроводности, невысокой стоимости и легкости монтажа. Пенопласт изготавливается в плитах толщиной от 20 до 150 мм путем вспенивания полистирола и состоит на 99% из воздуха. Материал имеет различную плотность, имеет низкую теплопроводность и устойчив к влажности.
Благодаря своей низкой стоимости пенополистирол имеет большую востребованность среди компаний и частных застройщиков для утепления различных помещений. Но материал достаточно хрупкий и быстро воспламеняется, выделяя токсичные вещества при горении. Из-за этого пенопласт использовать предпочтительнее в нежилых помещениях и при теплоизоляции не нагружаемых конструкций — утепление фасада под штукатурку, стен подвалов и т.д.
Экструдированный пенополистирол
Пеноплэкс (экструдированный пенополистирол)
Экструзия (техноплэкс, пеноплэкс и т.д.) не подвергается воздействию влаги и гниению. Это очень прочный и удобный в использовании материал, который легко режется ножом на нужные размеры. Низкое водопоглощение обеспечивает при высокой влажности минимальное изменение свойств, плиты имеют высокую плотность и сопротивляемость сжатию. Экструдированный пенополистирол пожаробезопасен, долговечен и прост в применении.
Все эти характеристики, наряду с низкой теплопроводностью в сравнении с прочими утеплителями делает плиты техноплэкса, URSA XPS или пеноплэкса идеальным материалом для утепления ленточных фундаментов домов и отмосток. По заверениям производителей лист экструзии толщиной в 50 миллиметров, заменяет по теплопроводности 60 мм пеноблока, при этом материал не пропускает влагу и можно обойтись без дополнительной гидроизоляции.
Минеральная вата
Плиты минеральной ваты Изовер в упаковке
Минвата (например, Изовер, URSA, Техноруф и т.д.) производится из натуральных природных материалов – шлака, горных пород и доломита по специальной технологии. Минеральная вата имеет низкую теплопроводность и абсолютно пожаробезопасна. Выпускается материал в плитах и рулонах различной жесткости. Для горизонтальных плоскостей используются менее плотные маты, для вертикальных конструкций используют жесткие и полужесткие плиты.
Однако, одним из существенных недостатков данного утеплителя, как и базальтовой ваты является низкая влагостойкость, что требует при монтаже минваты устройства дополнительной влаго- и пароизоляции. Специалисты не рекомендуют использовать минеральная вату для утепления влажных помещений – подвалов домов и погребов, для теплоизоляции парилки изнутри в банях и предбанников. Но и здесь ее можно использовать при должной гидроизоляции.
Базальтовая вата
Плиты базальтовой ваты Роквул в упаковке
Данный материал производится расплавлением базальтовых горных пород и раздуве расплавленной массы с добавлением различных компонентов для получения волокнистой структуры с водоотталкивающими свойствами. Материал не воспламеняется, безопасен для здоровья человека, имеет хорошие показатели по теплоизоляции и звукоизоляции помещений. Используется, как для внутренней, так и для наружной теплоизоляции.
При монтаже базальтовой ваты следует использовать средства защиты (перчатки, респиратор и очки) для защиты слизистых оболочек от микрочастиц ваты. Наиболее известная в России марка базальтовой ваты – это материалы под маркой Rockwool. При эксплуатации плиты теплоизоляции не уплотняются и не слеживаются, а значит, прекрасные свойства низкой теплопроводности базальтовой ваты со временем остаются неизменными.
Пенофол, изолон (вспененный полиэтилен)
Фольгированный пенофол
Пенофол и изолон – это рулонные утеплители толщиной от 2 до 10 мм, состоящие из вспененного полиэтилена. Материал также выпускается со слоем фольги с одной стороны для создания отражающего эффекта. Утеплитель имеет толщину в несколько раз тоньше представленных ранее утеплителей, но при этом сохраняет и отражает до 97% тепловой энергии. Вспененный полиэтилен имеет длительный срок эксплуатации и экологически безопасен.
Изолон и фольгированный пенофол – легкий, тонкий и очень удобный в работе теплоизоляционный материал. Используют рулонный утеплитель для теплоизоляции влажных помещений, например, при утеплении балконов и лоджий в квартирах. Также применение данного утеплителя поможет вам сберечь полезную площадь в помещении, при утеплении внутри. Подробнее об этих материалах читайте в разделе «Органическая теплоизоляция».
Коэффициент теплопроводности строительных материалов – таблицы
Теплоизоляционные свойства материалов прекрасно демонстрируют сводные таблицы, в которых представлены нормативные показатели.
Таблица коэффициентов теплоотдачи материалов. Часть 1
Проводимость тепла материалов. Часть 2
Таблица теплопроводности изоляционных материалов для бетонных полов
Но эти таблицы теплопроводности материалов и утеплителей учли далеко не все значения. Рассмотрим подробнее теплоотдачу основных строительных материалов.
Таблица теплопроводности кирпича
Как уже успели убедиться, кирпич – не самый «тёплый» стеновой материал. По теплоэффективности он отстаёт от дерева, пенобетона и керамзита. Но при грамотном утеплении из него получаются уютные и тёплые дома.
Сравнение теплопроводности строительных материалов по толщине (кирпич и пенобетон)
Но не все виды кирпича имеют одинаковый коэффициент теплопроводности (λ). Например, у клинкерного он самый большой – 0,4−0,9 Вт/(м·К). Поэтому строить из него что-то нецелесообразно. Чаще всего его применяют при дорожных работах и укладке пола в технических зданиях. Самый малый коэффициент подобной характеристики у так называемой теплокерамики – всего 0,11 Вт/(м·К). Но подобное изделие также отличается и большой хрупкостью, что максимально минимизирует область его применения.
Неплохое соответствие прочности и теплоэффективности у силикатных кирпичей. Но кладка из них также нуждается в дополнительном утеплении, и в зависимости от региона строительства, возможно, ещё и в утолщении стены. Ниже приведена сравнительная таблица значений проводимости тепла различными видами кирпичей.
Теплопроводность разных видов кирпичей
Таблица теплопроводности металлов
Теплопроводность металлов не менее важна в строительстве, например, при выборе радиаторов отопления. Также без подобных значений не обойтись при сварке ответственных конструкций, производстве полупроводников и различных изоляторов. Ниже приведены сравнительные таблицы проводимости тепла различных металлов.
Теплоэффективность разных видов металлов. Часть 1
Теплоэффективность разных видов металлов. Часть 2
Теплоэффективность разных видов металлов. Часть 3
Таблица теплопроводности дерева
Древесина в строительстве негласно относится к элитным материалам для возведения домов. И это не только из-за экологичности и высокой стоимости. Самые низкие коэффициенты теплопроводности у дерева. При этом подобные значения напрямую зависят от породы. Самый низкий коэффициент среди строительных пород имеет кедр (всего 0,095 Вт/(м∙С)) и пробка. Из последней строить дома очень дорого и проблемно. Но зато пробка для покрытия пола ценится из-за своей невысокой проводимости тепла и хороших звукоизоляционных качеств. Ниже представлены таблицы теплопроводности и прочности различных пород.
Проводимость тепла дерева
Прочность разных пород древесины
Таблица проводимости тепла бетонов
Бетон в различных его вариациях является самым распространённым строительным материалом на сегодня, хотя и не является самым «тёплым». В строительстве различают конструкционные и теплоизоляционные бетоны. Из первых возводят фундаменты и ответственные узлы зданий с последующим утеплением, из вторых строят стены. В зависимости от региона к таковым либо применяется дополнительное утепление, либо нет.
Сравнительная таблица теплоизоляционных бетонов и теплопроводности различных стеновых материалов
Наиболее «тёплым» и прочным считает газобетон. Хотя это не совсем так. Если сравнивать структуру пеноблоков и газобетона, можно увидеть существенные различия. У первых поры замкнутые, когда же у газосиликатов большинство их открытые, как бы «рваные». Именно поэтому в ветреную погоду неутеплённый дом из газоблоков очень холодный. Эта же причина делает подобный лёгкий бетон более подверженным к воздействиям влаги.
Какой коэффициент теплопроводности у воздушной прослойки
В строительстве зачастую используют воздушные ветронепродуваемые прослойки, которые только увеличивают проводимость тепла всего здания. Также подобные продухи необходимы для вывода влаги наружу
Особое внимание проектированию подобных прослоек уделяется в пенобетонных зданиях различного назначения. У подобных прослоек также есть свой коэффициент теплопроводности в зависимости от их толщины
Таблица проводимости тепла воздушных прослоек
Таблица проводимости тепла воздушных прослоек
Показатели теплопроводности для готовых построек. Виды утеплений
При создании проекта нужно учитывать все способы утечки тепла. Оно может выходить через стены и крышу, а также через полы и двери. Если вы неправильно проведете расчеты проектирования, то придется довольствоваться только тепловой энергией, полученной от отопительных приборов. Здания, построенные из стандартного сырья: камня, кирпича либо бетона нужно дополнительно утеплять.
Монтаж минеральной ваты
Дополнительная теплоизоляция проводится в каркасных зданиях. При этом деревянный каркас придает жесткости конструкции, а утепляющий материал прокладывается в пространство между стойками. В зданиях из кирпича и шлакоблоков утепление производится снаружи конструкции.
Выбирая утеплители необходимо обращать внимание на такие факторы, как уровень влажности, влияние повышенных температур и типа сооружения. Учитывайте определенные параметры утепляющих конструкций:
- показатель теплопроводности оказывает влияние на качество теплоизолирующего процесса;
- влагопоглощение имеет большое значение при утеплении наружных элементов;
- толщина влияет на надежность утепления. Тонкий утеплитель помогает сохранить полезную площадь помещения;
- важна горючесть. Качественное сырье имеет способность к самозатуханию;
- термоустойчивость отображает способность выдерживать температурные перепады;
- экологичность и безопасность;
- звукоизоляция защищает от шума.
Характеристики разных видов утеплителей
В качестве утеплителей применяются следующие виды:
минеральная вата устойчива к огню и экологична. К важным характеристикам относится низкая теплопроводность;
Данный материал относится к самым доступным и простым вариантам
- пенопласт – это легкий материал с хорошими утеплительными свойствами. Он легко устанавливается и обладает влагоустойчивостью. Рекомендуется для применения в нежилых строениях;
- базальтовая вата в отличие от минеральной отличается лучшими показателями стойкости к влаге;
- пеноплэкс устойчив к влажности, повышенным температурам и огню. Имеет прекрасные показатели теплопроводности, прост в монтаже и долговечен;
Для пеноплекса характерна пористая структура
- пенополиуретан известен такими качествами, как негорючесть, хорошие водоотталкивающие свойства и высокая пожаростойкость;
- экструдированный пенополистирол при производстве проходит дополнительную обработку. Обладает равномерной структурой;
Данный вариант бывает разной толщины
пенофол представляет из себя многослойный утепляющий пласт. В составе присутствует вспененный полиэтилен. Поверхность пластины покрывается фольгой для обеспечения отражения.
Для теплоизоляции могут применяться сыпучие типы сырья. Это бумажные гранулы или перлит. Они имеют стойкость к влаге и к огню. А из органических разновидностей можно рассмотреть волокно из древесины, лен или пробковое покрытие
При выборе, особое внимание уделяйте таким показателям как экологичность и пожаробезопасность
Теплопроводность материалов
Ярко выраженной способностью проводить тепло обладают металлы. Для полимеров свойственна невысокая теплопроводность, а некоторые из них практически не проводят тепло, например, стекловолокно, такие материалы называются теплоизоляторами. Чтобы существовал тот или иной поток тепла через пространство, необходимо наличие некоторой субстанции в этом пространстве, поэтому в открытом космосе (пустое пространство) теплопроводность равна нулю.
Каждый гомогенный (однородный) материал характеризуется коэффициентом теплопроводности (обозначается греческой буквой лямбда), то есть величиной, которая определяет, сколько тепла нужно передать через площадь 1 м², чтобы за одну секунду, пройдя через толщу материала в один метр, температура на его концах изменилась на 1 К. Это свойство присуще каждому материалу и изменяется в зависимости от его температуры, поэтому этот коэффициент измеряют, как правило, при комнатной температуре (300 К) для сравнения характеристики разных веществ.
Если материал является неоднородным, например, железобетон, тогда вводят понятие полезного коэффициента теплопроводности, который измеряется согласно коэффициентам однородных веществ, составляющих этот материал.
В таблице ниже приведены коэффициенты теплопроводности некоторых металлов и сплавов во Вт/(м*К) для температуры 300 К (27 °C):
- сталь 47—58;
- алюминий 237;
- медь 372,1—385,2;
- бронза 116—186;
- цинк 106—140;
- титан 21,9;
- олово 64,0;
- свинец 35,0;
- железо 80,2;
- латунь 81—116;
- золото 308,2;
- серебро 406,1—418,7.
В следующей таблице приведены данные для неметаллических твердых веществ:
- стекловолокно 0,03—0,07;
- стекло 0,6—1,0;
- асбест 0,04;
- дерево 0,13;
- парафин 0,21;
- кирпич 0,80;
- алмаз 2300.
Из рассматриваемых данных видно, что теплопроводность металлов намного превышает таковую для неметаллов. Исключение составляет алмаз, который обладает коэффициентом теплопередачи в пять раз больше, чем медь. Это свойство алмаза связано с сильными ковалентными связями между атомами углерода, которые образуют его кристаллическую решетку. Именно благодаря этому свойству человек чувствует холод при прикосновении к алмазу губами. Свойство алмаза хорошо переносить тепловую энергию используется в микроэлектронике для отвода тепла из микросхем. А также это свойство используется в специальных приборах, позволяющих отличить настоящий алмаз от подделки.
В некоторых индустриальных процессах стараются увеличить способность передачи тепла, чего достигают либо за счет хороших проводников, либо за счет увеличения площади контакта между составляющими конструкции. Примерами таких конструкций являются теплообменники и рассеиватели тепла. В других же случаях, наоборот, стараются уменьшить теплопроводность, чего достигают за счет использования теплоизоляторов, пустот в конструкциях и снижения площади контакта элементов.
Коэффициент теплопроводности
Для количественной оценки такого параметра, используются специальные коэффициенты теплопроводности, строго задекларированные в СНИП. Например, коэффициент теплопроводности бетона равен 0,15-1,75 ВТ/(м*С) в зависимости от типа бетона. Где С – градусы Цельсия. На данный момент расчёт коэффициентов есть практически для всех существующих типов строительного сырья, применяющихся при строительстве. Коэффициенты теплопроводности строительных материалов очень важны в любых архитектурно-строительных работах.
Для удобного подбора материалов и их сравнения, используются специальные таблицы коэффициентов теплопроводности, разработанные по нормам СНИП(строительные нормы и правила). Теплопроводность строительных материалов, таблица на которых будет приведена ниже, очень важна при строительстве любых объектов.
Древесные материалы. Для некоторых материалов параметры будут приведены как вдоль волокон(Индекс 1, так и поперёк – индекс 2)
| Материал | Плотность | Теплопроводность |
| Берёза | 510-770 кг / м3 | 1250 Вт/кг*С |
| Дуб 1 | 700 кг / м3 | 0,23 Вт / кг*С |
| Клён | 620-750 кг / м3 | 0,19 Вт / кг*С |
| Дуб 2 | 700 кг / м3 | 0,1 Вт / кг*С |
| Сосна 1 и ель 1 | 500 кг / м3 | 0,18 Вт / кг*С |
| Сосна 2 и ель 2 | 500 кг / м3 | 0,09 Вт/кг*С |
| Лиственница | 670 кг / м3 | 0,13 Вт / кг*С |
| Липа | 360-650 кг / м3 | 0,15 Вт / кг*С |
| Пихта | 450-550 кг / м3 | 0,1-0,26 Вт / кг*С |
| T ополь | 350-500 кг / м3 | 0,17 Вт / кг*С |
Различные типы бетона.
| Вид бетона | Плотность | Теплопроводность |
| Сплошной | — | 1,75 Вт / кг*С |
| Теплоизоляционный | 500 кг / м3 | 0,18 Вт / кг*С |
| На основе песка | 1800-2500 кг / м3 | 0,7 Вт / кг*С |
| На основе гравия | 2400 кг / м3 | 1,51 Вт / кг*С |
| Силикатный | 1800 кг / м3 | 0,81 Вт / кг*С |
| Железобетон | 2500 кг / м3 | 1,7 Вт / кг*С |
| Газо-и пен o бетон | 300-1000 кг / м3 | 0,08-0,21 Вт / кг*С |
Различные виды строительного и декоративного кирпича.
| Тип кирпича | Плотность | Теплопроводность |
| Огнеупорный | 1000-2000 кг / м3 | 0,5-0,8 Вт / кг*С |
| Строительный | 800-1500 кг / м3 | 0,23-0,3 Вт / кг*С |
| Изоляционный | — | 0,14 Вт / кг*С |
| Облицовочный | 1800 кг / м3 | 0,93 Вт / кг*С |
| Пустотелый | — | 0,44 Вт / кг*С |
| Диатомовый | 500 | 0,8 Вт/кг*С Вт/кг*С |
| Силикатный | 1000-2200 кг / м3 | 0,5-1,3 Вт / кг*С |
| Сплошной | — | 0,67 Вт / кг*С |
| Шлаковый | 1100-1400 кг / м3 | 0,58 Вт / кг*С |
| Трепельный | 700-1300 кг / м3 | 0,27 Вт / кг*С |
| Клинкерный | 1800-2200 кг / м3 | 0,8-1,3 Вт / кг*С |
Разновидности и описание
От этого во многом зависит удобство монтажа и свойства. По данному показателю различают:
- Пеноблоки. Изготавливаются из бетона со специальными добавками. В результате химической реакции структура получается пористой.
- Плиты. Строительный материал различной толщины и плотности изготавливается при помощи прессования или склеивания.
- Вата. Продается в рулонах и характеризуется волокнистой структурой.
- Гранулы (крошка). Сыпучие утеплители с пеновеществами различной фракции.
Важно знать: подбор материала осуществляется с учетом свойств, стоимости и предназначения. Применение одинакового утеплителя для стен и чердачного перекрытия не позволит получить желаемый эффект, если не указано, что он предназначен для конкретной поверхности.
Сырьем для утеплителей могут выступать различные вещества
Они все делятся на две категории:
Сырьем для утеплителей могут выступать различные вещества. Они все делятся на две категории:
- органические на основе торфа, камыша, древесины;
- неорганические — изготавливаются из вспененного бетона, минералов, асбестосодержащих веществ и др.
Факторы, влияющие на физическую величину
Способность проводить тепло зависит от ряда факторов, включая температуру, структуру и электрические свойства вещества.
Температура материала
Влияние температуры на способность проводить тепло различается для металлов и неметаллов. В металлах проводимость главным образом связана со свободными электронами. Согласно закону Видемана—Франца теплопроводность металла пропорциональна произведению абсолютной температуры, выраженной в Кельвинах, на его электропроводность. В чистых металлах с увеличением температуры уменьшается электропроводность, поэтому теплопроводность остается приблизительно постоянной величиной. В случае сплавов электропроводность мало изменяется с ростом температуры, поэтому теплопроводность сплавов растет пропорционально температуре.
С другой стороны, передача тепла в неметаллах главным образом связана с колебаниями решетки и обмене решеточными фононами. За исключением кристаллов высокого качества и низких температур, путь пробега фононов в решетке значительно не уменьшается при высоких температурах, поэтому и теплопроводность остается постоянной величиной во всем температурном диапазоне, то есть является незначительной. При температурах ниже температуры Дебая способность неметаллов проводить тепло, наряду с их теплоемкостью, значительно уменьшается.
Фазовые переходы и структура
Когда материал испытывает фазовый переход первого рода, например, из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газ, то его теплопроводность может измениться. Ярким примером такого изменения является разница этой физической величины для льда (2,18 Вт/(м*К) и воды (0,90 Вт/(м*К).
Изменения кристаллической структуры материалов также влияют на теплопроводность, что объясняется анизотропными свойствами различных аллотропных модификаций вещества одного и того же состава. Анизотропия влияет на различную интенсивность рассеивания решеточных фононов, основных переносчиков тепла в неметаллах, и в различных направлениях в кристалле. Здесь ярким примером является сапфир, проводимость которого изменяется от 32 до 35 Вт/(м*К) в зависимости от направления.
Электрическая проводимость
Теплопроводность в металлах изменяется вместе с электропроводностью согласно закону Видемана—Франца. Это связано с тем, что валентные электроны, свободно перемещаясь по кристаллической решетке металла, переносят не только электрическую, но и тепловую энергию. Для других материалов корреляция между этими типами проводимости не является ярко выраженной, ввиду незначительного вклада электронной составляющей в теплопроводность (в неметаллах основную роль в механизме передачи тепла играют решеточные фононы).
Процесс конвекции
Воздух и другие газы являются, как правило, хорошими теплоизоляторами при отсутствии процесса конвекции. На этом принципе основана работа многих теплоизолирующих материалов, содержащих большое количество небольших пустот и пор. Такая структура не позволяет конвекции распространяться на большие расстояния. Примерами таких материалов, полученных человеком, являются полистирен и силицидный аэрогель. В природе на том же принципе работают такие теплоизоляторы, как шкура животных и оперение птиц.
Легкие газы, например, водород и гель, имеют высокие значения теплопроводности, а тяжелые газы, например, аргон, ксенон и радон, являются плохими проводниками тепла. Например, аргон, инертный газ, который тяжелее воздуха, часто используется в качестве теплоизолирующего газового наполнителя в двойных окнах и в электрических лампочках. Исключением является гексафторид серы (элегаз), который является тяжелым газом и обладает относительно высокой теплопроводностью, ввиду его большой теплоемкости.
