Коэффициент теплопроводности железобетона

Современные утеплительные материалы имеют уникальные характеристики и применяются для решения задач определенного спектра. Большинство из них предназначены для обработки стен дома, но есть и специфичные, разработанные для обустройства дверных и оконных проемов, мест стыка кровли с несущими опорами, подвальных и чердачных помещений. Таким образом, выполняя сравнение теплоизоляционных материалов, нужно учитывать не только их эксплуатационные свойства, но и сферу применения.

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.

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.

Необходимые для расчета нормативные документы:

  • СНиП 23-02-2003 (СП ). «Тепловая защита зданий». Актуализированная редакция от 2012 года.
  • СНиП 23-01-99* (СП ). «Строительная климатология». Актуализированная редакция от 2012 года.
  • СП 23-101-2004. «Проектирование тепловой защиты зданий».
  • ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

Исходные данные для расчета:

  1. Определяем климатическую зону, в которой мы собираемся построить дом. Открываем СНиП 23-01-99*.»Строительная климатология», находим таблицу 1. В данной таблице находим свой город (или максимально близко расположенный от места строительства город), например, для строительства в деревне, расположенной возле г. Муром, мы возьмем показатели г. Мурома! из столбца 5 — «Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, с обеспеченностью 0,92» — «-30°С»;
  2. Определяем продолжительность отопительного периода —  открываем таблицу 1 в СНиП 23-01-99* и в столбце 11 (со средней суточной температурой наружного воздуха 8°С) продолжительность равна zht = 214 сут;
  3. Определяем среднюю температуру наружного воздуха за отопительный период, для этого из той же таблицы 1 СНИП 23-01-99* выбираем в столбце 12 значение — tht = -4,0°С .
  4. Оптимальную температуру внутри помещения принимаем по таблице 1 в ГОСТ 30494-96 — tint= 20°С;

    Затем, нам необходимо определиться с конструктивом самой стены. Поскольку раньше строили дома из одного материала (кирпич, камень и т.п.) — стены были очень толстые и массивные. Но, с развитием технологий, у людей появились новые материалы, обладающие очень хорошими показателями теплопроводности, что позволило значительно сократить толщину стен из основного (несущего материала) добавлением теплоизолирующего слоя, таким образом появились многослойные стены.

    Основных слоев в многослойной стене минимум три:

  • 1 слой — несущая стена — её назначение передавать нагрузку от вышележащих конструкций на фундамент;
  • 2 слой — теплоизоляция — её назначение максимально задерживать тепло внутри дома;
  • 3 слой — декоративный и защитный — её назначение делать красивым фасад дома и одновременно защищать слой утеплителя от воздействия внешней среды (дождь, снег, ветер и т.п.);

Рассмотрим для нашего примера следующий состав стены:

  • 1 слой — несущую стену мы принимаем газобетонных блоков толщиной 400мм (принимаем конструктивно — с учетом того, что на неё будут опираться балки перекрытия);
  • 2 слой — выполняем из минераловатной плиты, её толщину мы и определим теплотехническим расчетом!
  • 3 слой — принимаем облицовочный силикатный кирпич, толщина слоя 120 мм;
  • 4 слой — поскольку изнутри наша стена будет покрыта слоем штукатурки из цементно-песчаного раствора, тоже включим её в расчет и назначим её толщину 20мм;
Читайте также:  Всё что нужно знать о керамических блоках

Теплопроводность бетона: классификация, таблица коэффициентов

Часто домашнему мастеру приходится выбирать материалы для постройки или обновления сооружений, поэтому важно обращать внимание на различные характеристики. Теплопроводность бетона — одна из них. Это свойство может отличаться у разных видов. В основном на теплопроводность влияет тип наполнителя. Чем легче материал, тем выше у него теплоизоляция, а чем тяжелее деталь — тем она прочнее.

Определение теплопроводности

При возведении различных зданий и сооружений используются разные материалы. Из-за довольно сурового климата чаще всего приходится проводить дополнительное утепление. Например, при возведении жилых помещений используются специальные изоляторы, поддерживающие комфортную для проживания температуру. Поэтому при выборе стройматериалов в обязательном порядке необходимо обратить внимание на их теплоизоляционные свойства.

Теплопроводность — это способность тела передавать энергию от более нагретых частей менее нагретым. Процесс может протекать как в твердых частях детали, так и в его порах. В твердых частях — это кондукция, в порах — конвекция. Материал быстрее остывает в его твердых частях. В порах же застаивается воздух, вследствие чего материал дольше держит тепло.

Зависимость от различных показателей

Теплоизоляционные характеристики бетона, кирпича, гипсокартона, дерева и многих других стройматериалов зависят от ряда параметров. Например:

  • Влаги.
  • Пористости.
  • Плотности.

Чем больше пор в детали, тем она теплее, а тяжелый стройматериал — прочнее. В современных условиях строительства используются различные типы материала. Но их условно можно поделить на два основных — это тяжелые и легкие пенистые типы.

Тяжелый сорт бетона тоже можно разделить на два вида: тяжелые и особо тяжелые. Для усиления прочности во второй вид добавляют различные наполнители — магнетит, металлический скреп, барит и др. Особо тяжелый бетон применяется при строительстве объектов, нуждающихся в защите от радиации. Плотность материала в этой категории начинается от 2500 кг/куб. м.

Обычный тяжелый бетон изготавливают с добавлением гранита, диабаза, известняка, на основе горного щебня. Плотность материала здесь варьируется от 1500 до 2500 кг/куб. м.

Легкий сорт бетона тоже можно поделить на две группы. Довольно часто в строительных работах используют виды на базе пористого наполнителя, в роли которого выступают шлак, керамзит, пемза и др.

Для изготовления второй группы применяется обычный наполнитель, который вспенивается в процессе замеса. В итоге получается материал с очень большим количеством пор.

Теплоизоляция легкого бетона, конечно же, высокая, но вот прочность гораздо ниже тяжелого. Применяются такие стройматериалы при сооружении зданий, которые не подвергаются серьезным перегрузкам.

Ячеистый бетон можно разделить по назначению:

  • Теплоизолирующий (плотностью до 800 кг/куб.м).
  • Конструкционно-теплоизолирующий (плотность до 1350 кг/куб. м).
  • Конструкционный (до 1850 кг/куб.м).

Теплоизоляционные блоки чаще всего применяют для утепления стен, которые возводили из кирпича или цементного раствора. Кроме того, из такого бетона можно соорудить небольшие ограждающие конструкции.

К конструкционно-теплоизолирующим и просто конструкционным видам можно отнести керамзитобетон, шлакопемзобетон, пенобетон и др. Их можно использовать в качестве теплоизоляционного и строительного материала.

Влияние влаги

В строительных кругах известно утверждение, что сухие стройматериалы изолируют тепло гораздо лучше влажных. Объясняется это довольно-таки высокой степенью теплопроводности воды. Стены, потолки, полы защищены от холода благодаря порам в стройматериале, заполненным воздухом. При воздействии с влагой воздух вытесняется. Это приводит к повышению коэффициента теплопередачи бетона.

В холодный сезон влага, попавшая в материал, замерзает, что приводит к еще более печальным последствиям. Степень подверженности материала к проницаемости влагой у разных марок может быть отличной друг от друга.

Коэффициент теплопроводности бетона и железобетона составляет 0,18−1,75 Вт/м*К. Таблица теплопроводности бетона и других материалов:

Кирпич как изолятор

Для сопоставления свойств теплопроводности можно сравнить бетон и кирпич. По прочностным свойствам кирпич ничуть не уступает своему собрату, а иногда и превосходит его. То же самое можно сказать и про плотность. Современные виды кирпича, используемые в строительных работах, можно разделить на силикатный и керамический. Те, в свою очередь, могут быть полнотелыми, пустотелыми и щелевыми.

Преимущества и недостатки

При выборе теплоизоляции нужно учитывать не только ее физические свойства, но и такие параметры, как легкость монтажа, потребность в дополнительном обслуживании, долговечность и стоимость.

Сравнение самых современных вариантов

Как показывает практика, проще всего осуществлять монтаж пенополиуретана и пеноизола, которые наносятся на обрабатываемую поверхность в форме пены. Эти материалы пластичны, они с легкостью заполняют полости внутри стен постройки. Недостатком вспениваемых веществ является потребность в использовании специального оборудования для их распыления.

Как показывает приведенная выше таблица, достойную конкуренцию пенополиуретану составляет экструдированный пенополистирол. Этот материал поставляются в виде твердых блоков, но с помощью обычного столярного ножа ему можно придать любую форму. Сравнивая характеристики пенных и твердых полимеров, стоит отметить, что пена не образует швов, и это является ее главным преимуществом по сравнению с блоками.

Сравнение ватных материалов

Минеральная вата по свойствам похожа на пенопласты и пенополистирол, однако при этом «дышит» и не горит. Также она обладает лучшей устойчивостью при воздействии влаги и практически не меняет свои качества в процессе эксплуатации. Если стоит выбор между твердыми полимерами и минеральной ватой, лучше отдать предпочтение последней.

У каменной ваты сравнительные характеристики те же, что и у минеральной, но стоимость выше. Эковата имеет приемлемую цену и легко монтируется, но отличается низкой прочностью на сжатие и со временем проседает. Стекловолокно также проседает и, кроме того, осыпается.

Сыпучие и органические материалы

Для теплоизоляции дома иногда применяются сыпучие материалы – перлит и гранулы из бумаги. Они отталкивают воду и устойчивы к воздействию патогенных факторов. Перлит экологичен, он не горит и не оседает. Тем не менее, сыпучие материалы редко применяются для утепления стен, лучше с их помощью обустраивать полы и перекрытия.

Из органических материалов необходимо выделить лен, древесное волокно и пробковое покрытие. Они безопасны для окружающей среды, но подвержены горению, если не пропитаны специальными веществами. Кроме того, древесное волокно подвержено воздействию биологических факторов.

В целом, если учитывать стоимость, практичность, теплопроводность и долговечность утеплителей, то наилучшие материалы для отделки стен и перекрытий – это пенополиуретан, пеноизол и минеральная вата. Остальные виды изоляции обладают специфическими свойствами, так как разработаны для нестандартных ситуаций, а применять такие утеплители рекомендуется только в том случае, если других вариантов нет.

Иные критерии подбора утеплителей

Теплоизоляционное покрытие обеспечивает снижение теплопотерь на 30-40 %, повышает прочность несущих конструкций из кирпича и металла, сокращает уровень шума и не забирает полезную площадь постройки. При выборе утеплителя помимо теплопроводности нужно учитывать другие критерии.

Объемный вес

Вес и плотность минваты влияет на качество утепления

Данная характеристика связана с теплопроводностью и зависит от типа материала:

  • Минераловатные продукты отличаются плотностью 30-200 кг/м3, поэтому подходят для всех поверхностей строения.
  • Вспененный полиэтилен имеет толщину 8-10 мм. Плотность без фольгирования равняется 25 кг/м3 с отражающей основой – около 55 кг/м3.
  • Пенопласт отличается удельным весом от 80 до 160 кг/м3, а экструдированный пенополистирол – от 28 до 35 кг/м3. Последний материал является одним из самых легких.
  • Полужидкий напыляемый пеноизол при плотности 10 кг/м3 требует предварительного оштукатуривания поверхности.
  • Пеностекло имеет плотность, связанную со структурой. Вспененный вариант характеризуется объемным весом от 200 до 400 кг/м3. Теплоизолят из ячеистого стекла – от 100 до 200 м3, что делает возможным применение на фасадных поверхностях.

Чем меньше объемный вес, тем меньше затрачивается материала.

Способность держать форму

Иные критерии подбора утеплителей

Плиты и пенополиуретан имеют одинаковую степень жесткости, хорошо выдерживают форму

Производители не указывают формостабильность на упаковке, но можно ориентироваться на коэффициенты Пуассона и трения, сопротивления изгибам и сжатиям. По стабильности формы судят о сминаемости или изменении параметров теплоизоляционного слоя. В случае деформации существуют риски утечки тепла на 40 % через щели и мосты холода.

Формостабильность стройматериалов зависит от типа утеплителя:

  • Вата (минеральная, базальтовая, эко) при укладке между стропилами расправляется. За счет жестких волокон исключается деформация.
  • Пенные виды держат форму на уровне жесткой каменной ваты.

Способность изделия держать форму также определяется по характеристикам упругости.

Паропроницаемость

Определяет «дышащие» свойства материала – способность к пропусканию воздуха и пара. Показатель важен для контроля микроклимата в помещении – в законсервированных комнатах образуется больше плесени и грибка. В условиях постоянной влажности конструкция может разрушаться.

По степени паропроницаемости выделяют два типа утеплителей:

  • Пены – изделия, для производства которых применяется технология вспенивания. Продукция вообще не пропускает конденсат.
  • Ваты – теплоизоляция на основе минерального или органического волокна. Материалы могут пропускать конденсат.

При монтаже паропроницаемых ват дополнительно укладывают пленочную пароизоляцию.

Горючесть

Показатель, на который ориентируются при строительстве наземных частей жилых зданий. Классификация токсичности и горючести указана в ст. 13 ФЗ № 123. В техническом регламенте выделены группы:

  • НГ – негорючие: каменная и базальтовая вата.
  • Г – возгораемые. Материалы категории Г1 (пенополиуретан) отличаются слабой возгораемостью, категории Г4 (пенополистирол, в т.ч. экструдированный) – сильногорючие.
  • В – воспламеняемые: плиты из ДСП, рубероид.
  • Д – дымообразующие (ПВХ).
  • Т – токсичные (минимальный уровень – у бумаги).
Иные критерии подбора утеплителей

Оптимальный вариант для частного строительства – самозатухающие материалы.

Звукоизоляция

Характеристика, связанная с паропроницаемостью и плотностью. Ваты исключают проникновение посторонних шумов в помещении, через пены проникает больше шума.

У плотных материалов лучше шумоизоляционные свойства, но укладка осложняется толщиной и весом. Оптимальным вариантом для самостоятельных теплоизоляционных работ будет каменная вата с высоким звукопоглощением. Аналогичные показатели – у легкой стекловаты или базальтового утеплителя со скрученными длинными тонкими волокнами.

Нормальный показатель звукоизоляции – плотность от 50 кг/м3.

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.

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
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
Читайте также:  Демпферная лента незаменима при укладке пола

Часть информации взята нормативов, которые прописывают характеристики определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП , 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.

Дерево как изолятор

И «холодный» тяжелый, и легкий бетон, теплопроводность которого низкая, конечно же, очень популярные и востребованные виды строительных материалов. В любом случае, фундаменты большинства зданий и сооружений возводятся именно из цементного раствора в смеси с щебнем или бутовым камнем.

Применяют бетонную смесь или же изготовленные из нее блоки и для возведения ограждающих конструкций. Но достаточно часто для сборки пола, потолков и стен используются и другие материалы, к примеру, дерево. Брус и доска отличаются, конечно же, гораздо меньшей прочностью, чем бетон. Однако и степень теплопроводности у дерева, разумеется, намного ниже. У бетона этот показатель, как мы выяснили, составляет 0,12-1,74 Вт/(м°С). У дерева коэффициент теплопроводности зависит, в том числе и от данной конкретной породы. Теплопроводность разных пород древесины

Вид древесины Сосна Липа, пихта Ель Тополь, дуб, клен
Коэффициент теплопроводности Вт/(м°С) 0,1 0,15 0,11 0,17-0,2

У других пород этот показатель может быть иным. Считается, что в среднем теплопроводность древесины поперек волокон равна 0,14 Вт/(м°С). Лучше всего изолирует пространство от холода кедр. Его показатель теплопроводности составляет всего 0,095 Вт/(м С).

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.

Коэффициент теплопроводности материалов

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.