Теплоотдача таблица материалов: Таблица теплопроводности строительных материалов

Содержание

Таблицы теплопроводимости материалов (металлы, бетон, гранит, дерево и др.)

Взято из: «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» /под ред. Романкова. Приложение.
Н.И. Кошкин, М.Г. Ширкевич. Справочник по элементарной физике // Издание девятое, М.: «Наука», 1982 г.

Коэффициент теплопроводности металлов

Металл Вт/(м•К)
Алюминий 209,3
Бронза 47-58
Железо 74,4
Золото 312,8
Латунь 85,5
Медь 389,6
Платина 70
Ртуть 29,1
Серебро 418,7
Сталь 45,4
Свинец 35
Серый
чугун
50
Чугун 62,8

Коэффициент теплопроводности других материалов

Материал Влажность
массовая доля %
Вт/(м•К)
Бакелитовый
лак
0,29
Бетон
с каменным щебнем
8 1,28
Бумага
обыкновенная
Воздушно-сухая 0,14
Винипласт 0,13
Гравий Воздушно-сухая 0,36
Гранит 3,14
Глина 15-20 0,7-0,93
Дуб
(вдоль волокон)
6-8 0,35-0,43
Дуб
(поперек волокон)
6-8 0,2-0,21
Железобетон 8 1,55
Картон Воздушно-сухая 0,14-0,35
Кирпичная
кладка
Воздушно-сухая 0,67-0,87
Кожа >> 0,14-0,16
Лед 2,21
Пробковые
плиты
0 0,042-0,054
Снег
свежевыпавший
0,105
Снег
уплотненный
0,35
Снег
начавший таять
0,64
Сосна
(вдоль волокон)
8 0,35-0,41
Сосна
(поперек волокон)
8 0,14-0,16
Стекло
(обыкновенное)
0,74
Фторопласт-3 0,058
Фторопласт-4 0,233
Шлакобетон 13 0,698
Штукатурка 6-8 0,791

Коэффициент теплопроводности асбеста и пенобетона при различных температурах

a=576кг/м3, ρп=400кг/м3,λ, Вт/(м•К))

Материал -18oС 0oС 50oС 100oС 150oС
Асбест 0,15 0,18 0,195 0,20
Пенобетон 0,1 0,11 0,11 0,13 0,17

Коэффициент теплопроводности жидкости Вт/(м•К) при различных температурах

Материал 0oС 50oС 100oС
Анилин 0,19 0,177 0,167
Ацетон 0,17 0,16 0,15
Бензол 0,138 0,126
Вода 0,551 0,648 0,683
Масло
вазелиновое
0,126 0,122 0,119
Масло
касторовое
0,184 0,177 0,172
Спирт
метиловый
0,214 0,207
Спирт
этиловый
0,188 0,177
Толуол 0,142 0,129 0,119

Запись опубликована автором admin в рубрике Полезные материалы. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Коэффициенты теплопроводности строительных материалов

Теплопроводность материала зависит от его плотности, влажности и добавок. Таким образом, у строительных материалов разных производителей будут отличаться физические свойства. Поэтому для точности следует брать значения коэффициентов теплопроводности материала из документации производителя.

Для того, чтобы произвести расчет теплопотерь частного дома, чтобы определить необходимую мощность отопления, достаточно взять данные, которые приведены в таблице ниже. В ней приведены коэффициенты теплопроводности λ (Вт/(м*К)), взятые для средней зоны влажности по СНиП 2-3-79.

ВсеБетоныРастворыГипсокартон и гипсовые плитыКирпичная кладка и облицовкаДерево и материалы на его основеУтеплителиЗасыпкиДругое Фильтр по группе материалов

 

 

Таблица коэффициентов теплопроводности строительных материалов
Материал Плотность, кг/куб.м Теплопроводность, Вт/(м*K)
Железобетон 2500 2.04
Бетон на гравии или щебне 2400 1,86
Туфобетон 1800 0.99
* 1600 0.81
* 1400 0.58
* 1200 0.47
Пемзобетон 1600 0.68
* 1400 0.54
* 1200 0.43
* 1000 0.34
* 800 0.26
Бетон на вулканическом шлаке 1600 0.70
* 1400 0.58
* 1200 0.47
* 1000 0.35
* 800 0.29
Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон 1800 0.92
* 1600 0.79
* 1400 0.65
* 1200 0.52
* 1000 0.41
* 800 0.31
* 600 0.26
* 500 0.23
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией 1200 0.58
* 1000 0.47
* 800 0.35
Керамзитобетон на перлитовом песке 1000 0.41
* 800 0.35
Шунгизитобетон 1400 0.64
* 1200 0.50
* 1000 0.38
Перлитобетон 1200 0.50
* 1000 0.38
* 800 0.33
* 600 0.23
Шлакопемзобетон (термозитобетон) 1800 0.76
* 1600 0.63
* 1400 0.52
* 1200 0.44
* 1000 0.37
Шлакопемзопенобетон и шлакопемзогазобетон 1600 0.70
* 1400 0.58
* 1200 0.47
* 1000 0.41
* 800 0.35
Бетон на доменных гранулированных шлаках 1800 0.81
* 1600 0.64
* 1400 0.58
* 1200 0.52
Аглопоритобетон и бетоны на топливных (котельных) шлаках 1800 0.93
* 1600 0.78
* 1400 0.65
* 1200 0.54
* 1000 0.44
Бетон на зольном гравии 1400 0.58
* 1200 0.47
* 1000 0.35
Вермикулитобетон 800 0.26
* 600 0.17
* 400 0.13
* 300 0.11
Газобетон, пенобетон, газосиликат, пеносиликат 1000 0.47
* 800 0.37
* 600 0.26
* 400 0.15
* 300 0.13
Газозолобенон и пенозолобетон 1200 0.58
* 1000 0.50
* 800 0.41
Цементно-песчаный раствор 1800 0.93
Сложный (песок, известь, цемент) раствор 1700 0.87
Известково-песчаный раствор 1600 0.81
Цементно-шлаковый раствор 1400 0.64
* 1200 0.58
Цементно-перлитовый раствор 1000 0.30
* 800 0.26
Гипсо-перлитовый раствор 600 0.23
Поризованный гипсо-перлитовый раствор 500 0.19
* 400 0.15
Плиты из гипса 1200 0.47
* 1000 0.35
Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) 800 0.21
Кладка из глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе 1800 0.81
Кладка из глиняного кирпича на цементно-шлаковом растворе 1700 0.76
Кладка из глиняного кирпича на цементно-перлитовом растворе 1600 0.70
Кладка из силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе 1800 0.87
Кладка из трепельного кирпича на цементно-песчаном растворе 1200 0.52
* 1000 0.47
Кладка из шлакового кирпича на цементно-песчаном растворе 1500 0.70
Кладка из керамического пустотного кирпича плотностью 1400 кг/куб.м.на цементно-песчаном растворе 1600 0.64
Кладка из керамического пустотного кирпича плотностью 1300 кг/куб.м.на цементно-песчаном растворе 1400 0.58
Кладка из керамического пустотного кирпича плотностью 1000 кг/куб.м.на цементно-песчаном растворе 1200 0.52
Кладка из силикатного одиннадцатипустотного кирпича на цементно-песчаном растворе 1500 0.81
Кладка из силикатного четырнадцатипустотного кирпича на цементно-песчаном растворе 1400 0.76
Облицовка гранитом, гнейсом, базальтом 2800 3.49
Облицовка мрамором 2800 2.91
Облицовка известняком 2000 1.28
* 1800 1.05
* 1600 0.81
* 1400 0.58
Облицовка туфом 2000 1.05
* 1800 0.81
* 1600 0.64
* 1400 0.52
* 1200 0.41
* 1000 0.29
Сосна, ель поперек волокон 500 0.18
Сосна, ель вдоль волокон 500 0.35
Дуб поперек волокон 700 0.23
Дуб вдоль волокон 700 0.41
Фанера клееная 500 0.18
Картон облицовочный 1000 0.23
Картон строительный многослойный 650 0.18
ДВП и ДСП 1000 0.29
* 800 0.23
* 600 0.16
* 400 0.13
* 200 0.08
Плиты фибролитовые и арболитовые на портландцементе 800 0.30
* 600 0.23
* 400 0.16
* 300 0.14
Плиты камышитовые 300 0.14
* 200 0.09
Плиты торфяные теплоизоляционные 300 0.08
* 200 0.064
Пакля 150 0.07
Маты минераловатные прошивные и на синтетическом связующем 125 0.07
* 75 0.064
* 50 0.06
Плиты минераловатные на синтетическом и битумном связующих 350 0.11
* 300 0.09
* 200 0.08
* 100 0.07
* 50 0.06
Плиты минераловатные повышенной жесткости на органофосфатном связующем 200 0.076
Плиты минераловатные полужесткие на крахмальном связующем 200 0.08
* 125 0.064
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем 50 0.064
Маты из стекловолокна прошивные 150 0.07
Пенополистирол 150 0.06
* 100 0.052
* 40 0.05
Пенопласт ПХВ-1 и ПВ-1 125 0.064
* 100 и меньше 0.052
Пенополиуретан 80 0.05
* 60 0.041
* 40 0.04
Плиты из резольно-фенолформальдегидного пенопласта 100 0.076
* 75 0.07
* 50 0.064
* 40 0.06
Перлитопластбетон 200 0.06
* 100 0.05
Перлитофосфогелевые изделия 300 0.12
* 200 0.09
Засыпка гравия керамзитового 800 0.23
* 600 0.20
* 400 0.14
* 300 0.13
* 200 0.12
Засыпка гравия шунгизитового 800 0.23
* 600 0.20
* 400 0.14
Засыпка щебня из доменного шлака, шлаковой пемзы и аглопорита 800 0.26
* 600 0.21
* 400 0.16
Засыпка щебня и песка из перлита вспученного 600 0.12
* 400 0.09
* 200 0.08
Засыпка вермикулита вспученного 200 0.11
* 100 0.08
Засыпка песка 1600 0.58
Пеностекло или газостекло 400 0.14
* 300 0.12
* 200 0.09
Листы асбестоцементные плоские 1800 0.52
* 1600 0.41
Битумы нефтяные 1400 0.27
* 1200 0.22
* 1000 0.17
Изделия из вспученного перлита на битумном связующем 400 0.13
* 300 0.099
Рубероид 600 0.17
Линолеум поливинилхлоридный многослойный 1800 0.38
* 1600 0.33
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове 1800 0.35
* 1600 0.29
* 1400 0.23
Сталь стержневая арматурная 7850 58
Чугун 7200 50
Алюминий 2600 221
Медь 8500 407
Стекло оконное 2500 0.76

 

 

Теплоотдача радиаторов отопления таблица — Климат в доме

Основными критериями выбора приборов для обогрева жилья является его теплоотдача.

Это коэффициент, определяющий количество выделенного тепла устройством.

Иными словами, чем выше теплоотдача, тем быстрее и качественнее будет осуществляться прогрев дома.

Сколько нужно тепла для отопления?

Для точного расчета необходимого количества тепла для помещения следует учитывать множество факторов: климатические особенности местности, кубатуру здания, возможные теплопотери жилья (количество окон и дверей, строительный материал, наличие утеплителя и др.). Данная система вычислений достаточно трудоемкая и применяется в редких случаях.

В основном, расчет тепла определяется на основании установленных ориентировочных коэффициентов: для помещения с потолками не выше 3 метров, на 10 м2 требуется 1 Квт тепловой энергии. Для северных регионов показатель увеличивается до 1,3 Квт.

К примеру, помещение, площадью 80 м2, для оптимального обогрева требует 8 КВт мощности. Для северных районов количество тепловой энергии возрастет до 10,4 КВт

Теплоотдача – ключевой показатель эффективности

Коэффициент теплоотдачи радиаторов – это показатель его мощности. Он определяет количество выделенного тепла за определенный промежуток времени. На мощность конвектора влияют: физические свойства прибора, его тип подключения, температура и скорость теплоносителя.

Мощность конвектора, указанная в его техпаспорте, обусловлена физическими свойствами материала, из которого изготовлен прибор, и зависит от его межосевого расстояния. Чтобы рассчитать необходимое количество секций радиатора для помещения, понадобится площадь жилья и коэффициент теплового потока прибора.

Вычисления производятся по формуле:

Количество секций = S/ 10 * коэффициент энергии (K) / величина теплового потока (Q)

Пример: Необходимо рассчитать количество секций алюминиевой батареи (Q = 0,18) для помещения, площадью 50 м2.

Расчет: 50 / 10 * 1 / 0,18 = 27,7. То есть, для обогрева помещения понадобится 28 секций. Для монолитных приборов, за место Q, ставим коэффициент теплоотдачи радиатора и в результате получаем необходимое количество батарей.

Если конвекторы будут установлены рядом с источниками, влияющими на теплопотери (окна, двери), то коэффициент энергии берется из расчета — 1.3.

Для отопления используются радиаторы: стальные, алюминиевые, медные, чугунные, биметаллические (сталь + алюминий), и все они имеют разную величину теплового потока, обусловленную свойствами металла.

Сравнение показателей: анализ и таблица

 

Помимо материала, из которого изготовлен прибор, на коэффициент мощности влияет межосевое расстояние – высота между осями верхнего и нижнего выходов. Также существенное влияние на КПД оказывает величина теплопроводности.

Тип радиатора Межосевое расстояние (мм) Теплоотдача (КВт) Температура теплоносителя (0С)
Алюминиевые 350 0,139 130
500 0,183
Стальные 500 0,150 120
Биметаллические 350 0,136 135
500 0,2
Чугунные 300 0,14 130
500 0,16
Медные 500 0,38 150

Факторы, которые влияют на показатели

Материал изготовления

Наибольшей теплоотдачей обладают медные и алюминиевые конвекторы. Самый низкий коэффициент мощности наблюдается у чугунных батарей, но он компенсируется их способностью сохранять тепло длительное время.

На эффективность КПД влияет правильный монтаж теплоприборов:

  • Оптимальное расстояние между полом и батареей – 70-120 мм, между подоконником – не менее 80 мм.
  • Обязательно предусматривается установка воздуховыпускника (крана Маевского).
  • Горизонтальное положение теплоприбора.

Радиаторы с лучшей теплоотдачей:

Материал Модель, производитель Номинальный тепловой поток (КВт) Стоимость за секцию (руб)
Алюминий Royal Thermo Indigo 500 0,195 700,00
Rifar Alum 500 0,183 700,00
Elsotherm AL N 500х85 0,181 500,00
Чугун STI Нова 500 (секционного типа) 0,120 750,00
Биметалл Rifar Base Ventil 500 0,204 1100,00
Royal Thermo PianoForte 500 0,185 1500,00
Sira RS Bimetal 500 0,201 1000,00
Сталь Kermi FTV(FKV) 22 500 2,123 (панель) 8200,00 (панель)

Размещение радиаторов

Выделяют следующие типы подключения:

  1. Диагональное. Подающая труба монтируется к конвектору слева сверху, а выводящая снизу справа.
  2. Боковое (одностороннее). Подающая и обратная труба крепятся к теплоприбору с одной стороны.
  3. Нижнее. Обе трубы подводятся к батарее снизу, с противоположных сторон.
  4. Верхнее. Трубы монтируются к верхним выходам теплоприбора, с обеих сторон.

Самым эффективным способом является диагональное подключение, которое позволяет равномерно нагреться прибору. При небольшом количестве секций, можно повысить мощность посредством бокового подключения.

Если секций одного радиатора более 15, то данная схема будет неэффективной, так как дальняя боковая сторона не будет прогреваться в данной мере.

Как улучшить теплоотдачу

Указанный коэффициент мощности конвектора в его техпаспорте, имеет место быть, практически при идеальных условиях. На деле, величина теплового потока несколько снижена,и это обусловлено большими теплопотерями.

В первую очередь, для повышения коэффициента необходимо уменьшить потерю тепла – провести работы по утеплению дома, особое внимание, уделив крыше, так как через нее уходит около 70% теплого воздуха и оконным и дверным проемам.

На стену за теплоприбором целесообразно установить отражающий материал, чтобы направить всю полезную энергию внутрь помещения.

При монтаже теплопровода, следует отдать предпочтение металлическим трубам, так как они также осуществляют теплообмен, соответственно КПД значительно увеличивается.

Подводя итоги, следует отметить, что лучшей теплоотдачей обладают медные, биметаллические и алюминиевые радиаторы. Первые отличаются довольно высокой стоимостью и используются крайне редко.

На основе заявленной мощности радиатора производителем, можно сделать вывод, что биметаллические теплоприборы превосходят алюминиевые.

Однако, на практике больше тепла отдают приборы из алюминия, так как сталь, входящая в состав биметаллических конвекторов обладает высокой теплопроводностью, а значит остывает за более короткий промежуток времени.


Мы подобрали для Вас ещё восемь полезных статей, смотрите далее.

Теплоотдача радиаторов отопления – таблица и сравнение моделей

Когда проводится проектирование системы отопления дома, проектировщики в первую очередь стараются определить, какое количество тепла необходимо будет использовать, чтобы в доме создались комфортные условия проживания. От чего это зависит? В первую очередь от такого показателя, как теплоотдача радиаторов отопления (таблица будет указана ниже).

Итак, что такое теплоотдача отопительной батареи? Это критерий тепловой энергии, которая выделяется за определенный промежуток времени. Измеряется она в Вт/м*К, некоторые производители в паспорте указывают другую единицу измерения — кал/час. По сути, это одно и то же. Чтобы перевести одну в другую, придется воспользоваться соотношением: 1,0 Вт/м*К= 859,8452279 кал/ч.

Что влияет на коэффициент теплоотдачи

  • Температура теплоносителя.
  • Материал, из которого изготавливаются отопительные батареи.
  • Правильно проведенный монтаж.
  • Установочные размеры прибора.
  • Размеры самого радиатора.
  • Тип подключения.
  • Конструкция. К примеру, количество конвекционных ребер в панельных стальных радиаторах.

С температурой теплоносителя все понятно, чем она выше, тем больше тепла прибор отдает. Со вторым критерием тоже более или менее понятно. Приведем таблицу, где можно ознакомиться, какой материал и сколько отдает тепла.

Материал для батареи отопления Теплоотдача (Вт/м*К)
Чугун 52
Сталь 65
Алюминий 230
Биметалл 380

Скажем прямо, это показательное сравнение говорит о многом, из него можно сделать вывод, что, к примеру, алюминий имеет теплоотдачу практически в четыре разы выше, чем чугун. Это дает возможность снижать температуру теплоносителя, если используются алюминиевые батареи. А это приводит к экономии топлива. Но на практике получается все по-другому, ведь сами радиаторы изготавливаются по разным формам и конструкциям, к тому же модельный ряд их настолько огромен, что говорить о точных цифрах здесь не приходится.

Теплоотдача в зависимости от температуры теплоносителя

Для примера можно привести вот такой разброс степени отдачи тепла у алюминиевых и чугунных радиаторов:

  • Алюминиевые – 170-210.
  • Чугунные – 100-130.

Во-первых, сравнительная степень резко упала. Во-вторых, диапазон разброса самого показателя достаточно большой. Почему так получается? В первую очередь из-за того, что производители используют различные формы и толщину стенки отопительного прибора. А так как модельный ряд достаточно широк, отсюда и пределы теплоотдачи с сильным разбегом показателей.

Давайте рассмотрим несколько позиций (моделей), объединенных в одну таблицу, где будут указаны марки радиаторов и их показатели теплоотдачи. Это таблица не сравнительная, просто нам хочется показать, как меняется тепловая отдача прибора в зависимости от его конструкционных отличий.

Модель Теплоотдача
Чугунный М-140-АО 175
М-140 155
М-90 130
РД-90 137
Алюминиевый RIfar Alum 183
Биметаллический РИФАР Base 204
РИФАР Alp 171
Алюминиевый RoyalTermo Optimal 195
RoyalTermo Evolution 205
Биметаллический RoyalTermo BiLiner 171
RoyalTermo Twin 181
RoyalTermo Style Plus 185

Как видите, теплоотдача радиаторов отопления во многом зависит от модельных отличий. И таких примеров можно приводить огромное количество. Необходимо обратить ваше внимание на один очень важный нюанс – некоторые производители в паспорте изделия указывают теплоотдачу не одной секции, а нескольких. Но в документе все это прописывается. Здесь важно быть внимательным и не совершить ошибку при проведении расчета.

Тип подключения

Хотелось бы подробнее остановиться на этом критерии. Дело все в том, что теплоноситель, проходя по внутреннему объему батареи, заполняет его неравномерно. И когда дело касается теплоотдачи, то эта самая неравномерность очень сильно влияет на степень данного показателя. Начнем с того, что существует три основных типа подключения.

  1. Боковое. Чаще всего используется в городских квартирах.
  2. Диагональное.
  3. Нижнее.

Если рассматривать все три типа, то выделим второй (диагональное), как основу нашего разбора. То есть, все специалисты считают, что именно данная схема может быть взята за такой коэффициент, как 100%. И это на самом деле так и есть, ведь теплоноситель по этой схеме проходит от верхнего патрубка, спускаясь вниз к нижнему патрубку, установленного с противоположной стороны прибора. Получается так, что горячая вода движется по диагонали, равномерно распределяясь по всему внутреннему объему.

Теплоотдача в зависимости от модели прибора

Боковое подключение в данном случае имеет один недостаток. Теплоноситель заполняет радиатор, но при этом последние секции охватываются плохо. Вот почему теплопотери в этом случае могут быть до 7%.

И нижняя схема подключения. Скажем прямо, не совсем эффективная, теплопотери могут составлять до 20%. Но оба варианта (боковой и нижний) будут работать эффективно, если использовать их в системах с принудительной циркуляцией теплоносителя. Даже небольшое давление будет создавать напор, которого хватит, чтобы довести воду до каждой секции.

Правильная установка

Не все обыватели понимают, что отопительный радиатор должен быть правильно установлен. Существуют определенные позиции, которые могут влиять на теплоотдачу. И эти позиции в некоторых случаях должны выполняться жестко.

К примеру, горизонтальная посадка прибора. Это немаловажный фактор, именно от него зависит, как будет двигаться теплоноситель внутри, будут ли образовываться воздушные карманы или нет.

Поэтому совет тем, кто решается установить батареи отопления своими руками – никаких перекосов или смещений, старайтесь использовать необходимые измерительные и контролирующие инструменты (уровень, отвес). Нельзя допустить, чтобы батареи в разных комнатах устанавливались не на одном уровне, это очень важно.

И это еще не все. Многое будет зависеть от того, на каком расстояние от ограничительных поверхностей радиатор будет установлен. Вот только стандартные позиции:

  • От подоконника: 10-15 см (погрешность 3 см допустима).
  • От пола: 10-15 см (погрешность 3 см допустима).
  •  От стены: 3-5 см (погрешность 1 см).

Внимание! Если необходимо установить экраны для радиаторных батарей, то выбирайте лучшие из них!

Как может отразиться увеличение погрешности на теплоотдачу? Рассматривать все варианты нет смысла, приведем пример нескольких основных.

  • Увеличение в большую сторону погрешности расстояния между подоконником и прибором уменьшает показатель тепловой отдачи на 7-10%.
  • Уменьшение погрешности расстояния между стеной и радиатором уменьшает теплоотдачу до 5%.
  • Между полом и батарей – до 7%.

Казалось бы, какие-то сантиметры, но именно они могут снизить температурный режим внутри дома. Вроде бы снижение не такое уж и большое (5-7%), но давайте сравнивать все это с потреблением топлива. Оно на эти же проценты будет возрастать. За один день это не будет заметно, а за месяц, а за весь отопительный сезон? Сумма сразу вырастает до астрономических высот (учитывайте цены на 2020 год). Так что стоит и на это обратить особое внимание.

Таблица теплопроводности и других качеств материалов для утепления

Да, в нашей стране, в отличие от стран с жарким климатом, бывают лютые зимы. Именно поэтому нужно строиться из теплых материалов с использованием специальных утеплителей. В ином случае все дорогое тепло от котлов и печей будет уходить через стены и другие перекрытия.

Нам нужно точно знать, какие из современных популярных материалов для утепления наиболее эффективны.

Что такое теплопроводность?

Теплопроводность можно описать как процесс передачи тепловой энергии до наступления теплового равновесия. Температура, так или иначе, будет выровнена, вопрос только в скорости этого процесса. Если применить это понятие к дому, то ясно, что чем дольше температура внутри здания выравнивается с наружной, тем лучше. Проще говоря, насколько быстро дом остывает это вопрос того, какая теплопроводность его стен.

В числовой форме этот показатель характеризуется коэффициентом теплопроводности. Он показывает, сколько тепла за единицу времени проходит через единицу поверхности. Чем выше этот коэффициент у материала, тем быстрее он проводит тепло.

Теплопроводность утеплителей — это наиболее информативный показатель, и чем он ниже, тем материал эффективнее он сохраняет тепло (или прохладу в жаркие дни). Но существуют и другие показатели, которые влияют на выбор утеплителя.

Таблица теплопроводности утеплителей

В таблице указаны данные по наиболее широко применяемым утеплителям, которые используют в частном строительстве: минеральной ваты, пенополистирола, пенополиуретана и пенопласта. Также приведены сравнительные данные по другим видам.

Таблица теплопроводности утеплителей

  1. Утеплитель
Теплопроводность, Вт/(м*С) Плотность, кг/м3 Паропроницаемость, мг/ (м*ч*Па) «+» «-» Горюч.
Пенополиуретан 0,023 32 0,0-0,05 2.Бесшовный монтаж пеной; 3.Долгосрочность; 4.Лучшая тепло-, гидроизоляция 1.недешевый 2. Не устойчив к УФ-излучению Самозатухающий
0,029 40
0,035 60
0,041 80
Пенополистирол (пенопласт) 0,038 40 0,013-0,05 1.Отлично изолирует; 2. Дешевый; 3. Влагонепроницаем 1. Хрупкий; 2. Не «дышит» и образует конденсат Г3 и Г4. Сопротивление возгоранию и самозатухание
0,041 100
0,05 150
Экструдированный пенополистирол 0,031 33 0,013 1.Очень низкая теплопроводность; 3.Влагонепроницаем; 4.Прочен на сжатие; 5. Не гниет и не плесневеет; 6. Эксплуатация от -50 °С до +75°С; 7.Удобен в монтаже. 1. На порядок дороже пенопласта; 2. Восприимчив к органическим растворителям; 3. Паропроницаемость низкая, образует конденсат. Г1 у марок с антипеновыми добавками, другие Г3 и Г4. Сопротивление возгоранию и самозатухание
Минеральная (базальтовая) вата 0,048 50 0,49-0,6 1.Хорошая паропроницаемость –«дышит»; 2.Противостоит грибкам; 3.Звукоизоляция; 4.Высокая термоизоляция; 5.Механическая прочность; 6.Не сыпется 1.Недешевый Огнеупорный
0,056 100
0,07 200
Стекловолокно (стекловата) 0,041-0,044 155-200 0,5 1.Низкая теплопроводность; 2.При пожарах не выделяет токсичных веществ 1.Со временем теплоизоляция снижается; 2.Может появляться плесень; 3.Проблемный монтаж: волокна осыпаются и наносят вред коже, глазам; 4.Паропроницаемость низкая, образует конденсат. Не горит
Пенопласт ПВХ 0,052 125 0,023 1.Жесткий и удобный в монтаже 1.Недолговечен; 2.Плохая паропроницаемость и образование конденсата Г3 и Г4. Сопротивление возгоранию и самозатухание
Древесные опилки 0,07-0,18 230 1.Дешевизна; 2.Экологичность 1.Портиться и гниет; 2.Теплоизоляционные свойства падают при высокой влажности Пожароопасен

Сравнение «+» и «-» поможет определить, какой утеплитель выбрать для конкретных целей.

Полезные показатели утеплителей

На какие основные показатели нужно обратить внимание при выборе утеплителя:

  • Теплопроводность при выборе утеплителя материала является основным показателем. Чем она ниже, тем лучшая теплоизоляция у этого материала;
  • Плотность напрямую влияет на массу материала, от нее зависит, какая дополнительная нагрузка придется на стены или перекрытия дома. Это очень просто вычислить, зная объем утеплителя и его плотность. Обычно теплоизоляционные свойства падают с ростом плотности материала. Чем легче утеплитель, тем проще с ним работать, а нагрузка на перекрытия будет минимальной;
  • Паропроницаемость показывает, как материал пропускает водяной пар. Высокий коэффициент говорит о том, что материал может увлажняться. Наоборот, низкий коэффициент указывает то, что материал не пропускает пар и образует конденсат. Материалы можно делить на 2 вида: а) ваты – материалы, состоящие из волокон. Они паропроницаемы; б) пены – это затвердевшая пенная масса особого вещества. Не пропускают пар ;
  • Водопоглощение — это способность вещества впитывать воду. Чем она выше, тем менее материал пригоден для утепления, тем более для наружных теплоизоляционных работ, ванной, кухни и других мест с повышенной влажностью;
  • Горючесть довольно понятный показатель, очевидно, что наилучшие материалы для утепления те, которые не горят. Также пригодны самозатухающие варианты;
  • Прочность на сжатие — это способность материала сохранить свою форму и толщину при механическом воздействии. Многие материалы хороши как утеплитель, но могут сжиматься, при этом снижаются их теплоизоляционные качества;
  • Хрупкость нежелательна для утеплителя, хотя и не является основополагающим качеством при выборе;
  • Долговечность определяет срок службы материала;
  • Толщина материала определяет, сколько пространства будет занимать теплоизоляция. При внутренних работах это важно, ведь чем тоньше слой материала, тем меньше полезного пространств он «съест»;
  • Экологичность материала особенно важна при выполнении внутреннего утепления. Нужно обратить внимание, не разлагается ли утеплитель на опасные составляющие, а также не выделяет ли он при пожаре токсичных веществ.

Кто на свете всех теплей?

Цель такого тщательного изучения утеплителей одна — узнать, какой из них лучше всех. Однако, это палка о двух концах, ведь материалы с высокой термоизоляцией могут иметь другие нежелательные характеристики.

Пенополиуретан или экструдированный пенополистирол

Нетрудно определить по таблице, что чемпион по теплоизоляции – это пенополиуретан. Но и цена его гораздо выше, нежели у полистирола или пенопласта. Все потому что он обладает двумя наиболее востребованными в строительстве качествами: негорючесть и водоотталкивающие свойства. Его трудно поджечь, поэтому пожарная безопасность такого утепления высока, к тому же он не боится намокнуть.

Но у пенополиуретана появилась настоящая альтернатива – экструдированный пенополистирол. По сути это тот же пенопласт, но прошедший дополнительную обработку – экструдировку, которая улучшила его. Это материал с равномерной структурой и замкнутыми ячейками, который представлен в виде листов разной толщины. От обычного пенопласта его отличает усиленная прочность и способность выдерживать механическое давление. Именно поэтому его можно назвать достойным конкурентом пенополиуретану. Единственный недостаток монтажа отдельных плит – швы, которые успешно заделываются монтажной пеной.

А уж чем вам удобнее пользоваться – жидким утеплителем из баллончика или плитами, выбирать только вам. Но помните, что эти материалы не «дышат» и могут образовывать эффект запотевших окон, так что все утепление может уйти из форточки во время проветривания. Поэтому утеплять такими материалами нужно разумно.

Минеральная вата или пенопласт

Если сравнивать минеральную вату и пенопласт, то их теплопроводность находится на одном уровне ≈ 0,5. Поэтому выбирая между этими материалами, неплохо было бы оценить и другие качества, такие как водопроницаемость. Так, монтаж ваты в местах с возможным намоканием нежелательна, поскольку она теряет свойства теплоизоляции на 50% при намокании на 20%. С другой стороны, вата «дышит» и пропускает пар, так что не будет образовываться конденсата. В доме, который утеплен ватой из базальтового волокна, не будут запотевать окна. И вата, в отличие от пенопласта, не горит.

Другие утеплители

Весьма популярны сейчас эко-материалы, такие как опилки, которые смешивают с глиной и используют для стен. Однако, такой приятный по цене материал как опилки, имеет много недостатков: горит, намокает и гниет. Не говоря уже о том, что набирая влагу, опилки теряют теплоизоляционные свойства.

Также набирает популярности дешевое и экологичное пеностекло, которое можно применять только без нагрузок, поскольку он весьма хрупок.

Выбирая утеплитель

Цены на энергоносители растут, и вместе с тем растет популярность на утеплители. В нашей статье представлена таблица теплопроводности материалов для утепления и сравнительный анализ популярных видов утеплителей. Главное, что хотелось бы отметить — хорошие показатели вы получите, приобретая только качественный сертифицированный продукт. Выбор теплоизоляционных материалов на рынке весьма широк и один вид утеплителя предлагается более чем пятью производителями. Много из них могут вас огорчить своим качеством, поэтому ориентируйтесь на отзывы тех, кто испытал конкретные торговые марки на «своей шкуре».

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Полная таблица теплопроводности строительных материалов

Физические свойства воды при температуре от 0 до 100°С

В таблице представлены следующие физические свойства воды: плотность воды ρ, удельная энтальпия h, удельная теплоемкость Cp, теплопроводность воды λ, температуропроводность воды а, вязкость динамическая μ, вязкость кинематическая ν, коэффициент объемного теплового расширения β, коэффициент поверхностного натяжения σ, число Прандтля Pr. Физические свойства воды приведены в таблице при нормальном атмосферном давлении в интервале от 0 до 100°С.

Физические свойства воды существенно зависят от ее температуры. Наиболее сильно эта зависимость выражена у таких свойств, как удельная энтальпия и динамическая вязкость. При нагревании значение энтальпии воды значительно увеличивается, а вязкость существенно снижается. Другие физические свойства воды, например, коэффициент поверхностного натяжения, число Прандтля и плотность уменьшаются при росте ее температуры. К примеру, плотность воды при нормальных условиях (20°С) имеет значение 998,2 кг/м3, а при температуре кипения снижается до 958,4 кг/м3.

Такое свойство воды, как теплопроводность (или правильнее — коэффициент теплопроводности) при нагревании имеет тенденцию к увеличению. Теплопроводность воды при температуре кипения 100°С достигает значения 0,683 Вт/(м·град). Температуропроводность h3O также увеличивается при росте ее температуры.

Следует отметить нелинейное поведение кривой зависимости удельной теплоемкости этой жидкости от температуры. Ее значение снижается в интервале от 0 до 40°С, затем происходит постепенный рост теплоемкости до величины 4220 Дж/(кг·град) при 100°С.

ρ, кг/м3 999,8 999,7 998,2 995,7 992,2 988 983,2 977,8 971,8 965,3 958,4
h, кДж/кг 42,04 83,91 125,7 167,5 209,3 251,1 293 335 377 419,1
Cp, Дж/(кг·град) 4217 4191 4183 4174 4174 4181 4182 4187 4195 4208 4220
λ, Вт/(м·град) 0,569 0,574 0,599 0,618 0,635 0,648 0,659 0,668 0,674 0,68 0,683
a·108, м2/с 13,2 13,7 14,3 14,9 15,3 15,7 16 16,3 16,6 16,8 16,9
μ·106, Па·с 1788 1306 1004 801,5 653,3 549,4 469,9 406,1 355,1 314,9 282,5
ν·106, м2/с 1,789 1,306 1,006 0,805 0,659 0,556 0,478 0,415 0,365 0,326 0,295
β·104, град-1 -0,63 0,7 1,82 3,21 3,87 4,49 5,11 5,7 6,32 6,95 7,52
σ·104, Н/м 756,4 741,6 726,9 712,2 696,5 676,9 662,2 643,5 625,9 607,2 588,6
Pr 13,5 9,52 7,02 5,42 4,31 3,54 2,93 2,55 2,21 1,95 1,75

Примечание: Температуропроводность в таблице дана в степени 108 , вязкость в степени 106 и т. д. для других свойств. Размерность физических свойств воды выражена в единицах СИ.

Коэффициент теплопроводности для металлов и неметаллических твердых материалов

Все металлы без исключения являются хорошими проводниками тепла, за перенос которого в них отвечает электронный газ. В свою очередь ионные и ковалентные материалы, а также материалы, имеющие волокнистую структуру, являются хорошими теплоизоляторами, то есть плохо проводят тепло. Для полноты раскрытия вопроса о том, что такое теплопроводность, следует заметить, что этот процесс требует обязательного наличия вещества, если он осуществляется за счет конвекции или проводимости, поэтому в вакууме тепло может передаваться только за счет электромагнитного излучения.

В списке ниже приведены значения коэффициентов теплопроводности для некоторых металлов и неметаллов в Дж/(с*м*К):

  • сталь — 47-58 в зависимости от марки стали;
  • алюминий — 209,3;
  • бронза — 116-186;
  • цинк — 106-140 в зависимости от чистоты;
  • медь — 372,1-385,2;
  • латунь — 81-116;
  • золото — 308,2;
  • серебро — 406,1-418,7;
  • каучук — 0,04-0,30;
  • стекловолокно — 0,03-0,07;
  • кирпич — 0,80;
  • дерево — 0,13;
  • стекло — 0,6-1,0.

Таким образом, теплопроводность металлов на 2-3 порядка превышает значения теплопроводности для изоляторов, которые являются ярким примером ответа на вопрос о том, что такое низкая теплопроводность.

Значение теплопроводности играет важную роль во многих индустриальных процессах. В одних процессах стремятся увеличить ее, используя хорошие теплопроводники и увеличивая площадь контакта, в других же стараются уменьшить теплопроводность, уменьшая площадь контакта и применяя теплоизолирующие материалы.

Значение в быту и производстве

Применение теплопроводности при строительстве

У каждого материала имеется свой показатель теплопроводности. Чем ее значение ниже, тем, соответственно ниже уровень теплообмена между внешней и внутренней средой. Это означает то, что в здании, сооруженном из материала с низкой теплопроводностью, зимой будет тепло, а летом прохладно.

Тепловые потери по швам панельного дома

При сооружении различных зданий, в том числе и жилые здания, без знаний о теплопроводности стройматериалов не обойтись. При проектировании строительных сооружений необходимо учитывать данные о свойствах таких материалов как – бетон, стекло, минеральная вата и многих других. Среди них предельная теплопроводность принадлежит бетону, между тем, у древесины она в 6 раз меньше.

Системы отопления

Ключевая задача любой отопительной системы – это перенос тепловой энергии от теплоносителя в помещения. Для такого обогрева применяют батареи или радиаторы отопления. Они необходимы для передачи тепловой энергии в помещения.

  • Радиатор отопления – это конструкция внутри, которой перемещается теплоноситель. К основным характеристикам этого изделия относят:материал, из которого оно изготовлено;
  • вид конструкции;
  • размеры, в том числе и количество секций;
  • показатели теплоотдачи.

Именно теплоотдача и есть ключевой параметр. Все дело в том, что определяет объем энергии, которое передается от радиатора в помещение. Чем больше этот показатель, тем ниже будут потери тепла.Существуют справочные таблицы, определяющие материалы, оптимальные для использования в отопительных системах. Из данных, которые в них размещены, становится ясно, что самым эффективным материалом считается медь. Но, вследствие ее высокой цены и определенных технологических сложностей, связанных с обработкой меди их применяемость не так высока.

Биметаллический радиатор

Именно поэтому все чаще применяют модели, изготовленные из стальных или алюминиевых сплавов. Нередко применяют и сочетание различных материалов, например, стали и алюминия.Каждый изготовитель радиаторов, при маркировке готовых изделий должен указывать такую характеристику, как мощность тепловой отдачи.На рынке отопительных систем можно приобрести радиаторы, изготовленные из чугуна, стали, алюминия и биметалла.

Что такое теплопроводность

Законы физики определяют один постулат, который гласит, что тепловая энергия стремится от среды с высокой температурой к среде с низкой температурой. При этом, проходя через строительный материал, тепловая энергия затрачивает какое-то время. Переход не состоится лишь в том случае, если температура на разных сторонах от стройматериала одинаковая.

То есть, получается так, что процесс перехода тепловой энергии, к примеру, через стену, это время проникновения тепла. И чем больше времени на это затрачивается, тем ниже теплопроводность стены. Вот такое соотношение. К примеру, теплопроводность различных материалов:

  • бетон –1,51 Вт/м×К;
  • кирпич – 0,56;
  • древесина – 0,09-0,1;
  • песок – 0,35;
  • керамзит – 0,1;
  • сталь – 58.

Чтобы было понятно, о чем идет речь, надо обозначить, что бетонная конструкции не будет ни под каким предлогом пропускать через себя тепловую энергию, если ее толщина будет в пределах 6 м. Понятно, что это просто невозможно в домостроении. А значит, придется для снижения теплопроводности использовать другие материалы, у которых показатель ниже. И ими облицовывать бетонное сооружение.

Понятие теплопроводности

Коэффициент теплопроводности плит пенопласта

Утепление дома можно провести различными способами, например, с помощью пенопласта, который отличается высокими эксплуатационными характеристиками. К ним относятся: практичность, экологичность, небольшой вес, простота монтажа, невосприимчивость к перепадам температуры, а также доступная цена. Но главное преимущество — низкая теплопроводность пенопласта, позволяющая добиться отличного энергосбережения.

От чего зависят характеристики материала?

На способность проводить тепло влияет немало факторов, в частности:

  • Толщина слоя. Иногда, чтобы добиться качественного энергосбережения, приходится применять большое количество изоляции. К примеру, теплопроводность пенопластовых плит 5 см будет ниже, чем 1 см при одинаковых показателях плотности.
  • Строение. Пористая структура приводит к усилению изоляционных свойств, ведь в ячейках содержится воздух, прекрасно сохраняющий тепло.
  • Влажность. Плиты во время хранения нужно оберегать от воздействия влаги. Связано это с тем, что жидкость не слишком благоприятно влияет на характеристики теплоизоляционных пенопластов: чем больше её скапливается, тем хуже.
  • Средняя температура слоя. Её увеличение приводит к ухудшению эффективности использования изолятора.

Виды пенопласта и их показатели

На строительном рынке представлено огромное количество плит утеплителей. В целом, полистерольный пенопласт имеет низкую теплопроводность, но она меняется в зависимости от его вида. Примеры: листы с маркировкой ПСБ-С 15 обладают плотностью до 15 кг/м3 и толщиной от 2 см, при этом, описываемый показатель составляет до 0,037 Вт/(м*К) при температуре окружающей среды 20-30 °С. Его значение для листов 2-50 см с маркировкой ПСБ-С 35, плотностью не более 35 кг/м3 и 16-25 кг/м3 маркировки ПСБ-С 25 того же размера — 0,033 Вт/(м*К) и 0,035 Вт/(м*К) соответственно.

Лучше всего зависимость теплопроводности утеплителя из пенопласта от его толщины прослеживается при его сравнении с различными материалами. Так, лист 50-60 мм заменяет в два раза больший объём минеральной ваты, а 100 мм эквиваленты 123 мм вспененного пенополистирола, имеющего примерно схожие характеристики. Сильно проигрывает и базальтовая вата. А вот теплопроводность Пеноплекса несколько ниже, чем у пенопласта: для того, чтобы получить нормальные температурные условия в помещении, потребуется 20 и 25 мм соответственно.

Как определить, какие листы покупать?

Чтобы наиболее эффективно применить тот или иной способ изоляции, необходимо выбрать правильные размеры материала. Расчёты выполняются по следующему алгоритму:

  • Узнать общее теплосопротивление. Это неизменная величина, которая зависит от климата в конкретном регионе. Например, для южных областей России она равняется 2,8, а для Средней полосы — 4,2 кВт/м2.
  • Вычислить теплосопротивление самой стены по формуле R = p / k, что можно сделать, зная её толщину (р) и коэффициент способности проводить тепло (k).
  • Исходя из постоянных показателей, узнать, какое значение сопротивления должно быть у изоляции.
  • Вычислить требуемую величину по формуле p = R * k, где R — значение из предыдущего шага, а k — расчетный коэффициент теплопроводности для пенопласта.

В качестве примера стоит выяснить, какой необходим слой плит, имеющих плотность 30 кг/м3 для стены в один кирпич (около 0,25 м) в одном из южных регионов. Общее теплосопротивление не должно быть меньше 2,8 кВт/м2, притом, что коэффициент, определяемый по специальным таблицам, составляет 0,047 (Вт/м*к). Теперь нужно узнать другие параметры.

Коэффициент для силикатного кирпича k = 0,7 (Вт/м*к). Следует вычислить его теплосопротивление:

R = 0,25 / 0,7 = 0,36 (кВт/м2).

Тот же показатель рассчитывается и для утеплителя:

R = 2,8 – 0,36 = 2,44 (кВт/м2).

Остаётся узнать толщину изоляционного слоя:

p = 2,44 * 0,047 = 0,11 м.

Также можно вычислить это значение для других условий, например, для стены 0,51 м подходит изоляция в 70 мм. Таким образом, при подборе необходимых размеров пенопласта, экономится время и средства на укладку стены. Так, 10 см материала плотностью 15-17 кг/м3 заменяет кладку в один кирпич, а если взять более плотные листы, это позволит обойтись без двух рядов камня. Традиционно считается, что 2 см утеплителя эквивалентны около 50 см кирпича.

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.

Наименование материала Коэффициент теплопроводности Вт/(м·°C)
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

Часть информации взята нормативов, которые прописывают характеристики определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП 50.13330.2012, 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

Теплопроводность — вода

Теплопроводность воды примерно в 5 раз выше теплопроводности масла. Она увеличивается с увеличением давления, но при давлениях, имеющих место в гидродинамических передачах, ее можно принять постоянной.

Теплопроводность воды приблизительно в 28 раз превышает теплопроводность воздуха. В соответствии с этим увеличивается скорость теплопотери при погружении тела в воду или соприкосновении с ней, а это в значительной мере определяет теплоощущение человека на воздухе и в воде. Так, например, при — ( — 33 воздух кажется нам теплым, а такая же температура воды — безразличной. Температура воздуха 23 кажется нам безразличной, а вода такой же температуры — прохладной. При — ( — 12 воздух кажется прохладным, а вода — холодной.

Теплопроводность воды и водяного пара г несомненно, изучена лучше всех других веществ.

Динамическая вязкость ( х ( Па-с некоторых водных растворов.| Изменение массовой теплоемкости водных растворов некоторых солей в зависимости от концентрации раствора.| Теплопроводность некоторых растворов в зависимости от концентрации при 20 С.

Теплопроводность воды имеет положительный температурный ход, поэтому при малых концентрациях теплопроводность водных растворов многих солей, кислот и щелочей с повышением температуры растет.

Теплопроводность воды значительно больше, чем у других жидкостей ( кроме металлов) и изменяется тоже аномально: до 150 С возрастая и лишь затем начиная уменьшаться. Электропроводность воды очень мала, но заметно возрастает при повышении и температуры, и давления. Критическая температура воды равна 374 С, критическое давление 218 атм.

Изменение относительной теплоемкости воды с температурой.| Схема возникновения поверхностного натяжения.

Теплопроводность воды значительно больше, чем у других жидкостей ( кроме металлов), и изменяется тоже аномально: до 150 С возрастает и лишь затем начинает уменьшаться. Электропроводность воды очень мала, но заметно возрастает при повышении и температуры, и давления. Критическая температура воды равна 374 С, критическое давление 218 атм.

Динамическая вязкость ц ( Па-с некоторых водных растворов.| Изменение массовой теплоемкости водных растворов некоторых солей в зависимости от концентрации раствора.| Теплопроводность некоторых растворов в зависимости от концентрации при 20 С.

Теплопроводность воды имеет положительный температурный ход, поэтому при малых концентрациях теплопровод-кость водных растворов многих солей, кислот и щелочей с повышением температуры растет.

Теплопроводность воды, водных растворов солей, спиртоводных растворов и некоторых других жидкостей ( например, гликолей) возрастает с повышением температуры.

Теплопроводность воды очень незначительна по сравнению с теплопроводностью других веществ; так, теплопроводность пробки — 0 1; асбеста — 0 3 — 0 6; бетона — 2 — 3; дерева — 0 3 — 1 0; кирпича-1 5 — 2 0; льда — 5 5 кал / см сек град.

Теплопроводность воды X при 24 равна 0 511, теплоемкость ее с 1 ккал кг С.

Теплопроводность воды прн 25 равна 1 43 — 10 — 3 кал / см-сек.

Поскольку теплопроводность воды ( Я 0 5 ккал / м — ч — град) примерно в 25 раз больше, чем у неподвижного воздуха, вытеснение воздуха водой повышает теплопроводность пористого материала. При быстром замораживании и образовании в порах строительных материалов уже не льда, а снега ( Я 0 3 — 0 4), как показали наши наблюдения, теплопроводность материала, наоборот, несколько уменьшается. Правильный учет влажности материалов имеет большое значение для теплотехнических расчетов сооружений как надземных, так и подземных, например водоканализационных.

Закон теплопроводности Фурье

В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:

q→=−ϰgrad(T),{\displaystyle {\vec {q}}=-\varkappa \,\mathrm {grad} (T),}

где q→{\displaystyle {\vec {q}}} — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, ϰ{\displaystyle \varkappa } — коэффициент теплопроводности (удельная теплопроводность), T{\displaystyle T} — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad(T){\displaystyle \mathrm {grad} (T)} (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.

В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):

P=−ϰSΔTl,{\displaystyle P=-\varkappa {\frac {S\Delta T}{l}},} [Вт/(м·К) · (м2·К)/м = Вт/(м·К) · (м·К) = Вт]

где P{\displaystyle P} — полная мощность тепловых потерь, S{\displaystyle S} — площадь сечения параллелепипеда, ΔT{\displaystyle \Delta T} — перепад температур граней, l{\displaystyle l} — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.{2}}}{\sqrt {\frac {RT}{\mu }}},}

где i{\displaystyle i} — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5{\displaystyle i=5}, для одноатомного i=3{\displaystyle i=3}), k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана, μ{\displaystyle \mu } — молярная масса, T{\displaystyle T} — абсолютная температура, d{\displaystyle d} — эффективный (газокинетический) диаметр молекул, R{\displaystyle R} — универсальная газовая постоянная. Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из нерадиоактивных газов — у ксенона).

Теплопроводность в сильно разреженных газах

Приведённое выше выражение для коэффициента теплопроводности в газах не зависит от давления. Однако если газ сильно разрежен, то длина свободного пробега определяется не столкновениями молекул друг с другом, а их столкновениями со стенками сосуда. Состояние газа, при котором длина свободного пробега молекул ограничивается размерами сосуда называют высоким вакуумом. При высоком вакууме теплопроводность убывает пропорционально плотности вещества (то есть пропорциональна давлению в системе): ϰ∼13ρcvlv¯∝P{\displaystyle \varkappa \sim {\frac {1}{3}}\rho c_{v}l{\bar {v}}\propto P}, где l{\displaystyle l} — размер сосуда, P{\displaystyle P} — давление.

Таким образом коэффициент теплопроводности вакуума тем ближе к нулю, чем глубже вакуум. Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, энергия в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотерь стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.

Теплопроводность – что это такое

Теплопроводностью называется способность всех видов газов, жидкости или материалов передавать тепло. Это значит, что когда объект нагревается с одной стороны, он трансформируется в теплопроводник, т.к. передает свою энергию дальше. При охлаждении процесс происходит также.

Например, если во время приготовления пищи перемешивать продукты деревянной лопаткой, то изменений в температуре не последует. Но, если для этих целей использовать кухонную утварь из металла, то она быстро нагреется так, что держать ее станет в руке невозможно. Таких примеров теплопроводности привести можно немало.

Объяснение этого с точки зрения физики: тепловая энергия стремится от среды с высокой температурой к среде с низкой температурой. Причем ей требуется время, чтобы пройти через стройматериал. Чем больше его нужно, тем ниже скорость передачи тепла.

Внимание!

Если температура по обе стороны используемого материала одинаковая, то переход тепловой энергии не состоится.

Так,

  • теплопроводность кирпича и стали составляет 0,56 и 58Вт/м●К соответственно;
  • древесины – 0,09-0,1;
  • песка – 0,35

Можно заметить, что не все материалы обладают одинаковой теплоэффективностью, это зависит от факторов:

  1. Пористая структура свидетельствует о ее неоднородности и наличии воздуха в порах.
  2. Структура пор – небольшие размеры и их замкнутость приводит к снижению теплового потока.
  3. Плотность – чем она выше, тем больше коэффициент проводимости тепла.
  4. Влажность – негативный фактор, который повышает скорость теплопередачи. Поэтому надо качественно произвести гидроизоляцию сооружения, правильно сделать вентиляцию и использовать влагоустойчивые стройматериалы.

Формула теплопроводности создана с учетом воздействия температуры на это свойство материала. Выглядит она так:

λ=λ0●(1+b●t), где

  • λ0 — коэффициент теплопроводности при 0°С, измеряется который в Вт/м●℃;
  • b – справочная величина температуры;
  • t – непосредственно температура.

Коэффициент теплопроводности

Зачастую в паспорте стройматериалов указан коэффициент теплопроводности – единица измерения которого Вт/(м●℃). Она характеризует любой материал как проводник тепла. В формуле она определяется греческой буквой λ.

Внимание!

Часто в формулах можно увидеть не градусы по Цельсию, а по Кельвину, обозначающиеся как K. Суть от этого не меняется.

Данный коэффициент демонстрирует способность используемого материала передавать тепло на определенную дистанцию за время. При этом показатель определяет именно сырье, а его размеры значения не имеют.

Рассчитать коэффициент теплообмена можно для материала строительного и иного назначения. Например, коэффициент теплоотдачи стали использовать как теплоотвод или теплообменник. Но для больше части стройматериалов ситуация обратная – чем меньше этот показатель для стен, тем меньше тепла здание потеряет зимой.

Сопротивление теплопередаче

Коэффициент теплопередачи – это показатель, характеризующий используемый материал. Но, как показывает практика, лучше оперировать какой-то величиной, которая будет описывать теплопроводные способности определенного сооружения. Иными словами, учитываться должны особенности его строения и параметров.

Термическое сопротивление – это и есть такая величина. Можно считать, что она обратная коэффициенту теплопроводности и учитывающая толщину стройматериала. Для этого показателя существует следующее обозначение – R. Формула при этом выглядит следующим образом:

R = h/λ, где

  • R — сопротивление теплопередаче однослойной однородной ограждающей конструкции, м²•℃/Вт;
  • h — толщина этого слоя в метрах;
  • λ — коэффициент теплопроводности материала конструкции, Вт/(м•℃).

Часто стены сооружают многослойными, один слой при этом – утеплитель с низким коэффициентом теплопроводности. Благодаря такому подходу нужный показатель повышается. Это связано с тем, что надо прибавить все слои сопротивления теплопередаче, из которых состоит ограждающая конструкция. Не стоит забывать и о суммировании приграничных слоев воздуха внутри и снаружи сооружения.

Оцените статью:

как рассчитать? Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

Общее понятие о теплопроводности и ее природа

Если отвечать простыми словами на вопрос о том, что такое теплопроводность в физике, то следует сказать, что передача тепла между двумя телами или различными областями одного и того же тела является процессом обмена внутренней энергией между частицами, составляющими тело (молекулы, атомы, электроны и ионы). Сама внутренняя энергия состоит из двух важных частей: из кинетической и из потенциальной энергии.

Что такое теплопроводность в физике с точки зрения природы этой величины? На микроскопическом уровне способность материалов проводить тепло зависит от их микроструктуры. Например, для жидкостей и газов указанный физический процесс происходит за счет хаотичных столкновений между молекулами, в твердых телах основная доля переносимого тепла приходится на обмен энергией между свободными электронами (в металлических системах) или фононами (неметаллические вещества), которые представляют собой механические колебания кристаллической решетки.

Коэффициент теплопроводности

Наступила зима. В квартире батареи центрального отопления нагревают воздух. Почему же температура в комнатах повышается не до температуры батареи, а до меньшего уровня? Да потому, что тепло через стены уходит наружу, на улицу. Что это значит? Тепло — не какой-то физический объект. Но из жизненного опыта вы знаете, что горячее тело нагревает окружающие его холодные тела (а холодное — остужает горячие), и удобно считать, что при этом от горячих тел к холодным передаётся тепло.

Как тепло распространяется в одном теле, от уже нагретых частей к более холодным? Разные материалы проводят тепло по-разному — одни хуже, другие лучше. Поэтому у каждого материала есть свой коэффициент теплопроводности k, равный количеству тепла, которое за 1 секунду проходит через стену из этого материала площадью 1 кв. метр и толщиной 1 метр при разности температур 1 градус.

Понятно, что через стену в два раза большей площади проходит в два раза большее количество тепла, а через стену удвоенной толщины — вдвое меньшее (подумайте, почему?). А ещё оказывается, что чем больше разность температур, тем быстрее передаётся тепло.

Количество тепла, как и любой энергии, измеряют в джоулях (Дж). Например, чтобы вскипятить 1 литр воды комнатной температуры, необходимо «передать воде» 350 000 Дж = 350 кДж. А скорость передачи тепла измеряют в ваттах (Вт). Передача 1 Дж тепла за 1 с соответствует 1 Вт. Например, мощность чайника примерно равна 2 кВт = 2000 Вт.

У силикатного (или белого) кирпича k = 0,81 (далее эту размерность будем опускать), то есть, например, для квадратного метра кирпичной стены толщиной 50 см потери тепла на 1 градус разницы температур составят 1,62 джоуля в секунду (или 1,62 ватта). У дерева k = 0,2, и потому при той же толщине стен деревянный дом теплее кирпичного в 4 раза. В частности, поэтому кирпичные стены делают толще деревянных. А у бетона k = 1,75, и панельный дом, построенный из бетонных плит, получается вдвое холоднее кирпичного с той же толщиной стен. Стены можно утеплять пенопластом — его коэффициент 0,04. Вспомним детский стишок:

Ох, беда, беда, беда,
Наступили холода.
На стекле горюет муха:
«Выпал снег белее пуха!
Если бы мне валенки,
Пусть подшиты, стареньки,
Да суконные штаны —
Дожила бы до весны!»

Дело в том, что у шерстяного войлока (то есть у тех же валенок) k = 0,045. Зимой в валенках намного теплее, чем в кожаных ботинках. Конечно, валенки ноги не греют, а лишь препятствуют большим потерям тепла.

У хлопковой ваты k = 0,055. Потому испокон веков ватные халаты защищали жителей Средней Азии от нестерпимой летней жары. Температура тела человека 36,7°C, температура воздуха 40–45°C. В этом случае ватный халат в минимальной степени способствует подводу тепла к телу, предохраняя человека от перегрева. Точно так же меховые рукавицы защищают руки кузнеца, держащего раскалённую заготовку.

У минеральной ваты k = 0,045–0,055. Её используют для термоизоляции труб отопления.

Газы — плохие проводники тепла, у них коэффициент теплопроводности мал, например у воздуха k = 0,022. Поэтому оконные рамы делали двойными, и в современных стеклопакетах тоже есть воздух между стёклами: можно сказать, что тепло в доме сохраняет не стекло, а воздух внутри рамы. Но газы могут передавать тепло конвекцией, то есть перемешиваться. По этой причине особенно хорошими теплоизоляционными свойствами обладают пористые материалы — поры в них препятствуют конвекции.

Многие птицы зимой во время сильных морозов зарываются в снег. Рыхлый снег почти не проводит тепло и сохраняет примерно одинаковую температуру даже при сильных ночных заморозках. Так спасаться от морозов, да и от хищников, научились глухари, тетерева, куропатки, рябчики. Птицы способны проводить под снегом без движения несколько дней, при этом их потери энергии минимальны. Да и медведи спят в берлогах, занесённых снегом, словно тёплым одеялом.

Среди металлов рекордсменом по теплопроводности можно считать серебро — у него k = 430. У железа k = 92. Если серебряную ложку опустить в кипяток, то удержать её в руках, пожалуй, не удастся: она очень быстро станет нестерпимо горячей. Металлы очень хорошо проводят тепло (гораздо лучше неметаллов), потому что в них есть свободные электроны, которые быстро перемещаются и переносят тепло.

Возвращаясь к тёплой одежде, скажем, что она не греет, а препятствует потерям тепла. Теперь вы легко объясните, какую одежду мы называем холодной.

Напоследок — две задачи.

1. В некоторых современных квартирах делают тёплые полы. Для этого вдоль всего пола прокладывают нагревательные элементы, питающиеся электричеством. А в новых вагонах московского метро появились «тёплые поручни», которые не требуют электропитания. Можете догадаться, как они устроены?

2. Эта задача очень старая. Два полярника вышли из палатки на лёд. Падающий сверху снег на комбинезоне одного потихоньку таял, а у другого — нет, делая человека похожим на снеговика. У кого одежда теплее?

Ответы

1. «Тёплые поручни» — это обычные никелированные поручни, покрытые тонким слоем пластика. Пластик плохо проводит тепло, и поэтому тепло от человеческих рук не распространяется вдоль такого поручня. Это создаёт ощущение, что поручень тёплый.

2. Если снежинки на комбинезоне тают, то температура на его поверхности плюсовая. Стало быть, такой комбинезон плохо сохраняет тепло человеческого тела и отводит его в окружающую среду. Теплее одежда у того полярника, который похож на снеговика.

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.

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.

Наименование материалаКоэффициент теплопроводности Вт/(м·°C)

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 0
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

Теплопроводность строительных материалов

Проектированием 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.

Теплопроводность твердых тел

Так как в твердых телах каждая молекула или атом находятся в определенном положении и не могут его покинуть, то передача тепла с помощью конвекции оказывается невозможной, и единственным возможным процессом является проводимость. При увеличении температуры тела кинетическая энергия составляющих его частиц увеличивается, и каждая молекула или атом начинают интенсивнее колебаться. Этот процесс приводит к их столкновению с соседними молекулами или атомами, в результате таких столкновений передается кинетическая энергия от частицы к частице до тех пор, пока все частицы тела не будут охвачены этим процессом.

В результате описанного микроскопического механизма при нагреве одного конца металлического стержня температура через некоторое время выравнивается по всему стержню.

Тепло не передается одинаково в различных твердых материалах. Так, существуют материалы, которые обладают хорошей теплопроводностью. Они легко и быстро проводят тепло через себя. Но также существуют плохие теплопроводники или изоляторы, через которые тепло практически не проходит.

Недостатки высокой теплопроводности меди и ее сплавов

Медь имеет гораздо большую стоимость, чем алюминий или латунь. Но между тем этот материал имеет ряд недостатков, которые связаны с его положительными сторонами. Высокая теплопроводность этого металла вынуждает к созданию специальных условий для его обработки. То есть медные заготовки необходимо нагревать более точно, нежели сталь. Кроме этого часто, перед началом обработки предварительный или сопутствующий нагрев. Нельзя забывать о том, что трубы, изготовленные из меди, подразумевают то, что будет проведена тщательная теплоизоляция. Особенно это актуально для тех случаев, когда из этих труб собрана система подачи отопления. Это значительно удорожает стоимость выполнения монтажных работ. Определенные сложности возникают и при использовании газовой сварки. Для выполнения работе требуется более мощный инструмент. Иногда, для обработки меди толщиной в 8 – 10 мм может потребоваться использование двух, а то и трех горелок. При этом одной из них выполняют сварку медной трубы, а остальные заняты ее подогревом. Ко всему прочему работа с медью требует большего количества расходных материалов.

Работа с медью требует использования и специализированного инструмента. Например, при резке деталей, выполненных из бронзы или латуни толщиной в 150 мм потребуется резак, который может работать с сталью с большим количеством хром. Если его использовать для обработки меди, то предельная толщина не будет превышать 50 мм.

Основные параметры, от которых зависит величина теплопроводности

Не все строительные материалы одинаково теплоэффективны. На это влияют следующие факторы:

  1. Пористая структура материала говорит о том, что подобное строение неоднородно, а поры наполнены воздухом. Тепловые массы, перемещаясь через такие прослойки, теряют минимум своей энергии. Поэтому пенобетон именно с замкнутыми порами считается хорошим теплоизолятором.
    Замкнутые поры пенобетона наполнены воздухом, который по праву считается лучшим теплоизолятором
  2. Повышенная плотность материала гарантирует более тесную взаимосвязь частиц друг с другом. Соответственно, уравновешивание температурного баланса происходит намного быстрее. По этой причине плотный материал обладает большим коэффициентом проводимости тепла. Поэтому железобетон считается одним из самых «холодных» материалов.
    Высокая плотность даёт хорошую прочность железобетону, но также и «обделяет» его теплоэффективностью
  3. Влажность – злокачественный фактор, повышающий скорость прохождения тепла. Поэтому так важно качественно произвести гидроизоляцию необходимых узлов здания, грамотно организовать вентиляцию и использовать максимально инертные к намоканию строительные материалы.

«Холодно, холодно и сыро. Не пойму, что же в нас остыло…» Даже Согдиана знает о том, что сырость и холод − вечные соседи, от которых не спрячешься в тёплом свитере

Зная, что такое проводимость тепла, и какие факторы на неё влияют, можно смело пробовать применять свои знания для расчётов будущих строительных конструкций. Для этого нужно знать коэффициенты используемых материалов.

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.

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

Способы передачи тепловой энергии

Рассматривая вопрос о том, что такое теплопроводность материалов, следует упомянуть о возможных способах передачи тепла. Тепловая энергия может передаваться между различными телами с помощью следующих процессов:

  • проводимость — этот процесс идет без переноса материи;
  • конвекция — перенос тепла непосредственно связан и с движением самой материи;
  • излучение — передача тепла осуществляется за счет электромагнитного излучения, то есть с помощью фотонов.

Чтобы тепло было передано с помощью процессов проводимости или конвекции, необходим непосредственный контакт между различными телами с тем отличием, что в процессе проводимости не существует макроскопического движения материи, а в процессе конвекции это движение присутствует. Отметим, что микроскопическое движение имеет место во всех процессах теплопередачи.

Для обычных температур в несколько десятков градусов Цельсия можно сказать, что на долю конвекции и проводимости приходится основная часть передаваемого тепла, а количество энергии, переданной в процессе излучения, является незначительным. Однако излучение начинает играть главную роль в процессе теплопередачи при температурах в несколько сотен и тысяч Кельвин, поскольку количество энергии Q, передаваемой этим способом, растет пропорционально 4-й степени абсолютной температуры, то есть ∼ T4. Например, наше солнце теряет большую часть энергии именно за счет излучения.

Термическое сопротивление

Любая стена, дверь, окно служит для ограждения от внешних природных воздействий. Они способны в разной степени защитить жилище от холодов, так как коэффициент проводимости у них отличается. Для каждого ограждения коэффициент рассчитываться должен по-разному. Точно так же ведется расчет для внутренних перегородок, стен, дверей, неотапливаемых частей дома.

Если в здании имеются части, которые не протапливаются, необходимо утеплять стены между ними и другими помещениями так же качественно, как и внешние. Воздух – плохой переносчик тепла, потому что там частицы находятся на значительном отдалении друг от друга. Выходит, что если изолировать некоторые воздушные массы герметично, получится неплохая изоляция от холода. Для уточнения данных производится расчет приведенного сопротивления. Данные показывают, насколько хорошо утеплено жилище, нет ли необходимости в дополнительном утеплении.

Современные материалы

В старых домах делали всегда по две рамы, чтобы между ними находилось некоторое количество воздушных масс. Теперь по такому же принципу делаются стеклопакеты, но воздух между стеклами откачивается полностью, чтобы частиц, проводящих тепло, вообще не было. Термическое сопротивление в них значительно превышает показатели старых окон. Входные двери делаются по такому же принципу. Стараются сделать небольшой коридор, предбанник, который сохранит тепло в доме.

Если в жилище установить дополнительные резиновые уплотнители в несколько слоев, это позволит повысить теплоизоляционные свойства. Современные входные двери создаются многослойными, там помещается несколько разных слоев утеплительного материала. Конструкция становится практически герметичной, дополнительное утепление часто не требуется. Сопротивление теплопередаче стен обычно не такое хорошее, потому используются дополнительные материалы для утепления.

Факторы, влияющие на теплопроводность

Коэффициент теплопроводности материала зависит от нескольких факторов:

  • При повышении данного показателя взаимодействие частиц материала становится прочнее. Соответственно, они будут передавать температуру быстрее. А это значит, что с повышением плотности материала улучшается передача тепла.
  • Пористость вещества. Пористые материалы являются неоднородными по своей структуре. Внутри них находится большое количество воздуха. А это значит, что молекулам и другим частицами будет сложно перемещать тепловую энергию. Соответственно, коэффициент теплопроводности повышается.
  • Влажность также оказывает влияние на теплопроводность. Мокрые поверхности материала пропускают большее количество тепла. В некоторых таблицах даже указывается расчетный коэффициент теплопроводности материала в трех состояниях: сухом, среднем (обычном) и влажном.

Выбирая материал для утепления помещений, важно учитывать также условия, в которых он будет эксплуатироваться.

Стройматериалы с минимальным КТП

Согласно исследованиям, минимальным значением теплопроводности (около 0,023 Вт/м°C) обладает сухой воздух.

С точки зрения применения сухого воздуха в структуре строительного материала, необходима конструкция, где сухой воздух пребывает внутри замкнутых многочисленных пространств небольшого объёма. Конструктивно такая конфигурация представлена в образе многочисленных пор внутри структуры.

Отсюда логичный вывод: малым уровнем КТП должен обладать стройматериал, внутренняя структура которого представляет собой пористое образование.

Причём, в зависимости от максимально допустимой пористости материала, значение теплопроводности приближается к значению КТП сухого воздуха.

Созданию строительного материала с минимальной теплопроводностью способствует пористая структура. Чем больше содержится пор разного объема в структуре материала, тем лучший КТП допустимо получить

В современном производстве применяются несколько технологий для получения пористости строительного материала.

В частности, используются технологии:

  • пенообразования;
  • газообразования;
  • водозатворения;
  • вспучивания;
  • внедрения добавок;
  • создания волоконных каркасов.

Следует отметить: коэффициент теплопроводности напрямую связан с такими свойствами, как плотность, теплоемкость, температурная проводимость.

Значение теплопроводности может быть рассчитано по формуле:

λ = Q / S *(T1-T2)*t,

Где:

  • Q – количество тепла;
  • S – толщина материала;
  • T1, T2 – температура с двух сторон материала;
  • t – время.

Средняя величина плотности и теплопроводности обратно пропорциональна величине пористости. Поэтому, исходя из плотности структуры стройматериала, зависимость от нее теплопроводности можно рассчитать так:

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d2 – 0,16,

Где: d – значение плотности. Это формула В.П. Некрасова, демонстрирующая влияние плотности конкретного материала на значение его КТП.

Методы определения коэффициента

Используются разные методики в этом направлении, но по факту все технологии измерения объединены двумя группами методов:

  1. Режим стационарных измерений.
  2. Режим нестационарных измерений.

Стационарная методика подразумевает работу с параметрами, неизменными с течением времени или изменяющимися в незначительной степени. Эта технология, судя по практическим применениям, позволяет рассчитывать на более точные результаты КТП.

Действия, направленные на измерения теплопроводности, стационарный способ допускает проводить в широком температурном диапазоне – 20 – 700 °C. Но вместе с тем, стационарная технология считается трудоёмкой и сложной методикой, требующей большого количества времени на исполнение.

Пример аппарата, предназначенного под выполнение измерений коэффициента теплопроводности. Это одна из современных цифровых конструкций, обеспечивающая получение быстрого и точного результата

Другая технология измерений – нестационарная, видится более упрощенной, требующей для исполнения работ от 10 до 30 минут. Однако в этом случае существенно ограничен диапазон температур. Тем не менее, методика нашла широкое применение в условиях производственного сектора.

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.

С повышением температуры кинетическая энергия молекул атмосферных газов растет, они начинают двигаться с большей скоростью, расстояние между ними и их свободный пробег увеличиваются. Этот процесс заметен как понижение плотности воздуха. Вместе с разрежением растёт и сопротивление теплопередаче.

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

От чего зависят тепловые потери в доме

Снижение температуры в помещениях провоцируют разные причины. Утечки тепла в большей или меньшей степени происходят через стены, потолок, пол. Это непрерывный и неизбежный процесс. Однако больше всего тепла теряется через оконные проемы. Если в холодный день приложить руку к обычному тонкому стеклопакету, можно почувствовать холод. Чем ниже температура стекла, тем выше теплопроводность пластиковых окон и интенсивнее процесс энергообмена между улицей и внутренними помещениями. В среднем через проемы теряется до 44% выработанного тепла.

Именно поэтому огромное значение имеют виды комплектующих для сборки оконных и дверных блоков. От них зависит класс сопротивления теплопередаче окон, напрямую влияющий на потери энергии. Поддерживать температуру в комнатах в диапазоне 20-24°C будет значительно проще и дешевле, если правильно выбрать профили, фурнитуру и стеклопакеты. Упрощают задачу строительные нормативы. С 2003 года в процессе составления проектов и при возведении жилых объектов требуется придерживаться положений из СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Эти положения дополнены законом № 261-ФЗ, который ужесточил требования к энергосбережению блоков из профильных систем.

Теплопередача стеклопакета

Так как световые проемы занимают до 70% общей площади профильной конструкции, они больше всего влияют на энергоэффективность. Сопротивление теплопередаче стеклопакетов можно считать ключевым параметром при поиске подходящих окон. Этот показатель помогает оценить возможные теплопотери. Если створки и рамы собрать из 6-камерных энергоэффективных профилей нового поколения, а в световых проемах установить базовые однокамерные стеклопакеты толщиной 16-20 мм, окна будут пропускать холод и окажутся непригодными для эксплуатации в центральных, западных и северных регионах.
Чтобы понизить коэффициент теплопередачи стеклопакета, невозможно бесконечно увеличивать его толщину. Количество камер тоже ограничено. Поэтому для уменьшения утечек тепла была разработаны технологии, которые позволили существенно улучшить энергоэффективность стеклопакетов:

  1. Закачка во внутренние камеры инертного газа – этот метод помогает снизить конвекцию.
  2. Нанесение на внутреннюю сторону одного из стекол специального металлизированного слоя, который пропускает свет и отражает инфракрасные окна.
  3. Оснащение стеклопакетов невидимыми нагревательными элементами, выполняющими функцию тепловой завесы.

На текущий момент производители активнее всего применяют 2 вариант. Селективные энергосберегающие стеклопакеты в буквальном смысле удерживают тепло внутри помещений и сокращают расходы на их обогрев. Однокамерная модель этого класса способна заменить тяжелый 2-камерный стеклопакет толщиной 40 мм. Подробнее о них можно узнать из тематической статьи на ОкнаТрейд. Также эффективно комбинированное применение инертного газа и селективного слоя.

Коэффициент сопротивления теплопередачи стеклопакетов

Чем выше приведенное сопротивление теплопередаче стеклопакета, тем теплее окно. Эту физическую величину рассчитывают по формуле:

Ro=1/k, где k – коэффициент теплопроводности, которым пользуются в странах со стандартами DIN.

В России выбрали обратную величину, поскольку она интуитивно понятна нашим гражданам. Ведь с ростом Ro увеличивается энергоэффективность окна – от значения коэффициента зависит, сколько тепла пройдет при определенной разнице температур через 1 м² стеклопакета. Производители при изготовлении продукции должны ориентироваться на сопротивление теплопередачи стеклопакета, ГОСТ допускает диапазон Ro от 0,3 до 0,8 м²×°C/Вт.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ

Вопросы передачи теплоты, или теплового обмена, являются основными вопросами отопительной техники. Необходимым условием теплообмена между телами или веществами является наличие разности температур. Чем больше эта разность, тем интенсивнее происходит теплообмен.

Различают три вида передачи теплоты: а) теплопроводностью, или кондукцией; б) конвекцией, или переносом теплоты движущимися частицами вещества; в) лучеиспусканием, или радиацией.

В большинстве случаев в различных тепловых процессах имеют место одновременно все три вида теплопередачи с преобладанием какого-либо из них.

Передача теплоты теплопроводностью. Такая передача осуществляется при непосредственном соприкосновении каких-либо двух тел или веществ. Теплопередача происходит внутри самого тела или вещества, которое проводит теплоту. В отопительной технике теплопередача теплопроводностью играет большую роль.

Теплопроводность обусловлена различием температур отдельных частей тела, поэтому можно считать, что распространение теплоты неразрывно связано с распределением температуры. Температурное поле, изменяющееся с течением времени, называют неустановившимся, или нестационарным. Если же температурное поле не меняется, его называют установившимся, или стационарным.

Для характеристики процесса распространения теплоты вводят понятие о тепловом потоке. Тепловой поток Q — это количество теплоты W, Дж, проходящей за время т, с, через данную поверхность в направлении нормали к ней:

Тепловой поток измеряют в ваттах (Вт).

Если количество переданной теплоты W отнести к площади поверхности F и времени т, то получим величину

которую называют плотностью теплового потока, или удельным тепловым потоком, и измеряют в Вт/м2.

[spoiler title=”Источники”]

  • https://FB.ru/article/394480/chto-takoe-teploprovodnost-v-fizike
  • https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/434822/Chto_takoe_teploprovodnost
  • https://stroychik.ru/strojmaterialy-i-tehnologii/teploprovodnost-stroitelnyh-materialov
  • 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/
  • https://positroika-doma.ru/otoplenie/chto-takoe-teploprovodnost-stroitelnyh-materialov-tablitsa
  • https://homius.ru/tablitsa-teploprovodnosti-stroitelnyih-materialov.html
  • http://jsnip.ru/normy/soprotivlenie-teploperedache.html
  • https://akak7.ru/koefficient-teploprovodnosti-stroitelnyx-materialov-chto-eto-takoe-tablica-znachenij.html
  • https://sovet-ingenera.com/otoplenie/project/koefficient-teploprovodnosti.html
  • https://kaminguru.com/sistema-otoplenija/tablica-teploprovodnosti-vozduha.html
  • https://www.oknatrade.ru/help/soprotivlenie-teploperedache-vazhnaya-kharakteristika-okna/
  • https://vladyka23.ru/entsiklopediya/teploprovodnost.html

[/spoiler]

Оцените статью:

Поделитесь с друзьями!

Теплопроводность обычных материалов

В этой статье представлены данные о теплопроводности для ряда распространенных материалов. Теплопроводность измеряет способность материала пропускать тепло через проводимость.

Теплопроводность измеряет способность материала пропускать тепло через проводимость. Теплопроводность материала сильно зависит от состава и структуры. Вообще говоря, плотные материалы, такие как металлы и камень, являются хорошими проводниками тепла, в то время как вещества с низкой плотностью, такие как газ и пористая изоляция, плохо проводят тепло.

Теплопроводность материалов требуется для анализа сетей теплового сопротивления при изучении теплопередачи в системе.

Дополнительную информацию см. В статье «Значения теплопроводности для других металлов и сплавов».

В следующих таблицах показаны значения теплопроводности для обычных веществ.

Материал Температура Теплопроводность Температура Теплопроводность
Почвы и земля
Глина 20 0.600 68 0,347
Гравий 20 2,50 68 1,44
Недра
(Влажность 8%)
20 0,900 68 0,520
Грунт, сухой песок 20 0,300 68 0,173
Влажный песок
(Влажность 8%)
20 0,600 68 0,347
Строительные материалы
Кирпич (здание) 20 0.720 68 0,416
Кирпич (глинозем) 430 3,10 806 1,79
Клинкер (цемент) 20 0,700 68 0,404
Бетон, тяжелый 20 1,30 68 0,751
Бетон, изоляция 20 0,207 68 0,120
Бетон легкий 20 0.418 68 0,242
Стекло 20 0,935 68 0,540
Дерево 20 0,170 68 0,098
Изоляция
Асбест 0 0,160 32 0,092
100 0,190 212 0,110
200 0.210 392 0,121
Силикат кальция 20 0,046 68 0,027
Пробка 30 0,043 86 0,025
Стекловолокно 20 0,042 68 0,024
Магнезия 85% 20 0,070 68 0,040
Магнезит 200 3.80 392 2,20
Слюда 50 0,430 122 0,248
Rockwool 20 0,034 68 0,020
Резина, мягкая 20 0,130 68 0,075
Твердая резина 0 0,150 32 0,087
Опилки 20 0.052 68 0,030
Пенополиуретан (жесткий) 20 0,026 68 0,015
Прочие твердые вещества
Алмаз 20 2300 68 1,329
Графит 0 151 32 87,2
Кожа человека 20 0,370 68 0.214
Жидкости
Уксусная кислота, 50% 20 0,350 68 0,202
Ацетон 30 0,170 86 0,098
Анилин

20 0,170 68 0,098
Бензол 30 0,160 86 0,092
Хлорид кальция, 30% 30 0.550 86 0,318
Этанол, 80% 20 0,240 68 0,139
Глицерин, 60% 20 0,380 68 0,220
Глицерин, 40% 20 0,450 68 0,260
Гептан 30 0,140 86 0,081
Ртуть 20 8.54 68 4,93
28 8,36 82 4,83
Серная кислота, 90% 30 0,360 86 0,208
Серная кислота, 60 % 30 0,430 86 0,248
Вода 20 0,613 68 0,354
30 0.620 86 0,358
60 0,660 140 0,381
Газы
Воздух 0 0,024 32 0,014
20 0,026 68 0,015
100 0,031 212 0,018
Диоксид углерода 0 0,015 32 0.009
Этан 0 0,018 32 0,010
Этилен 0 0,017 32 0,010
Гелий 20 0,152 68 0,088
Водород 0 0,170 32 0,098
Метан 0 0,029 32 0.017
Азот 0 0,024 32 0,014
Кислород 0 0,024 32 0,014
Вода (пар) 100 0,025 212 0,014

Статья создана: 5 ноября 2013 г.


Теги статьи

Таблица температуропроводности | Инженеры Edge

Связанные ресурсы: теплопередача

Таблица температуропроводности

Теплообменная техника и дизайн

В анализе теплопередачи коэффициент температуропроводности — это теплопроводность, деленная на плотность и удельную теплоемкость при постоянном давлении.Он измеряет скорость передачи тепла материала от горячей стороны к холодной. В системе СИ используется м² / с. Температуропроводность обычно обозначается как α , но также используются a , κ , K и D . Формула:

α = k / (ρ c p )

где

  • k — теплопроводность (Вт / (м · K))
  • ρ — плотность (кг / м³)
  • c p — удельная теплоемкость (Дж / (кг · К))

Температуропроводность отдельных материалов и веществ

Материал

Температуропроводность
2 / с)

Температуропроводность
(мм 2 / с)

Пиролитический графит, параллельно слоям

1.22 × 10 −3

1220

Серебро чистое (99,9%)

1.6563 × 10 -4

165,63

Золото

1,27 × 10 -4

127

Медь при 25 ° C

1.11 × 10 -4

111

Алюминий

9,7 × 10 -5

97

Al-10Si-Mn-Mg (Силафон 36) при 20 ° C

74,2 × 10 −6

74,2

Алюминий 6061-T6 Сплав

6.4 × 10 -5

64

Al-5Mg-2Si-Mn (Magsimal-59) при 20 ° C

44,0 × 10 −6

44,0

Сталь, AISI 1010 (0,1% углерода)

1.88 x 10 -5

18,8

Сталь, 1% углерода

1.172 × 10 908 10-5

11,72

Сталь нержавеющая 304A при 27 ° C

4,2 × 10 −6

4,2

Сталь нержавеющая 310 при 25 ° C

3,352 × 10 −6

3,352

Инконель 600 при 25 ° C

3.428 × 10 −6

3,428

Молибден (99,95%) при 25 ° C

54,3 × 10 -6

54,3

Утюг

2,3 × 10 -5

23

Кремний

8.8 × 10 -5

88

Кварц

1,4 × 10 -6

1,4

Углерод / углеродный композит при 25 ° C

2,165 × 10 -4

216,5

Оксид алюминия (поликристаллический)

1.20 × 10 -5

12,0

Диоксид кремния (поликристаллический)

8,3 × 10 -7

0,83

Si 3 N 4 с УНТ 26 ° C

9,142 × 10 -6

9,142

Si 3 N 4 без УНТ 26 ° C

8.605 × 10 908 10-6

8.605

ПК (поликарбонат) при 25 ° C

0,144 × 10 -6

0,144

PP (полипропилен) при 25 ° C

0,096 × 10 -6

0,096

Парафин при 25 ° C

0.081 × 10 908 10-6

0,081

ПВХ (поливинилхлорид)

8 × 10 -8

0,08

ПТФЭ (политетрафторэтилен) при 25 ° C

0,124 × 10 -6

0,124

Вода при 25 ° C

0.143 × 10 908 10-6

0,143

Спирт

7 × 10 -8

0,07

Водяной пар (1 атм, 400 К)

2,338 × 10 -5

23,38

Воздух (300 К)

1.9 × 10 -5

19

Аргон (300 К, 1 атм)

2,2 × 10 -5

22

Гелий (300 К, 1 атм)

1,9 × 10 -4

190

Водород (300 К, 1 атм)

1.6 × 10 -4

160

Азот (300 К, 1 атм)

2,2 × 10 -5

22

Пиролитический графит, нормальный к слоям

3,6 × 10 -6

3,6

Песчаник

1.12–1,19 × 10 -6

1,15

Олово

4,0 × 10 -5

40

Кирпич обыкновенный

5,2 × 10 -7

0,52

Кирпич саман

2.7 × 10 -7

0,27

Стекло оконное

3,4 × 10 -7

0,34

Резина

0,89 — 1,3 × 10 -7

0,089 — 0,13

Нейлон

9 × 10 -8

0.09

Дерево (желтая сосна)

8,2 × 10 -8

0,082

Масло моторное (насыщенная жидкость, 100 ° C)

7,38 × 10 -8

0,0738

© Copyright 2000-2021, Engineers Edge, LLC www.engineersedge.com
Все права защищены
Заявление об ограничении ответственности

| Обратная связь | Реклама
| Контакты

Дата / Время:

Таблицы общих коэффициентов теплопередачи и уравнения | Инженеры Edge

Таблицы и уравнения общего коэффициента теплопередачи

Справочник по термодинамике | Справочник по теплопередаче

Таблица общих коэффициентов теплопередачи:

Коэффициент теплопередачи — это коэффициент пропорциональности между тепловым потоком и термодинамической движущей силой для потока тепла (т.е.е., перепад температур, ΔT):

ч = q / (Ц — К)

где:

q: необходимое количество тепла (тепловой поток), Вт / м2, т.е. тепловая мощность на единицу площади, q = d \ dot {Q} / dA
h: коэффициент теплопередачи, Вт / (м 908 10 2 K)
Ts =
Температура твердой поверхности
K =
Температура окружающей среды для жидкости

Используется при расчете теплопередачи, обычно за счет конвекции или фазового перехода между жидкостью и твердым телом.Коэффициент теплопередачи выражается в единицах СИ в ваттах на квадратный метр в кельвинах: Вт / (м 2 K). Коэффициент теплопередачи обратен теплоизоляции. Он используется для строительных материалов (значение R) и для утепления одежды.

Связанные ресурсы:

Таблица общих коэффициентов теплопередачи Трубы и трубки

Типы

Заявление

Общий коэффициент теплопередачи — U —

Вт / (м 2 K) Btu / (фут 2 o F h)
Трубка для обогрева или охлаждения Газ при атмосферном давлении внутри и снаружи трубопровода 5–35 1–6
Газ под высоким давлением внутри и снаружи трубок 150–500 25–90
Жидкость снаружи (внутри) и газ при атмосферном давлении внутри (снаружи) трубок 15–70 3–15
Газ при высоком давлении внутри и жидкость снаружи трубы 200–400 35–70
Жидкости внутри и снаружи пробирки 150–1200 25–200
Пар снаружи и жидкость внутри трубок 300–1200 50–200
Трубчатый, конденсационный Пар снаружи и охлаждающая вода внутри трубок 1500–4000 250–700
Органические пары или аммиак снаружи и охлаждающая вода внутри трубок 300–1200 50–200
Трубчатый, испарительный пар снаружи и высоковязкая жидкость внутри трубок, естественная циркуляция 300–900 50–150
пар снаружи и маловязкая жидкость внутри трубок, естественная циркуляция 600–1700 100–300
пар снаружи и жидкость внутри трубок, принудительная циркуляция 900–3000 150–500
Теплообменники с воздушным охлаждением Охлаждение воды 600–750 100–130
Охлаждение жидких легких углеводородов 400–550 70–95
Охлаждение гудрона 30–60 5–10
Охлаждение воздуха или дымовых газов 60–180 10–30
Охлаждение углеводородного газа 200–450 35–80
Конденсация пара низкого давления 700–850 125–150
Конденсация органических паров 350–500 65–90
Пластинчатый теплообменник жидкость в жидкость 1000–4000 150–700
Спиральный теплообменник жидкость в жидкость 700–2500 125–500
конденсация пара в жидкость 900–3500 150–700

Таблица общего коэффициента теплопередачи Теплообменники

Нагреватели (без фазового перехода)

Горячая жидкость Холодная жидкость Общий U
(БТЕ / ч-фут 2 -F)
Пар Воздух 10–20
Пар Вода 250–750
Пар Метанол 200–700
Пар Аммиак 200–700
Пар Водные растворы 100–700
Пар Легкие углеводороды
(вязкость <0.5 сП)
100–200
Пар Средние углеводороды
(0,5 сП <вязкость <1 сП)
50–100
Пар Тяжелые углеводороды
(вязкость> 1)
6–60
Пар Газы 5–50
Даутерм Газы 4-40
Даутерм Тяжелая нефть 8–60
Дымовой газ Ароматический углеводород и пар 5–10

Таблица общих коэффициентов теплопередачи Промышленные испарители

Испарители

Горячая жидкость Холодная жидкость Общий U
(БТЕ / ч-фут 2 -F)
Пар Вода 350–750
Пар Растворители органические 100–200
Пар Масла легкие 80–180
Пар Тяжелые масла (вакуум) 25–75
Вода Хладагент 75–150
Органические растворители Хладагент 30–100

Общая таблица коэффициентов теплопередачи Промышленные охладители

Охладители (без фазового перехода)

Холодная жидкость Горячая жидкость Общий U
(БТЕ / час-фут 2 -F)
Вода Вода 150–300
Вода Органический растворитель 50–150
Вода Газы 3–50
Вода Масла легкие 60–160
Вода Тяжелая нефть 10–50
Дизельное топливо Органический растворитель 20–70
рассол Вода 100–200
рассол Органический растворитель 30–90
рассол Газы 3–50
Органические растворители Растворители органические 20-60
Тяжелая нефть Тяжелая нефть 8–50

Таблица общих коэффициентов теплопередачи Промышленные конденсаторы

Конденсаторы

Холодная жидкость Горячая жидкость Общий U
(БТЕ / ч-фут 2 -F)
Вода Пар (давление) 350-750
Вода Пар (вакуум) 300–600
Вода или рассол Органический растворитель (насыщенный, атмосферный) 100–200
Вода или рассол Органический растворитель (атмосферный, неконденсирующийся) 20–80
Вода или рассол Органический растворитель (насыщенный, вакуум) 50–120
Вода или рассол Органический растворитель (вакуум, неконденсирующиеся с высокой концентрацией) 10–50
Вода или рассол Ароматические пары (атмосферные, неконденсирующиеся) 5–30
Вода Углеводород низкокипящий (атмосферный) 80–200
Вода Высококипящий углеводород (вакуум) 10–30

Таблица общих коэффициентов теплопередачи Различные жидкости

без изменения фазы

Жидкость Коэффициент пленки
(БТЕ / час-фут 2 -F)
Вода 300–2000
Газы 3–50
Органические растворители 60–500
Масла 10–120

Таблица общих коэффициентов теплопередачи Конденсирующие жидкости

Конденсационный

Жидкость Коэффициент пленки
(БТЕ / час-фут 2 -F)
Пар 1000–3000
Органические растворители 150–500
Легкие масла 200–400
Тяжелые масла (вакуум) 20–50
Аммиак 500–1000

Таблица общего коэффициента теплопередачи Испарение

Таблица общего коэффициента теплопередачи Различные жидкости (жидкости и газы)

Теплопроводность

Материал Теплопроводность
(кал / сек) / (см 2 C / см)
Теплопроводность
(Вт / м · К) *
Алмаз 1000
Серебро 1,01 406,0
Медь 0,99 385,0
Золото 314
Латунь 109,0
Алюминий 0,50 205,0
Железо 0,163 79,5
Сталь 50.2
Свинец 0,083 34,7
Ртуть 8,3
Лед 0,005 1,6
Стекло обычное 0,0025 0,8
Бетон 0,002 0,8
Вода при 20 ° C 0,0014 0,6
Асбест 0,0004 0.08
Снег (сухой) 0,00026
Стекловолокно 0,00015 0,04
Кирпич изоляционный 0,15
Кирпич красный 0,6
Пробковая плита 0,00011 0,04
Шерстяной войлок 0,0001 0,04
Минеральная вата 0,04
Полистирол (пенополистирол) 0,033
Полиуретан 0,02
Дерево 0,0001 0,12-0,04
Воздух при 0 ° C 0,000057 0,024
Гелий (20 ° C) 0,138
Водород (20 ° C) 0,172
Азот (20 ° C) 0,0234
Кислород (20 ° C) 0,0238
Аэрогель кремнезема 0,003

* Большая часть от Янга, Хью Д., Университетская физика, 7-е изд. Таблица 15-5. Значения для аэрогеля алмаза и диоксида кремния из Справочника по химии и физике CRC.

Обратите внимание, что 1 (кал / сек) / (см 2 C / см) = 419 Вт / м K. С учетом этого два приведенных выше столбца не всегда совпадают.Все значения взяты из опубликованных таблиц, но не могут считаться достоверными.

Значение 0,02 Вт / мК для полиуретана можно принять как номинальное значение, которое определяет пенополиуретан как один из лучших изоляторов. NIST опубликовал процедуру численного приближения для расчета теплопроводности полиуретана на http://cryogenics.nist.gov/NewFiles/Polyurethane.html. Их расчет для полиуретана, наполненного фреоном, плотностью 1,99 фунт / фут 3 при 20 ° C дает теплопроводность 0.022 Вт / мК. Расчет для полиуретана с наполнителем CO 2 плотностью 2,00 фунт / фут 3 дает 0,035 Вт / мК.

Индекс

Таблицы

Ссылка
Young
Ch 15.

10 лучших теплопроводящих материалов

Теплопроводность — это мера способности материалов передавать тепло через них. Материалы с высокой теплопроводностью могут эффективно передавать тепло и легко забирать тепло из окружающей среды.Плохие теплопроводники сопротивляются тепловому потоку и медленно извлекают тепло из окружающей среды. Теплопроводность материала измеряется в ваттах на метр на градус Кельвина (Вт / м • К) в соответствии с рекомендациями S.I (Международная система).

10 лучших измеряемых теплопроводных материалов и их значения приведены ниже. Эти значения проводимости являются средними из-за разницы в теплопроводности в зависимости от используемого оборудования и среды, в которой были получены измерения.

Материалы теплопроводящие

  1. Diamond — 2000 — 2200 Вт / м • K

    Алмаз является ведущим теплопроводным материалом и имеет измеренные значения проводимости в 5 раз выше, чем у меди, самого производимого металла в Соединенных Штатах. Атомы алмаза состоят из простой углеродной основы, которая представляет собой идеальную молекулярную структуру для эффективной теплопередачи. Часто материалы с простейшим химическим составом и молекулярной структурой имеют самые высокие значения теплопроводности.

    Diamond — важный компонент многих современных портативных электронных устройств. Их роль в электронике — способствовать рассеиванию тепла и защищать чувствительные части компьютера. Высокая теплопроводность алмазов также оказывается полезной при определении подлинности камней в ювелирных изделиях. Добавление небольшого количества алмаза в инструменты и технологии может сильно повлиять на свойства теплопроводности.

  2. Серебро — 429 Вт / м • K

    Серебро — относительно недорогой и распространенный теплопроводник.Серебро входит в состав многих бытовых приборов и является одним из самых универсальных металлов из-за его ковкости. 35% серебра, производимого в США, используется для производства электрических инструментов и электроники (US Geological Survey Mineral Community 2013). Вспомогательный продукт серебра, серебряная паста, пользуется все большим спросом из-за его использования в экологически чистых источниках энергии. Серебряная паста используется в производстве фотоэлектрических элементов, которые являются основным компонентом солнечных батарей.

  3. Медь — 398 Вт / м • K

    Медь — наиболее часто используемый металл для производства токопроводящих приборов в США.Медь имеет высокую температуру плавления и умеренную скорость коррозии. Это также очень эффективный металл для минимизации потерь энергии при передаче тепла. Металлические кастрюли, трубы для горячей воды и автомобильные радиаторы — все это приборы, в которых используются проводящие свойства меди.

  4. Золото — 315 Вт / м • K

    Золото — редкий и дорогой металл, который используется в особых проводящих целях. В отличие от серебра и меди, золото редко тускнеет и может выдерживать большие количества коррозии.

  5. Карбид кремния — 270 Вт / м • K

    Карбид кремния — это полупроводник, состоящий из сбалансированной смеси атомов кремния и углерода. При изготовлении и сплавлении кремний и углерод соединяются, образуя чрезвычайно твердый и прочный материал. Эта смесь часто используется в качестве компонента автомобильных тормозов, турбинных машин и стальных смесей.

  6. Оксид бериллия– 255 Вт / м • K

    Оксид бериллия используется во многих высокопроизводительных деталях для таких приложений, как электроника, поскольку он обладает высокой теплопроводностью и является хорошим электрическим изолятором.

  7. Алюминий — 247 Вт / м • K

    Алюминий обычно используется в качестве экономичной замены меди. Хотя алюминий не такой проводящий, как медь, его много, и с ним легко работать из-за его низкой температуры плавления. Алюминий является важным компонентом светильников L.E.D (светоизлучающих диодов). Медно-алюминиевые смеси набирают популярность, поскольку они могут использовать свойства как меди, так и алюминия и могут производиться с меньшими затратами.

  8. Вольфрам — 173 Вт / м • K

    Вольфрам имеет высокую температуру плавления и низкое давление пара, что делает его идеальным материалом для приборов, подвергающихся воздействию высоких уровней электричества.Химическая инертность вольфрама позволяет использовать его в электродах, являющихся частью электронных микроскопов, без изменения электрических токов. Он также часто используется в лампах и как компонент электронно-лучевых трубок.

  9. Графит 168 Вт / м • K

    Графит — это распространенная, недорогая и легкая альтернатива другим углеродным аллотропам. Его часто используют в качестве добавки к смесям полимеров для улучшения их теплопроводных свойств. Батареи — знакомый пример устройства, использующего высокую теплопроводность графита.

  10. Цинк 116 Вт / м • K

    Цинк — один из немногих металлов, которые можно легко комбинировать с другими металлами для создания металлических сплавов (смеси двух или более металлов). 20% цинковых приборов в США состоят из цинковых сплавов. При цинковании используется 40% производимого чистого цинка. Цинкование — это процесс нанесения цинкового покрытия на сталь или железо, которое предназначено для защиты металла от атмосферных воздействий и ржавчины.

Список литературы

Мохена, Т.К., Мочане, М. Дж., Сефади, Дж. С., Мотлунг, С. В., и Андала, Д. М. (2018). Теплопроводность полимерных композитов на основе графита. Влияние теплопроводности на энергетические технологии. DOI: 10.5772 / intechopen.75676

Оксид бериллия Получено с https://thermtest.com/materials-database#Beryllium-Oxide

База данных материалов Thermtest. https://thermtest.com/materials-database

Автор: Каллиста Уилсон, младший технический писатель Thermtest

Thermal Resistance — обзор

5.2.2.3 Теплообмен внутри скважинного теплообменника и его основные влияющие факторы

В соответствии с основными принципами, обсуждавшимися ранее при работе с сильно связанными источниками тепла окружающей среды, при проектировании скважинного теплообменника (ППТО) фундаментальным является обеспечить — экономичным способом — нагнетание или извлечение тепла из земли без чрезмерной разницы температур между жидким теплоносителем и окружающей землей, тем самым минимизируя разницу между T 2r и T 2 (см. Рисунок 5.1). Эта разница температур сильно зависит от параметра, известного как тепловое сопротивление жидкости относительно земли, в котором двумя основными составляющими этого сопротивления являются тепловое сопротивление между жидкостью-теплоносителем и стенкой скважины, известное как тепловое сопротивление скважины , и тепловое сопротивление окружающего грунта от стенки скважины до некоторого подходящего среднего уровня температуры, называемого тепловым сопротивлением грунта (см. Eskilson, 1987; Hellström & Kjellsson, 1998).

Термическое сопротивление грунта включает окружающий грунт от стенки скважины до некоторого эталонного уровня температуры, обычно естественной ненарушенной температуры грунта T 2 в приложениях типа GSHP. 5 В этом типе применения удобно рассматривать тепловую реакцию из-за скачкообразного изменения удельной скорости закачки тепла q (Вт / м) 6 на единицу длины ствола скважины и связывать температуру эволюция с зависящим от времени тепловым сопротивлением заземления R g , так что:

(5.2) Tb − T2 = qRg

, где T b — температура в стенке скважины. Единица теплового сопротивления заземления R г — К / (Вт / м). Другим важным фактором при проектировании скважинных систем является тепловое сопротивление между теплоносителем в проточных каналах ствола скважины и стенкой ствола скважины. Тепловое сопротивление жидкости к стенке ствола скважины дает разницу температур между температурой жидкости в коллекторе ( T f ) и температурой на стенке ствола скважины ( T b ) для определенной удельной скорости теплопередачи. q (Вт / м):

(5.3) Tf − Tb = qRb

As T f представляет реальную температуру, при которой тепловой насос фактически забирает тепло из холодного резервуара (Tf≈T2r), из комбинации уравнения (5.2) и Уравнение (5.3) легко вывести:

(5.4) T2r − T2 = q (Rg + Rb)

Следовательно, с точки зрения производительности системы, мы можем видеть, что важно минимизировать термическое воздействие на грунт, а также на состояние ствола скважины. тепловое сопротивление. Однако тепловое сопротивление грунта сильно зависит от таких факторов, как удельное тепловое сопротивление грунта (в зависимости от типа или состава грунта), которое проектировщик не может изменить.Также важно отметить, что обычно используется несколько групп скважин. Тепловое взаимодействие между соседними скважинами разовьется через относительно короткое время, что повлияет на значение R г . Обычный подход здесь заключается в измерении с помощью так называемых методов импульсного или переходного отклика (TRT) (ASHRAE, 2002; Gehlin, 1998) индивидуального значения скважины R g , которое затем экстраполируется путем моделирования. через соответствующие так называемые g-функции на поведение всего скважинного поля.Наконец, R г также зависит от того, насколько интенсивно грунт использовался ранее для термической экстракции / закачки и, следовательно, от энергетического поведения системы (характеризуемого количеством часов, в течение которых система использовалась при полной нагрузке на протяжении всего нагрева. сезон).

Термическое сопротивление скважины зависит от расположения проточных каналов и тепловых свойств используемых материалов. Типичные значения, наблюдаемые при полевых испытаниях, варьируются от 0,01 К / (Вт / м) для разомкнутой коаксиальной схемы до примерно 0.25 К / (Вт / м) для одинарных U-образных труб из бентонитового раствора с плохим тепловым контактом с окружающей стенкой скважины. Для типичной скорости теплопередачи 50 Вт / м соответствующие перепады температур, которые могут возникнуть из-за термического сопротивления ствола скважины, будут варьироваться от 0,5 ° C до значений вплоть до 12,5 ° C, что потенциально может очень существенно повлиять на работу системы. Чтобы свести к минимуму R b , для обеспечения лучшей теплопередачи используются заполняющие материалы (например, бентонит, бетон и т. Д.) В скважинах с цементным раствором.Однако в заполненных водой скважинах — очень популярных на севере Европы — теплопередача вызывает естественную конвекцию в скважинной воде и в окружающем проницаемом грунте. Этот эффект возможен только при соблюдении определенных условий грунта и приводит к снижению общего термического сопротивления скважины.

В целом термическое сопротивление ствола скважины зависит:

От качества раствора

От материала трубы ствола скважины

От потока жидкости внутри ППТ. если условия потока ламинарные, тепловой контакт намного хуже, чем в условиях турбулентного потока

Возможное тепловое короткое замыкание между восходящими и нижними ветвями внутри ППТ

Использование более высоких скоростей потока может минимизировать последний два фактора, но в результате возникает компромисс с увеличением потребности в насосах.

Наконец, при рассмотрении уравнения (5.4) можно пойти другим путем: ограничить удельную скорость отвода тепла, q . Это подход некоторых из наиболее известных стандартов для разработки мелководных геотермальных источников, таких как немецкий стандарт VDI 5450 (VDI, 2008). Здесь максимально допустимые показатели отвода тепла фиксируются в зависимости от различных почв и рабочих параметров данной системы. В первые годы внедрения BHE в Европе стандартным значением для Германии было значение 50 Вт / м (тогда как значение 55 Вт / м обычно принималось для Швейцарии).Эти значения использовались в то время при проектировании жилых зданий GSHP, и 50 Вт / м до сих пор являются практическим значением для определения размеров небольших установок. Однако из всех рассмотрений, сделанных ранее, очевидно, что система BHE не должна разрабатываться в соответствии с такими типами правил.

Тепловая мощность — обзор

2.2.2 Взаимодействие частиц и образование элементов

Тепловая емкость излучения намного больше, чем у материи. В очень ранние времена до разъединения температуры вещества и излучения были одинаковыми (потому что они находились в равновесии друг с другом), масштабируясь как 1/ S ( t ) (ур.(6)). Ранняя Вселенная превышала любую температуру, которая когда-либо могла быть достигнута на Земле или даже в центре Солнца; когда оно упало до нынешнего значения 3 К, последовали последовательные физические реакции, которые определили природу материи, которую мы видим сегодня вокруг нас. В очень ранние времена и при высоких температурах выжить могут только элементарные частицы, и даже нейтрино имели очень маленькую длину свободного пробега; когда Вселенная остыла, нейтрино отделились от материи и свободно текли в космосе.В это время в расширении Вселенной преобладала радиация, и тогда мы можем аппроксимировать Вселенную с помощью моделей с { k = 0, w = 1/3, Λ = 0}, что дает простое решение (14) однозначно связывающее время с температурой:

(19) S (t) = S0t1 / 2, t = 1,92 сек [T1010K] −2.

(В последнем уравнении нет свободных констант).

В очень ранние времена даже нейтрино были тесно связаны и находились в равновесии с излучением; они развязывались примерно при 10 10 К [Dodelson, 2003, стр.44-46], в результате чего реликтовая фоновая плотность нейтрино во Вселенной сегодня составляет около Ω v 0 ⋍ 10 −5 , если они безмассовые (но она может быть выше в зависимости от их масс). Ключевые события в ранней Вселенной связаны с явлениями вне равновесия [Dodelson, 2003, p. 58]. Важным событием стала эпоха нуклеосинтеза , время образования легких элементов. Выше примерно 10 908 10 9 90 811 К ядра не могли существовать, потому что излучение было настолько энергичным, что, как только они образовались, они распадались на свои составные части (протоны и нейтроны).Однако ниже этой температуры, если частицы сталкиваются друг с другом с энергией, достаточной для ядерных реакций, образующиеся ядра остаются нетронутыми (излучение менее энергично, чем их энергия связи и, следовательно, не может их разрушить). Таким образом, ядра легких элементов — дейтерия, трития, гелия и лития — были созданы путем захвата нейтронов. Этот процесс прекратился, когда температура упала ниже примерно 10 908 · 10 8 К (порог ядерной реакции). Таким образом были определены пропорции этих легких элементов в конце нуклеосинтеза; с тех пор они практически не изменились.Скорость реакции была чрезвычайно высокой; все это произошло в течение первых трех минут расширения Вселенной. Одним из главных достижений теории Большого взрыва является то, что теория и наблюдения прекрасно согласуются при условии, что плотность барионов мала: Ом бар 0 ≃ 0,044. Тогда предсказанные содержания этих элементов (25%, гелий по весу, 75% водорода, остальные менее 1%) очень хорошо согласуются с наблюдаемыми содержаниями. Таким образом, стандартная модель объясняет происхождение легких элементов в терминах известных ядерных реакций, происходящих в ранней Вселенной [Schramm and Turner, 1998]. Однако более тяжелые элементы не могут образоваться за отведенное время (около 3 минут).

Аналогичным образом, физические процессы в очень ранней Вселенной (до нуклеосинтеза) могут быть использованы для объяснения соотношения материи и антивещества в современной Вселенной: должен быть создан небольшой избыток материи над антиматерией. затем в процессе бариосинтеза , без которого мы не могли бы существовать сегодня (если бы не было такого избытка, материя и антивещество аннигилировали, давая просто излучение [Silk, 2005]).Однако другие величины (например, электрический заряд), как полагают, сохранялись даже в экстремальных условиях ранней Вселенной, поэтому их нынешние значения являются результатом заданных начальных условий в начале Вселенной, а не физических процессов, происходящих при ее возникновении. эволюционировал. В случае электрического заряда общая сохраняемая величина оказывается равной нулю: после того, как кварки образуют протоны и нейтроны во время бариосинтеза, имеется равное количество положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов, так что во время разделения было ровно столько электронов, чтобы объединиться с ядрами и сформировать незаряженные атомы (похоже, нет чистого электрического заряда на астрономических телах, таких как наша Галактика; если бы это было неправдой, в космологии преобладали бы электромагнитные силы, а не гравитация).

После разделения материя образовала крупномасштабные структуры из-за гравитационной нестабильности [Bothun, 1998, стр. 183-222], что в конечном итоге привело к образованию первого поколения звезд [Silk, 2005] и, вероятно, связано с реионизацией материи. [Додельсон, 2003, с. 73]. Однако в то время планеты не могли образоваться по очень важной причине: во Вселенной не было тяжелых элементов. Первые звезды собирали материю вместе посредством гравитационного притяжения, материя нагревалась по мере того, как становилась все более и более концентрированной, пока ее температура не превысила точку термоядерного воспламенения, и ядерные реакции не начали сжигать водород с образованием гелия.Со временем в концентрических сферах вокруг центра начались более сложные ядерные реакции, которые привели к накоплению тяжелых элементов (например, углерода, азота, кислорода), вплоть до железа. Эти элементы могут образовываться в звездах, потому что существует достаточно долгое время (миллионы лет) для прохождения реакций. Массивные звезды горят относительно быстро, и в конечном итоге у них заканчивается ядерное топливо. Звезда становится нестабильной, и ее ядро ​​быстро коллапсирует из-за гравитационного притяжения. Последующее повышение температуры разносит его на части в виде гигантского взрыва, во время которого происходят новые реакции, в результате которых образуются элементы тяжелее железа; этот взрыв рассматривается нами как Сверхновая («Новая звезда»), внезапно вспыхивающая в небе там, где раньше была обычная звезда.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *